虛擬現(xiàn)實硬件

采取以計算機(jī)技術(shù)為關(guān)鍵當(dāng)代高科技伎倆生成逼真視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺等一體化虛擬環(huán)境，用戶從自己視點(diǎn)出發(fā)，借助特殊輸入輸出設(shè)備，采取自然方式與虛擬世界物體進(jìn)行交互，相互影響。虛擬現(xiàn)實：虛擬現(xiàn)實硬件第1頁虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)——“3I”圖

Immersion-Interaction-ImaginationImmersionImaginationInteraction虛擬現(xiàn)實硬件第2頁桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實硬件第3頁基于頭盔式顯示器系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實硬件第4頁虛擬現(xiàn)實硬件第5頁投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實硬件第6頁虛擬現(xiàn)實硬件第7頁增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實硬件第8頁虛擬現(xiàn)實硬件第9頁虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件虛擬現(xiàn)實硬件第10頁用戶+硬件+虛擬環(huán)境交互性用戶

虛擬環(huán)境用戶信息反饋信息虛擬現(xiàn)實硬件第11頁輸入輸出設(shè)備必要性：交互性——VR基本特征特殊人機(jī)接口與外部設(shè)備是實現(xiàn)人機(jī)交互必要伎倆商品化，不成熟原型終極目標(biāo)：

能滿足快速、自然交互虛擬現(xiàn)實硬件第12頁如：身體運(yùn)動——3-D位置跟蹤器；手勢——傳感手套；視覺反饋——立體顯示器；虛擬聲音——3-D聲音生成器；觀察方向——跟蹤球和操縱桿。

虛擬現(xiàn)實硬件第13頁VR硬件系統(tǒng)集成VR系統(tǒng)需要：一個以計算機(jī)為關(guān)鍵、將各種I/O交互設(shè)備協(xié)調(diào)組合在一起硬件平臺。計算機(jī)系統(tǒng)功效：保障虛擬三維場景實時計算和顯示，盡可能降低延遲；協(xié)調(diào)各種I/O交互設(shè)備之間工作，確保系統(tǒng)整體運(yùn)行性能。PC機(jī)、工作站和超級計算機(jī)等虛擬現(xiàn)實硬件第14頁VIEW系統(tǒng)組成VR系統(tǒng)平臺——VIEW（VirtualInterfaceEnvironmentWorkstation）虛擬現(xiàn)實硬件第15頁

VIEW:一組由計算機(jī)控制I/O子系統(tǒng)提供虛擬環(huán)境所需各種感覺通道識別和控制功效HP企業(yè)HP900／835SGI圖形計算機(jī)或HPSRX圖形系統(tǒng)——圖形處理Plohemus空間跟蹤系統(tǒng)——跟蹤手部位置LEEP廣角立體視景頭戴顯示器和單色液晶顯示器麥克風(fēng)——語音識別兩個耳機(jī)——三維聲音跟蹤VPL數(shù)據(jù)手套——識別使用者手勢控制系統(tǒng)行為BOOMCRT顯示器及FakeSpace遠(yuǎn)程攝像系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實硬件第16頁三維跟蹤傳感設(shè)備立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器觸覺和力覺反饋裝置3-D聲音生成器經(jīng)典輸入輸出裝置：虛擬現(xiàn)實硬件第17頁跟蹤器作用：

取得移動對象位置和方向信息；應(yīng)用：

航行、導(dǎo)彈、CG藝術(shù)、交通、GPS等VR：

高精度、快速、測量范圍小

1、三維位置跟蹤器虛擬現(xiàn)實硬件第18頁跟蹤器：跟蹤身體

身體跟蹤：VR系統(tǒng)感知參加者位置和動作；身體姿態(tài)與手勢；跟蹤頭部：頭朝向，影響繪制場景手和手指：手提供了與世界交互方法虛擬現(xiàn)實硬件第19頁眼睛：眼睛注視方向軀干：軀干方向腳：確定漫游速度和方向其它身體部位：體溫、心率等間接跟蹤：使用物理對象而不是身體部位來預(yù)計參加者位置；虛擬現(xiàn)實硬件第20頁跟蹤器跟蹤物體移動：3-D空間中移動物體參數(shù)：在移動物體上捆綁一個笛卡爾坐標(biāo)系，則對象有：三個平移參數(shù)：沿X，Y，Z軸移動；三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)：沿X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)，稱為“yaw”，“pitch”，“roll”；六個運(yùn)動方向相互正交，組成六個獨(dú)立變量：x，y，z，水平角，俯仰角，偏轉(zhuǎn)角，被稱為6自由度（DegreeofFreedom，DOM）虛擬現(xiàn)實硬件第21頁不良跟蹤器后果不良跟蹤器即定位誤差較大跟蹤器定位誤差：跟蹤對象出現(xiàn)在不該出現(xiàn)位置上；體驗與經(jīng)驗相違反；定位誤差將給用戶造成一個類似于運(yùn)動病癥狀，如眩暈、暈船感、視覺混亂、身體乏力等；虛擬現(xiàn)實硬件第22頁衡量跟蹤器性能參數(shù)精度抖動偏差延遲更新率虛擬現(xiàn)實硬件第23頁跟蹤器性能參數(shù)－精度跟蹤器精度

