虚拟系统的输出设备
多媒体技术及其应用领域
多媒体技术及其应⽤领域多媒体技术及其应⽤领域清点⼈数，组织教学。
复习：多媒体计算机系统的组成授新：⼀、多媒体技术研究的主要⽅向多媒体涉及的技术范围很⼴，是多种学科和多种技术交叉的领域。
⽬前，多媒体技术研究的主要⽅向有以下⼏个⽅⾯：1、多媒体数据的表⽰技术包括⽂字、声⾳、图形、图像、动画、影视等媒体在计算机中的表⽰⽅法。
由于多媒体的数据量⼤得惊⼈，尤其是声⾳和影视，包括⾼清晰度数字电视（High Definition Television，简称HDTV）这类的连续媒体，为克服数据传输通道带宽和存储器容量的限制，投⼊了⼤量的⼈⼒和物⼒来开发数据压缩和解压缩技术；⼈—机接⼝技术，如语⾳识别和⽂本—语⾳转换（Text To Speech，简称TTS）也是多媒体研究中的重要课题；虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是当今多媒体技术研究中的热点技术之⼀。
2、多媒体数据的存储技术多媒体数据的存储的⽬标是实现⼤容量信息的存储和管理。
在发展集中式的海量存储技术的同时，也在向分布存储、并⾏访问的⽅向发展。
分布数据存储技术与多媒体存储技术将在计算机通信⽹络中融合起来。
3、多媒体的应⽤开发包括多媒体CD-ROM节⽬（Title）制作、多媒体数据库、环球超媒体信息系统（Web）、多⽬标⼴播技术（Multicasting）、影视点播（Video On Demand，简称VOD）、电视会议（Video Conferencing）、远程教育系统、多媒体信息的检索等。
4、多媒体创作和编辑⼯具的研究开发基本⽬标是功能强⼤、适应性强、使⽤⽅便等，为将来⼈⼈都会使⽤多媒体创作和编辑⼯具提供了条件。
⼆、⾳频信息处理多媒体技术的特点是交互式地综合处理声⾳、⽂字和图像等多种信息。
在多媒体系统中，语⾳和⾳乐是必不可少的，没有⾳频的视频是不可接受的。
⾳频和视频同步，使视频图像更具真实性。
娓娓动听的⾳乐和解说，使静态图像变得更加丰富多彩。
虚拟现实技术特点及常用硬件
浅谈虚拟现实技术特点，组成和分类。
常用的虚拟现实软件，硬件和优缺点。
一：虚拟现实技术特点:多感知性（Multi-Sensory）所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。
理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。
由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。
浸没感（Immersion）又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。
理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。
交互性（Interactivity）指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。
例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
构想性（Imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
由于浸没感、交互性和构想性三个特性的英文单词的第一个字母均为I，所以这三个特性又通常被统称为3I特性。
一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
二：虚拟现实技术组成和分类:1、虚拟现实技术组成：1、效果发生器。
效果发生器是完成人与虚拟环境交互的硬件接口装置，包括人们产生现实沉浸感受到的各类输出装置，例如头盔显示器、立体声耳机；还包括能测定视线方向和手指动作的输入装置，例如头部方位探测器和数据手套等2、实景仿真器。
大一 计算机复习题第九章单选
单项选择题以下各类媒体之中属于表示媒体的是（）。
A. 图像编码B. 键盘C. 扫描仪D. 声音以下各类媒体之中属于表现媒体的是（）。
A. 喇叭B. 硬盘C. RAMD. 双绞线图像编码、文字编码和声音编码属于( )。
A. 表示媒体B. 感觉媒体C. 表现媒体D. 存储媒体下面不属于表现媒体的是（）。
A. 光纤B. 打印机C. 键盘D. 音箱以下各类媒体之中属于传输媒体的是（）。
A. 光缆B. 喇叭C. 话筒D. 磁盘以下各类媒体之中属于存储媒体的是（）。