指對象真實三維位置與跟蹤器測量出三維位置值之間差值虛擬現(xiàn)實硬件第24頁注意：差值↓

跟蹤器精度↑

跟蹤器越準(zhǔn)確精度單位：毫米，度精度伴隨與坐標(biāo)原點(diǎn)距離增加而降低精度與分辨率不一樣：一個是表征測得位置與真實位置差值，一個是可測得被跟蹤對象最小三維位置改變虛擬現(xiàn)實硬件第25頁跟蹤器性能參數(shù)－抖動跟蹤器抖動

指當(dāng)被跟蹤對象固定不變時，跟蹤器輸出結(jié)果改變。虛擬現(xiàn)實硬件第26頁注意：理想情況下，抖動應(yīng)該為零，測得位置為固定值抖動不是一個常數(shù)，受周圍環(huán)境影響嚴(yán)重抖動會造成虛擬對象振動和跳動虛擬現(xiàn)實硬件第27頁跟蹤器性能參數(shù)－偏差跟蹤器偏差

指跟蹤器伴隨時間推移而積累誤差。虛擬現(xiàn)實硬件第28頁注意：偏差根源在于跟蹤器不準(zhǔn)確性偏差與時間相關(guān)，時間越長，積累偏差越大校正：使用另一個無偏差跟蹤器周期性對當(dāng)前跟蹤器進(jìn)行零位調(diào)整。虛擬現(xiàn)實硬件第29頁跟蹤器性能參數(shù)－延遲跟蹤器延遲

指對象位置或方向改變與跟蹤器檢測到這種改變之間時間差虛擬現(xiàn)實硬件第30頁注意：延遲原因在于：跟蹤器對移動對象運(yùn)動總是滯后。系統(tǒng)延遲＝測量延遲＋通信延遲＋繪制與顯示延遲導(dǎo)致HMD運(yùn)動與用戶看到虛擬場景運(yùn)動之間有很大時間遲滯對于使用者來說，一方面沉醉感降低，其次導(dǎo)致“仿真病”。虛擬現(xiàn)實硬件第31頁降低延遲方法：同時鎖相：讓跟蹤器和通信周期與顯示周期同時。使用高速通信線路提升跟蹤器采樣率（更新率）虛擬現(xiàn)實硬件第32頁跟蹤器性能參數(shù)－更新率跟蹤器更新率

指跟蹤器每秒鐘匯報測量數(shù)據(jù)集次數(shù)虛擬現(xiàn)實硬件第33頁3種慣用跟蹤技術(shù)主要性能指標(biāo)跟蹤器類型分辨率精度延遲跟蹤范圍電磁波1mm0.03mm3mm0.1mm50ms半徑<1.6m半球形超聲波10mm0.5mm依空氣密度改變30ms4～5m3光學(xué)2mm0.02mm1mm＜1ms4～8m3（可擴(kuò)展至14m3）虛擬現(xiàn)實硬件第34頁三維位置跟蹤器類型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器虛擬現(xiàn)實硬件第35頁機(jī)械跟蹤器定義：

機(jī)械跟蹤器：一個串行或并行運(yùn)動結(jié)構(gòu)，由多個帶有傳感器關(guān)節(jié)連接在一起連桿組成。虛擬現(xiàn)實硬件第36頁虛擬現(xiàn)實硬件第37頁Gypsy動作捕捉系統(tǒng)無線動作捕捉系統(tǒng)范圍：在戶外有效距離能夠到達(dá)0.8公里，相當(dāng)于450個足球場范圍；室內(nèi)范圍為180米沒有攝象頭--直接統(tǒng)計人體身體動作操作非常簡單便攜虛擬現(xiàn)實硬件第38頁Gypsy特點(diǎn)：15個關(guān)節(jié)位置由42個單向?qū)щ娝芰暇茈娢挥洔y得精度0.08度，范圍18米，采樣頻率30使用了腳步微動開關(guān)使用了陀螺儀虛擬現(xiàn)實硬件第39頁虛擬現(xiàn)實硬件第40頁機(jī)械跟蹤器優(yōu)點(diǎn)簡單易用精度保持相對穩(wěn)定，基本取決于關(guān)節(jié)傳感器分辨率相對于電磁跟蹤器，不受周圍環(huán)境中金屬物質(zhì)和磁場影響相對于光學(xué)跟蹤器，不存在視覺阻擋問題虛擬現(xiàn)實硬件第41頁機(jī)械跟蹤器缺點(diǎn)工作范圍有限：機(jī)械臂有尺寸限制，過長則重量和慣性增加，機(jī)械振動敏感性增加。自由度小跟重量相關(guān)人機(jī)工程學(xué)問題虛擬現(xiàn)實硬件第42頁三維位置跟蹤器類型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器虛擬現(xiàn)實硬件第43頁非接觸式跟蹤器原理介質(zhì)：電磁、超聲波、紅外攝影、LED、加速計、陀螺儀。定義：電磁跟蹤器：一個非接觸式位置測量設(shè)備，由一個固定發(fā)射器產(chǎn)生電磁場，確定移動接收單元實時位置。虛擬現(xiàn)實硬件第44頁電磁跟蹤器：發(fā)射器：發(fā)射磁場接收器：接收磁場，將信號送到控制部件控制部件：計算得出跟蹤目標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：不受視線阻擋限制虛擬現(xiàn)實硬件第45頁交流電磁跟蹤器基本原理：發(fā)射器：（三個相互垂直線圈天線）依次產(chǎn)生三個正交交流磁場接收器（三個正交線圈）產(chǎn)生9個電壓值計算接收器相對于發(fā)射器位置和方向。虛擬現(xiàn)實硬件第46頁P(yáng)olhemus跟蹤器Polhemus企業(yè)生產(chǎn)方位跟蹤器：Isotrak3Space跟蹤器Fastrak虛擬現(xiàn)實硬件第47頁VPLDataGlove：IsotrackIsoTrack特點(diǎn)：交流電磁式延遲：30ms采樣率：60抖動：1度，造成顫動虛擬現(xiàn)實硬件第48頁FASTRAK：非金屬上快速動作捕捉器，取樣頻率達(dá)每秒120次；適合用于頭部跟蹤、手部跟蹤、儀器追蹤、生物機(jī)械分析、機(jī)械臂動作捕捉等應(yīng)用VPLDataGlove：Fastrack虛擬現(xiàn)實硬件第49頁FastTrack特點(diǎn)：交流電磁式使用DSP體系結(jié)構(gòu)采樣率：120抖動：0.1度工作范圍：0.75m,3×0.75m可掛接多個接收器，采樣率隨之下降虛擬現(xiàn)實硬件第50頁交流電磁跟蹤器缺點(diǎn)強(qiáng)磁場環(huán)境：金屬物質(zhì)：交變磁場中會產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生小磁場磁性物質(zhì)：本身含有磁場辦法：防止附近有強(qiáng)磁場、大塊金屬和磁性物質(zhì)存在。虛擬現(xiàn)實硬件第51頁虛擬現(xiàn)實硬件第52頁直流電磁跟蹤系統(tǒng)：降低畸變渦流影響只在測量周期開始時產(chǎn)生渦流渦流衰減到零時系統(tǒng)會到達(dá)一個穩(wěn)定狀態(tài)虛擬現(xiàn)實硬件第53頁直流電跟蹤器基本原理：發(fā)射器（三個相互垂直線圈天線）依次產(chǎn)生三個脈沖磁場接收器（三個磁力計或霍爾效應(yīng)傳感器）產(chǎn)生9個電壓值，計算接收器相對于發(fā)射器位置和方向虛擬現(xiàn)實硬件第54頁Ascension技術(shù)企業(yè)直流電磁跟蹤器：BirdFlockofBirdsERT（BigBird）虛擬現(xiàn)實硬件第55頁AscensionBird跟蹤器發(fā)射器：發(fā)射一系列脈沖，控制發(fā)射場開與關(guān)。特點(diǎn)：減小由金屬物體所感應(yīng)畸變渦流場，渦流只在磁場發(fā)生改變時產(chǎn)生。Polhemus3space發(fā)射器發(fā)射連續(xù)改變磁場，連續(xù)不停地產(chǎn)生渦流Bird發(fā)射器發(fā)射磁脈沖，只在測量周期開始時產(chǎn)生渦流。一旦磁場到達(dá)了穩(wěn)態(tài)，就不再產(chǎn)生渦流虛擬現(xiàn)實硬件第56頁三維位置跟蹤器類型機(jī)械跟蹤器電磁跟蹤器（交流、直流）超聲波跟蹤器光學(xué)跟蹤器混合慣性跟蹤器虛擬現(xiàn)實硬件第57頁超聲波跟蹤器定義：