A. 光盘B. 图像C. 摄像机D. 同轴电缆以下各类媒体之中属于感觉媒体的是（）。
A. 声音B. 文本编码C. 扫描仪D. 双绞线键盘、扫描仪、显示器等属于（）。
A. 表现媒体B. 感觉媒体C. 表示媒体D. 存储媒体声音、图像等属于（）。
A. 感觉媒体B. 表示媒体C. 表现媒体D. 存储媒体硬盘、软盘、光盘等属于（）。
A. 存储媒体B. 表现媒体C. 表示媒体D. 感觉媒体双绞线、光缆、同轴电缆等属于（）。
A. 传输媒体B. 表示媒体C. 表现媒体D. 存储媒体在以下几类媒体当中，（）是指传输感觉媒体的中介媒体。
A. 表示媒体B. 存储媒体C. 表现媒体D. 传输媒体从用户角度来看，多媒体技术的最主要特征是( )。
A. 交互性C. 多样性D. 实时性多媒体和电视、报纸、杂志具有的相同功能是（）。
A. 信息交流和传播B. 人机交互C. 以数字的形式传播D. 传播信息的媒体种类多在计算机辅助教学中，最能体现多媒体的（）这一特性。
A. 交互性B. 智能性C. 集成性D. 多样性多媒体与电视、报纸、杂志等最本质的区别是（）。
A. 人机交互B. 信息交流和传播C. 传播范围广D. 传播信息的媒体种类多多媒体的（）这一特性满足了人的感官对多媒体信息的需求。
A. 多样性B. 交互性C. 集成性D. 实时性多媒体的集成性主要体现在（）方面。
A. 两个B. 一个C. 三个D. 四个多媒体的（）为用户提供了更加有效的控制和使用信息的手段和方法。
第二章_虚拟现实系统的硬件设备24
之间产生影响。
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2.2 虚拟世界输出设备
感知设备将虚拟世界中各种感知信号转变为 人所能接受的多通道刺激信号。
（1）视觉感知设备 （2）听觉感知设备 （3）触觉（力觉）感知设备
9
2.2 虚拟世界输出设备
视觉感知设备：主要是向用户提供立体宽视 野的场景显示，并且这种场景的变化会实时 改变。
听觉感知设备：提供虚拟世界中的三维真实 感声音的输入及播放。一般由耳机和专用声 音卡组成。通常用专用声音卡将单通道或普 通立体声源信号处理成具有双耳效应的三维 虚拟立体声音。
3
2.1.1 基于自然的交互设备
数据衣：让虚拟现实系统 识别全身运动而设计的输 入装置，可以检测出人的 四肢、腰部等部位的活动， 以及各关节弯曲的角度。 它能对人体大约50多个 不同的关节进行测量，通 过光电转换，身体的运动 信息送入计算机进行图像 重建。
4
2.1.1 基于自然的交互设备
三维控制器 三维鼠标：可以完成在虚拟空间中6个自由
12
2.3 虚拟世界生成设备
虚拟世界生成设备的主要功能包括：
视觉通道信号产生与显示：生成显示所需三维立体、高 真实感复杂场景，并能根据视点的变化进行实时绘制。
听觉通道信号生成与显示：支持三维真实感声音的生成 与播放。所谓三维真实感声音是具有动态方位感、距离 感和三维空间效应的声音。
输入输出设备概述
输入输出设备概述输入输出设备是计算机系统中的重要组成部分，用于与计算机系统进行数据交换和通信。
输入设备允许用户向计算机系统输入数据和指令，而输出设备则将计算机系统生成的数据和结果输出给用户。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪和数码相机等。
键盘用于输入文字和命令，鼠标和触摸屏用于控制光标和选择操作，扫描仪和数码相机用于将纸质文档和图像转换为数字格式。
这些设备可以让用户通过直观的方式与计算机系统进行交互，提高了用户的工作效率和体验。
而输出设备则包括显示器、打印机、投影仪和音箱等。
显示器用于显示计算机系统生成的图像和文字，打印机用于将数字格式的文件转换为纸质文档，投影仪用于将计算机屏幕内容投影到其他平面上，音箱则用于输出计算机系统产生的声音。
这些设备使计算机系统生成的数据和结果得以在物理世界中呈现，为用户提供了直观的反馈和展示。
随着技术的不断发展，输入输出设备也在不断演进和更新。
新型的输入设备如触摸笔、语音识别器等使用户可以以更自然的方式与计算机系统进行交互；而高分辨率的显示器、3D打印机等输出设备则为用户提供了更真实和精确的显示和输出效果。
总的来说，输入输出设备在计算机系统中起着至关重要的作用，它们使得计算机系统与用户之间的交流变得更加直观和高效，为用户提供了全面而丰富的交互体验。
输入输出设备是计算机系统中至关重要的组成部分，它们为用户提供了与计算机系统进行数据交换和通信的手段。
在现代计算机系统中，随着技术的不断发展和创新，输入输出设备的种类和性能不断得到提升，为用户提供了更加全面和丰富的交互体验。
在输入设备方面，随着移动设备的普及，触摸屏、触摸笔等设备成为了新的趋势。
触摸屏能够实现直观的手势操作，使得用户可以通过简单的触摸、拖拽等动作来进行操作，提高了用户的交互体验。
触摸笔则为用户提供了更为精准的操作，适用于绘图、书写等领域。
语音识别器也成为了新的输入设备，用户可以通过语音来向计算机输入文字和指令，为那些需要解放双手的用户提供了更为便利的交互方式。
输入设备与输出设备
输入设备与输出设备输入设备与输出设备是计算机中不可或缺的两个部分，它们分别负责将外界的信息输入到计算机系统中，并将计算机系统中的信息输出给用户。
在信息化时代，输入设备和输出设备的功能和种类不断发展和完善，为人们的生活和工作提供了更加便利的方式。
一、输入设备的作用和种类输入设备是将外部信息输入到计算机系统中的工具。
它们的主要作用是搜集和传输信息以供计算机处理。
常见的输入设备有：1. 键盘：键盘是最常见和基本的输入设备之一。
通过键盘，人们可以输入各种文字、数字和符号等信息。
键盘的设计和排列符合人体工程学原理，便于人们进行操作。
2. 鼠标：鼠标是另一个常用的输入设备。
它通过光学或者机械传感器获取用户的手部动作，并将其转化为计算机系统的指令。
鼠标的操作简单直观，适用于各种图形界面的操作。
3. 触摸屏：触摸屏是一种通过触摸的方式输入信息的设备。
它可以识别用户手指触摸的位置和动作，并将其转化为计算机系统理解的指令。
触摸屏广泛应用于手机、平板电脑等移动设备上。
4. 扫描仪：扫描仪可以将纸质文件或图片等转化为电子格式，方便存储和传输。
它通过光学传感器将纸张上的信息转化为数字信号，并输入到计算机系统中。
二、输出设备的作用和种类输出设备是将计算机系统中的信息以人们可以感知的方式呈现出来的工具。
它们的主要作用是将计算机处理后的结果展示给用户。
常见的输出设备有：1. 显示器：显示器是最常见和基本的输出设备之一。
它通过投射出可见光来显示计算机系统中的文字、图像和视频等信息。
随着科技的发展，显示器的画质和分辨率也不断提升。
2. 打印机：打印机可以将计算机系统中的信息打印到纸张上。
它们可以实现黑白或彩色的打印，并且可以打印各种尺寸的纸张。
打印机在生活和工作中得到了广泛的应用，如打印文件、照片等。
3. 喇叭/耳机：喇叭和耳机是用于输出计算机系统中的声音信息的设备。
喇叭将声音通过扬声器向外放出，而耳机则通过耳塞直接传递给用户的耳朵。
虚拟现实系统概述
虚拟现实系统概述
1.1 虚拟现实技术的发展及现状 1.2 虚拟现实技术的主要研究内容 虚拟现实的研究内容主要分以下几个方面。 1. 人与环境融合技术
（1）高分辨率立体显示器 （2）方位跟踪系统 （3）手势跟踪系统 （4）触觉反馈系统 （5）声音定位与跟踪系统 （6）本体反馈
虚拟现实系统概述虚拟现实来自统概述1.4 虚拟现实的分类与特征 1. 虚拟现实的分类 （l）简易型虚拟现实系统 （2）沉浸型虚拟现实系统 （3）共享型虚拟现实系统 2. 虚拟现实的基本特征 （1）沉浸性 • 沉浸性是指让参与者有身临其境的真实感觉。可分为视觉沉浸、听觉沉浸、触
觉沉浸、嗅觉沉浸和味觉沉浸等。 （2）交互性 （3）构想性
虚拟现实系统概述
1.3 虚拟现实系统的基本组成 1. 虚拟世界 • 虚拟世界是可交互的虚拟环境，是虚拟环境或给定仿真对象的全体。它一般
是一个包含三维模型或环境定义的数据库。虚拟环境是由计算机生成的，通 过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的交互式视景仿真。 虚拟环境有多种形式，它可能是某些物理环境(如建筑物、厨房，甚至像汽车 这样的物体内部)的伪真实反映， 也可能是根本没有任何物理基础的某一跨国 公司的地理、层次网的三维数据库，甚至可以是与股票交易有关的多维数据 集。虚拟环境还可用来评价一些物理仿真。在对电场中的分子行为进行模拟 时，原子结构的行为动态可用简化的模型进行模拟。不管应用在何处，都要 建立一个反映环境的几何数据库并将其存储起来，在需要时可进行实时调度 和渲染。
虚拟现实系统概述
（3）物理仿真 • 在进行物理仿真时，我们必须为物体设计一些支持其某些物理行为的程序。这
一方面要求很强的计算能力，同时也将使系统增加了一些延时。 （4）碰撞检测 • 在虚拟现实中，常用碰撞来模拟现实生活中的接触、抓、移动和打击等情形。
虚拟现实期中测试题(有答案)
第1章：虚拟现实技术概论1、什么是虚拟现实技术？虚拟现实技术是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、和味觉等多种感觉通道的（实时模拟和实时交互）。