利用不一樣聲源聲音抵達(dá)某一特定地點(diǎn)時間差、相位差及聲壓差，進(jìn)行定位與跟蹤。虛擬現(xiàn)實硬件第58頁P(yáng)iltdown三維羅盤六自由度實時方向和位置跟蹤器第一個使用相位相干技術(shù)商用跟蹤器。位置跟蹤：使用超音速技術(shù)來實現(xiàn)，不受外部磁場和鋼鐵材料影響虛擬現(xiàn)實硬件第59頁羅盤控制單元：控制羅盤操作，管理數(shù)據(jù)采集，位置計算。發(fā)射器系統(tǒng)：發(fā)射不一樣頻率超音速信號。接收器系統(tǒng)：采集發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射超音速信號，經(jīng)過電纜把它們傳回控制單元?？刂茊卧航?jīng)過RS-232C接口與主機(jī)進(jìn)行通信。虛擬現(xiàn)實硬件第60頁三維位置跟蹤器立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺和力覺反饋裝置虛擬現(xiàn)實硬件第61頁2、立體鼠標(biāo)普通鼠標(biāo):平面運(yùn)動立體鼠標(biāo)：六個自由度運(yùn)動Spacemouse，如3Space企業(yè)SpaceBallcubicmouseSpaceBall5000虛擬現(xiàn)實硬件第62頁3Dconnexion企業(yè)Spacemouse虛擬現(xiàn)實硬件第63頁三維鼠標(biāo)虛擬現(xiàn)實硬件第64頁三維位置跟蹤器立體鼠標(biāo)傳感手套數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺和力覺反饋裝置虛擬現(xiàn)實硬件第65頁VR強(qiáng)調(diào)以自然方式進(jìn)行交互——手勢把手勢用于人機(jī)交互：賦予手勢確切交互操作含義帶傳感器手套，能把手指和手掌伸屈時各種姿態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給計算機(jī)；3、傳感手套虛擬現(xiàn)實硬件第66頁傳感手套要配置位置跟蹤器以檢測手實際位置和方位；傳感手套：數(shù)據(jù)手套、賽伯手套、威力手套、手控制器、說話手套虛擬現(xiàn)實硬件第67頁最早傳感手套（VPL）把人手動作轉(zhuǎn)化為計算機(jī)輸入信號；組成：很輕彈性材料組成。彈性材料緊貼在手上，同時附許多位置、方向傳感器和光纖導(dǎo)線，以檢測手運(yùn)動。光纖：測量手指彎曲、伸展，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，手指動作信息被計算機(jī)識別。DataGlove虛擬現(xiàn)實硬件第68頁光導(dǎo)纖維傳感器：監(jiān)視手指彎曲和伸展位置方向跟蹤系統(tǒng)：監(jiān)視手位置和方向微處理器：監(jiān)控經(jīng)過光導(dǎo)纖維光量及由空間跟蹤器返回信息，對數(shù)據(jù)分析后傳遞給主機(jī)。虛擬現(xiàn)實硬件第69頁工作原理：光導(dǎo)纖維：測量手指角度。當(dāng)光導(dǎo)纖維彎曲時，傳輸光將會有損失，傳輸光量與其彎曲程度相關(guān)。手指關(guān)節(jié)運(yùn)動時，纖維彎曲造成光散失。虛擬現(xiàn)實硬件第70頁高精度傳感器系統(tǒng)，準(zhǔn)確跟蹤人手復(fù)雜運(yùn)動外輪廓附著在手后面，監(jiān)視手整個運(yùn)動過程每一個手指關(guān)節(jié)上附著一個HallEffect傳感器，測量手指三個彎曲動作及手指間動作。測量20個關(guān)節(jié)角度，并將數(shù)據(jù)送給主機(jī)。

EXOS精巧手控設(shè)備EXOS精巧手控設(shè)備虛擬現(xiàn)實硬件第71頁為家庭視頻游戲市場專門設(shè)計，性能比其他同類產(chǎn)品低得多，但價格較為便宜使用基于有一恒定彈力塑料張力測量儀。一個單獨(dú)傳感器一次測量全部關(guān)節(jié)，不能檢測某一特殊關(guān)節(jié)。PowerGlove虛擬現(xiàn)實硬件第72頁Virtex企業(yè)一個新高精度關(guān)節(jié)傳感技術(shù)，被廣泛用來創(chuàng)建、終止、定位三維物體。有22個傳感器，每個手指三個彎曲傳感器和一個外展肌傳感器。拇指與小手指由一傳感器相連，手腕處有一傳感器。一個高精度設(shè)備，能提供準(zhǔn)確而連續(xù)輸出。CyberGlove虛擬現(xiàn)實硬件第73頁傳感手套DataGloveCyberGloveCyberGrasp虛擬現(xiàn)實硬件第74頁虛擬現(xiàn)實硬件第75頁三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣立體顯示器3-D聲音生成器觸覺和力覺反饋裝置虛擬現(xiàn)實硬件第76頁識別全身運(yùn)動對人體大約50多個不一樣關(guān)節(jié)進(jìn)行測量，包含膝蓋、手臂、軀干和腳。經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，身體運(yùn)動信息被計算機(jī)識別。光纖系統(tǒng):大量光纖裝在一個緊身衣服上，能測量肢體位置，用計算機(jī)重建出圖象。4、數(shù)據(jù)衣虛擬現(xiàn)實硬件第77頁問題??人外形改變太大需要使用多個空間跟蹤器：檢測肢體伸展情況檢測肢體空間位置及方向多個跟蹤器提升計算速度，到達(dá)實時性愈加困難。虛擬現(xiàn)實硬件第78頁三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣立體顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺和力覺反饋裝置虛擬現(xiàn)實硬件第79頁5、立體顯示設(shè)備立體顯示原理慣用立體顯示裝置HMDBOOM立體眼鏡立體投影顯示3D顯示器虛擬現(xiàn)實硬件第80頁立體視覺：人眼感覺到空間立體感主要原因；兩只眼睛之間存在一定距離?？次矬w時，兩只眼睛從不一樣角度來看，看到畫面是不完全一樣，中間存在一定差異（雙眼立體視覺），這個差異稱為“視差”。大腦依據(jù)視差，產(chǎn)生物體遠(yuǎn)近位置信息這種信息直觀表現(xiàn)即立體感。

（1）立體顯示原理虛擬現(xiàn)實硬件第81頁虛擬現(xiàn)實硬件第82頁虛擬現(xiàn)實硬件第83頁假如能夠左右兩只眼睛從顯示器屏幕上看到兩副含有視差有區(qū)分畫面，反應(yīng)到大腦，就會產(chǎn)生立體感。立體顯示設(shè)備就是為了實現(xiàn)這么一個過程。虛擬現(xiàn)實硬件第84頁首先，產(chǎn)生兩副含有視差畫面真實場景：用兩架攝影機(jī)相距一定距離同時拍攝即可得到含有視差兩副畫面；3D游戲：經(jīng)過計算來得到含有視差兩副畫面。然后：在顯示器上顯示出來最終：讓左眼只看到左眼畫面，右眼只看到右眼畫面虛擬現(xiàn)實硬件第85頁立體圖繪制對同一場景用左右兩個視點(diǎn)分別計算其透視圖，產(chǎn)生兩幅含有一定視差圖象；在虛擬環(huán)境中，用戶視場在水平方向最少要有110度，垂直方向60度，還要有大于30度雙目立體重合虛擬現(xiàn)實硬件第86頁立體圖象顯示：1、同時顯示左右兩幅圖象稱為同時顯示技術(shù)（time-parallel），是對兩幅圖象用不一樣光波長顯示，用戶眼睛片分別配以對應(yīng)濾波片，使雙眼只能看到對應(yīng)圖象；此技術(shù)在20世紀(jì)50年代被廣泛應(yīng)用于立體電影放映中；虛擬現(xiàn)實硬件第87頁立體圖象顯示：2、以一定頻率交替顯示兩幅圖象

稱為分時顯示技術(shù)（time-multiplexed），兩幅圖象交替頻率通常為30Hz；同時為了確保每只眼睛只能看到各自對應(yīng)圖象，用戶經(jīng)過以相同頻率同時切換立體眼鏡來觀察圖象；虛擬現(xiàn)實硬件第88頁應(yīng)用當(dāng)代計算機(jī)圖形學(xué)和可視化領(lǐng)域中使用光柵顯示器，光柵顯示器顯示方式和顯示內(nèi)容是無關(guān)；分時顯示技術(shù)能夠輕易地經(jīng)過光柵顯示技術(shù)來實現(xiàn)，所以在立體圖顯示中占據(jù)了主導(dǎo)地位。虛擬現(xiàn)實硬件第89頁（2）慣用立體顯示器立體眼鏡HMDBOOM立體投影顯示3D顯示器虛擬現(xiàn)實硬件第90頁立體眼鏡：確保用戶左右眼只能看到對應(yīng)左右視圖；包含：主動立體眼鏡（有源立體眼鏡）被動立體眼鏡（無源立體眼睛）——立體眼鏡虛擬現(xiàn)實硬件第91頁立體眼鏡虛擬現(xiàn)實硬件第92頁主動（有源）立體眼鏡鏡框上裝有電池及液晶調(diào)制器控制鏡片；立體監(jiān)視器配有紅外線發(fā)射器，依據(jù)監(jiān)視器顯示左右眼視圖頻率發(fā)射紅外控制信號；眼鏡液晶調(diào)制器接收紅外控制信號虛擬現(xiàn)實硬件第93頁眼鏡接到紅外控制信號后，調(diào)制鏡片上液晶通斷狀態(tài)，即控制左右鏡片透明和不透明狀態(tài)；如監(jiān)視器顯示左眼視圖，發(fā)射紅外信號使右眼鏡片處于不透明狀態(tài)，左眼處于透明狀態(tài)，這么輪番切換；圖象效果好，但價格昂貴；虛擬現(xiàn)實硬件第94頁被動（無源）立體眼鏡依據(jù)光偏震原理設(shè)計，左右鏡片是兩片正交偏震濾光片，分別只允許一個方向偏震光經(jīng)過監(jiān)視器顯示器前裝一一樣大小液晶立體調(diào)制器虛擬現(xiàn)實硬件第95頁顯示器左右眼視圖經(jīng)液晶立體調(diào)制器形成左偏震光和右偏震光，分別透過左右鏡片，使左眼只能看到左視圖，右眼只能看到右視圖；無源立體眼鏡價格低廉，無須紅外發(fā)射器；虛擬現(xiàn)實硬件第96頁——頭盔式立體顯示器（HMD）虛擬現(xiàn)實硬件第97頁頭盔式立體顯示器是VR普遍采取立體顯示器是安裝在頭盔上顯示裝置，頭盔顯示器戴在頭部，用機(jī)械方法固定，頭盔顯示器與頭之間不能有相對運(yùn)動；虛擬現(xiàn)實硬件第98頁頭盔式立體顯示器（HMD）頭盔上裝有位置跟蹤器，可實時測出頭部位置和朝向，并輸入計算機(jī)；計算機(jī)依據(jù)這些數(shù)據(jù)生成反應(yīng)當(dāng)前位置和朝向場景圖象并顯示在頭盔顯示器屏幕上；虛擬現(xiàn)實硬件第99頁用戶只能看到計算機(jī)生成虛擬世界，看不到其所處現(xiàn)實世界，從而取得沉醉感；頭盔顯示器顯示器不透明，距離人眼很近，需用專用光學(xué)系統(tǒng)（LEEP系統(tǒng)）使人眼能聚焦在如此近距離又不易疲勞；虛擬現(xiàn)實硬件第100頁三維空間傳感器HMD虛擬現(xiàn)實硬件第101頁基于LCD頭盔式顯示器優(yōu)點(diǎn)：廉價缺點(diǎn)：LCD分辨率有限虛擬現(xiàn)實硬件第102頁Eyephone頭盔式顯示器

使用單色便攜LCD電視顯示器，分辨率很低，顯示器是單色。LX型Eyephone

圖象由寬角FMT光學(xué)器件顯示。使用了Fresnel透鏡，比最初LEEP視覺系統(tǒng)輕。虛擬現(xiàn)實硬件第103頁VPLHRX型Eyephone是基于LX型Eyephone彩色立體顯示系統(tǒng)。使用LCD大約有350000個彩色象素，能夠顯示較高分辨率圖象虛擬現(xiàn)實硬件第104頁VirtualResearch飛行頭盔低分辨率，使用寬角度LEEP系統(tǒng)。頭盔形式和舒適程度方面設(shè)計很好，整體舒適程度比其它大多數(shù)基于LCD頭盔式顯示器要好，重量相對要輕，輕易保持平衡。

虛擬現(xiàn)實硬件第105頁基于CRT頭盔式顯示器優(yōu)點(diǎn)：低成本小規(guī)格高分辨率虛擬現(xiàn)實硬件第106頁帶有光導(dǎo)纖維頭盔式顯示器

CRT設(shè)備比LCD有較高分辨率，但很粗笨。因為電子束直徑、點(diǎn)聚焦和磷光體顆粒大小等原因影響CRT分辨率。虛擬現(xiàn)實硬件第107頁處理方法：使用一個大屏幕、高分辨率CRT作為圖象源，把它圖象連接到頭盔式顯示器上光導(dǎo)纖維用來把CRT圖象傳送給頭盔上視覺系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：能使用非常高分辨率顯示源，卻不給頭部帶來重量上難題。虛擬現(xiàn)實硬件第108頁——BOOMLCD和CRTHMD都會受到頭部跟蹤延遲影響；延遲太大，使用戶產(chǎn)生不適感需要有快速跟蹤機(jī)制和快速圖形繪制NASA研究與VIEW項目結(jié)合產(chǎn)生了“基于平衡CRT立體觀察器CCSV”，它使用一個機(jī)械臂支撐CRT虛擬現(xiàn)實硬件第109頁CCSV概念由Fakespace企業(yè)發(fā)展為“BOOM”（BinocularOmni-OrientationalMonitor，雙目全方位監(jiān)視器）半投入式視覺顯示設(shè)備。類似于一對雙目望遠(yuǎn)鏡，把兩個獨(dú)立CRT顯示器捆綁在一起，用戶用手操縱顯示器位置，觀察一個可移動、寬視角虛擬空間虛擬現(xiàn)實硬件第110頁——立體投影顯示基于空間投影顯示技術(shù)CAVE洞穴式立體顯示裝置90年代初由美國Illinois大學(xué)EVL試驗室為克服HMD存在問題而研制一個10X10X9英尺大小房間；每一面墻與地板均由大屏幕背投影機(jī)投上1024X768分辨率立體圖像；用戶戴上立體眼鏡能從空間中任意方向看到立體圖像；虛擬現(xiàn)實硬件第111頁虛擬現(xiàn)實硬件第112頁CAVE系統(tǒng)中配有三維立體聲系統(tǒng)；CAVE系統(tǒng)關(guān)鍵是計算投影和形成立體圖形，投影面相當(dāng)于墻面；特點(diǎn)：讓幾個用戶同時沉醉在同一個虛擬世界中進(jìn)行協(xié)同工作；虛擬現(xiàn)實硬件第113頁虛擬現(xiàn)實硬件第114頁——3D顯示器讓畫面充滿在整個空間；MIT媒體試驗室創(chuàng)造了一個被稱為邊光顯示器新型三維顯示器，不需用戶戴上專門眼鏡也能觀察到立體圖像。把光源從顯示器下面向上發(fā)射，經(jīng)過顯示器內(nèi)部發(fā)射與折射，使用戶能看到立體圖像。優(yōu)點(diǎn)：對顯示器周圍環(huán)境沒有任何嚴(yán)格要求。虛擬現(xiàn)實硬件第115頁3D顯示器經(jīng)過兩部分處理。軟件處理，把圖像處理成需要格式，比如左右眼交叉柵狀圖。硬件伎倆：比如條狀透鏡組將左右眼畫面分別折射到各自區(qū)域，觀看者站在一些特定位置上，左眼處于左眼圖像區(qū)只能看到左眼圖像，右眼只能看到右眼圖像。因為技術(shù)上原因，當(dāng)前3D顯示器基本都是基于LCD液晶或者PDP等離子顯示器。虛擬現(xiàn)實硬件第116頁虛擬現(xiàn)實硬件第117頁Autostereoscopic：3D顯示裝置產(chǎn)生左右兩副有視差圖像，顯示出來，左眼看到左眼圖像，右眼看到右眼圖像以前3D顯示設(shè)備要使用一個設(shè)備（液晶眼鏡、紅藍(lán)眼鏡等）來分離左右眼畫面，現(xiàn)在3D顯示器則無需這么設(shè)備，所以稱為autostereoscopic或者glassless——不需佩戴3D眼鏡能夠直接看虛擬現(xiàn)實硬件第118頁代表性3D顯示器：德國4D-Vision企業(yè)4D-Vision技術(shù)DTI視差照明技術(shù)ParallaxIllumination）利浦多重視點(diǎn)技術(shù)（Multiview3D-LCD）德累斯頓大學(xué)D4D技術(shù)虛擬現(xiàn)實硬件第119頁4D-Vision最吸引人產(chǎn)品就是4D50將3D技術(shù)應(yīng)用于50英寸大屏幕等離子顯示器，造就一款極具震撼力產(chǎn)品。虛擬現(xiàn)實硬件第120頁DTI視差照明技術(shù)ParallaxIlluminationDTIXLS顯示器照片

虛擬現(xiàn)實硬件第121頁原理：左右眼圖像在一副畫面上顯示將每副畫面分割成一列一列，左右眼列交叉，形成一副特殊畫面，其中奇數(shù)列為左眼畫面，偶數(shù)列為右眼畫面最終立體畫面分辨率只有顯示器分辨率二分之一。假設(shè)顯示器分辨率為1024x768，那么眼睛所看到畫面分辨率為512x768。虛擬現(xiàn)實硬件第122頁飛利浦多重視點(diǎn)Multiview3D-LCD飛利浦在3D顯示器方面，采取了多重視點(diǎn)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實硬件第123頁原理：把多視點(diǎn)圖像進(jìn)行分解，按像素劃分成豎列然后把豎列交叉排列拼成一副圖像虛擬現(xiàn)實硬件第124頁Dresden3DDisplay（D4D）德累斯頓技術(shù)大學(xué)D4Dc_181照片虛擬現(xiàn)實硬件第125頁增加軌跡探測系統(tǒng)，跟蹤腦袋位置，實時調(diào)整顯示器左右畫面反射角度，到達(dá)很好觀看效果，不受位置限制。不能用于多人觀看虛擬現(xiàn)實硬件第126頁未來立體顯示器展望

360度顯示器照片虛擬現(xiàn)實硬件第127頁當(dāng)前3D顯示器，屬于單視點(diǎn)立體顯示裝置，重現(xiàn)是在某一點(diǎn)立體視覺效果，想看到物體側(cè)面或后面是不可能。未來立體顯示器將是多視點(diǎn)類似全息技術(shù)效果，可經(jīng)過改變視點(diǎn)看場景或物體其它面。虛擬現(xiàn)實硬件第128頁三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺反饋虛擬現(xiàn)實硬件第129頁6、3-D聲音生成器3-D聲音不是立體聲，是指由計算機(jī)生成、能由人工設(shè)定聲源在空間中三維位置一個聲音；3-D聲音生成器是利用人類定位聲音特點(diǎn)生成出3-D聲音一套軟硬件系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實硬件第130頁三維位置跟蹤器傳感手套立體鼠標(biāo)數(shù)據(jù)衣顯示設(shè)備3-D聲音生成器觸覺反饋虛擬現(xiàn)實硬件第131頁VR產(chǎn)生“沉醉”效果關(guān)鍵原因之一是用戶能否用手或身體其它部分去操作虛擬物體，并在操作同時能夠感覺到虛擬物體反作用力。沒有力覺反饋?zhàn)饔孟到y(tǒng)最少有兩個缺點(diǎn)：首先是缺乏真實感；其次是給視覺計算帶來麻煩7、觸覺反饋虛擬現(xiàn)實硬件第132頁觸覺反饋接觸反饋力反饋觸覺反饋分類Note：只討論與手和手腕相關(guān)觸覺反饋虛擬現(xiàn)實硬件第133頁接觸反饋：接觸反饋傳送接觸表面幾何結(jié)構(gòu)、虛擬對象表面硬度、滑動和溫度等實時信息。它不會主動抵抗用戶觸摸運(yùn)動，不能阻止用戶穿過虛擬表面力反饋：力反饋提供虛擬對象表面柔順性、對象重量和慣性等實時信息。它主動抵抗用戶觸摸運(yùn)動，并能阻止該運(yùn)動。觸覺反饋接口要求：真實性安全性輕便舒適性折中性虛擬現(xiàn)實硬件第134頁人類觸覺系統(tǒng)－感知類型1、觸覺感知：

2、溫度感知：溫度傳感器：位于表皮層（冷敏），位于真皮層（熱感），空間分別率小傷害感受器：對超出負(fù)15度－45度溫度敏感，并引發(fā)疼痛虛擬現(xiàn)實硬件第135頁3、本體感知：

即人對自己身體位置和運(yùn)動感知。神經(jīng)系統(tǒng)、觸覺傳感器共同作用結(jié)構(gòu)。4、肌肉運(yùn)動感知：人所感知肌肉收縮與伸展。是對本體感受補(bǔ)充。肌肉疲勞感知，影響對力判斷虛擬現(xiàn)實硬件第136頁觸覺反饋接口觸覺反饋接口接觸反饋接口力反饋接口觸覺鼠標(biāo)觸覺手套（CyberTouch）溫度反饋手套虛擬現(xiàn)實硬件第137頁觸覺鼠標(biāo)－iFeeliFeel工作原理：

在普通鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一個電子激勵器，其中質(zhì)量塊伴隨磁場改變上下運(yùn)動，從而產(chǎn)生振動，使得手得到振動觸覺回饋。

虛擬現(xiàn)實硬件第138頁iFeel特點(diǎn)：使用電子激勵器，振動式振動幅度和頻率可調(diào)，能夠感知觸覺紋理（窗口邊緣、菜單、超鏈接、不一樣粗糙程度地面布料等）光電式USB接口售價：40美元虛擬現(xiàn)實硬件第139頁觸覺手套－CyberTuch虛擬現(xiàn)實硬件第140頁CyberTuch工作原理：

CyberTuch特點(diǎn)：使用6個振動激勵器（直流、離心質(zhì)體）帶手勢接口傳感器可產(chǎn)復(fù)雜觸覺反饋模式用戶大運(yùn)動自由度RS－232接口售價：15000美元虛擬現(xiàn)實硬件第141頁虛擬現(xiàn)實硬件第142頁溫度反饋手套溫度反饋手套作用：

幫助用戶確定虛擬物體表面熱量特征（溫度高低），幫助用戶確定虛擬物體材質(zhì)（如高導(dǎo)熱性金屬和低導(dǎo)熱性木頭等），從而提升虛擬環(huán)境真實感

溫度反饋手套中對熱量激勵器要求：能進(jìn)行較快溫度改變。（熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射）小巧輕便潔凈快捷，以保持溫度改變快速溫度安全虛擬現(xiàn)實硬件第143頁觸覺反饋接口觸覺反饋接口接觸反饋接口力反饋接口觸覺鼠標(biāo)觸覺手套（CyberTouch）溫度反饋手套虛擬現(xiàn)實硬件第144頁力反饋接口力反饋接口特點(diǎn)：能提供真實力來阻止用戶運(yùn)動，使用戶感到力存在需要更大激勵器和更重結(jié)構(gòu)，更昂貴和復(fù)雜需牢靠地固定，以防滑動和事故一個主要特征是機(jī)械帶寬機(jī)械帶寬：

力反饋接口機(jī)械帶寬表示用戶（經(jīng)過手指附件、手柄和萬向接頭等）感覺到力頻率和轉(zhuǎn)矩刷新率（HZ）虛擬現(xiàn)實硬件第145頁力反饋接口力反饋操縱桿（Joystick）PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虛擬現(xiàn)實硬件第146頁力反饋操縱桿特點(diǎn)：簡單、廉價三自由度、兩個自由度上有力反饋按鈕有反饋直流電子激勵器產(chǎn)生中等大小力有較大機(jī)械帶寬

經(jīng)典設(shè)備－Logitech

WingManForce3D虛擬現(xiàn)實硬件第147頁操縱桿力反饋系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實硬件第148頁力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虛擬現(xiàn)實硬件第149頁P(yáng)hanTom特點(diǎn)小型桌面，鐵筆末端，直觀六自由度，三個活躍自由度提供反饋三個力反饋激勵器位置解碼器，跟蹤位置能提供比較真實碰撞反饋，尤其是與堅硬物體碰撞機(jī)械帶寬比較小接口：并行接口反饋力比較?。哼B續(xù)力1.7N,峰值6.4N。價格：16000美元虛擬現(xiàn)實硬件第150頁虛擬現(xiàn)實硬件第151頁力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虛擬現(xiàn)實硬件第152頁HapiticMaster臂特點(diǎn)較大型柱狀機(jī)器人，更大工作范圍三自由度：旋轉(zhuǎn)、上下移動、前后移動主要用途：VR輔助康復(fù)醫(yī)療等較大力反饋：250N機(jī)械帶寬較小慣性較大價格：34000美元虛擬現(xiàn)實硬件第153頁虛擬現(xiàn)實硬件第154頁虛擬現(xiàn)實硬件第155頁力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虛擬現(xiàn)實硬件第156頁CyberGrasp特點(diǎn)手腕三維跟蹤器靈活手勢、運(yùn)動空間激勵器經(jīng)過機(jī)械放大裝置傳送到手指，力是單向FCU（力控制單元）：位置信息、手勢信息、力、以太網(wǎng)通信較大力反饋：16N價格：39000美元虛擬現(xiàn)實硬件第157頁虛擬現(xiàn)實硬件第158頁虛擬現(xiàn)實硬件第159頁力反饋接口力反饋操縱桿PhanTom臂HapticMaster臂CyberGrasp手套CyberForce虛擬現(xiàn)實硬件第160頁CyberForce特點(diǎn)CyberGrasp從屬品模擬對象重量和慣性無跟蹤器三自由度，無扭矩適中力反饋：8.8N工作范圍有限：0.3m×0.3m×0.5m價格：56000美元(加CyberGrasp)虛擬現(xiàn)實硬件第161頁虛擬現(xiàn)實硬件第162頁VR系統(tǒng)中人原因VR系統(tǒng)組成：計算機(jī)，接口和用戶。

接口設(shè)計必須考慮人原因，人原因與VR系統(tǒng)性能直接相關(guān)。虛擬現(xiàn)實硬件第163頁VR系統(tǒng)中人原因眼睛耳朵身體感覺平衡和運(yùn)動眩暈虛擬現(xiàn)實硬件第164頁眼睛——調(diào)整調(diào)整作用確保某個距離物體清楚，而其它距離物體含糊。這起了濾波器作用，使人集中關(guān)注視場中部分區(qū)域。在HMD中沒有調(diào)整，2個圖象聚焦在2到3米距離。虛擬現(xiàn)實硬件第165頁眼睛——視覺暫留

視覺暫留是視網(wǎng)膜電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺反應(yīng)時間。當(dāng)觀看很短光脈沖時，視