2、虚拟现实现实之父（Ivan Sutherland），也是计算机图形学之父3、虚拟现实技术的发源地是（美国）？？4、世界上第一套虚拟演播室由（日本）生产 NHK Nano space5、虚拟现实技术的三大特性：沉浸性，交互性、想象性6、虚拟现实系统的组成：计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等、7、虚拟现实系统的分类：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统第2章：虚拟现实系统的硬件设备1、虚拟现实系统中硬件设备由三个部分组成：(输入设备、输出设备、生成设备)2、有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两类：(基于自然的交互设备、三维定位跟踪设备)3、基于自然的交互设备又分为：（数据手套、数据衣、三维控制器、三维鼠标）4、数据手套主要的生产公司有：（VPL公司的数据手套、Vertex公司的赛伯手套、Exos公司的灵巧手手套、Mattel公司的Power Glove）（最便宜）5、三维定位跟踪系统包括：（电磁跟踪系统、声学跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、惯性位置跟踪系统）6、虚拟系统的输出设备主要有：（视觉感知设备、听觉感知设备、触觉（力觉）感知设备）7、视觉感知设备的典型应用：（台式立体显示系统、头盔显示器、吊杆式显示器、洞穴式立体显示装置、响应工作台显示装置、墙式立体显示装置）8、头盔显示器（HMD）主要组成是：（显示器）和（光学透镜）9、洞穴式立体显示装置（CAVE）主要包括：（专业虚拟现实工作站、多通道立体投影系统、虚拟现实多通道立体投影软件系统、房间式立体成像系统）10、响应工作台显示装置（RWB）主要组成有：（投影显示器、一个大的反射镜、一个即做桌面又做显示屏的特殊玻璃）11、虚拟世界的生成设备有：基于PC的VR系统、基于图形工作站的VR系统、超级计算机第三章：虚拟现实系统的相关技术1、立体显示技术是虚拟现实技术的一种极为重要的支撑技术，要实现立体的显示，现在有多种方法和手段实现，主要有：（彩色眼镜法、偏振光眼镜法、串行式立体显示法、裸眼立体显示实现技术）2、在真实感事实绘制技术中为了提高显示的逼真度加强真实性常采用的方法有：（纹理映射、环境映照、反走样）3、三维虚拟声音的主要特征：（全向三维定位特性、三维实时跟踪特性、沉浸感与交互性）4、（层次包围盒法）是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法、它是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效方法。
虚拟现实系统的组成与功能
显示设备：头戴式显示器、全息投影、裸眼3D等 输入设备：虚拟现实控制器、3D鼠标、手柄等 声音设备：立体声扬声器、耳机等 场景构建设备：3D扫描仪、动作捕捉系统等
输出设备
存储器
头盔显示器
数据手套
输入设备
中央处理器
输入设备
位置跟踪器
声音控制器
02
定义：利用技术手段构建一个虚拟的三维环境 目的：为用户提供一个逼真的、身临其境的体验 实现方式：通过图像、音效、触觉等多感官刺激 应用领域：游戏、娱乐、教育、医疗等
汇报
06
01
头戴式显示器 跟踪装置 声音系统 输入设备
定义：软件平台 是虚拟现实系统 的基础，提供虚 拟环境的核心功 能
分类：桌面式、 增强式、沉浸式、 分布式
功能：图形渲染、 物理仿真、人机 交互、声音模拟 等
重要性：软件平 台的选择直接影 响到虚拟环境的 真实感和用户的 体验
更新和维护： 选择能够持续 更新和维护的 虚拟现实系统， 确保系统的安 全性和稳定性。
汇报人：
虚拟游戏：通 过虚拟现实技 术，玩家可以 更加真实地体 验游戏中的场
景和角色。
互动电影：结 合虚拟现实技 术，观众可以 成为电影中的 角色，与电影
情节互动。
主题公园：虚 拟现实技术可 以用于提升主 题公园的娱乐 体验，为游客 提供更加真实
的感受。
赌博游戏：利 用虚拟现实技 术，玩家可以 在赌场中体验 更加真实的赌
简介：虚拟现实技术在游戏娱乐领域的应 用，如虚拟游戏、虚拟演唱会等。
应用案例：虚拟游戏-LBEAR虚拟现实游 戏体验馆。
功能特点：沉浸式体验，高度逼真，互动 性强。
案例分析：LBEAR虚拟现实游戏体验馆， 通过虚拟现实技术为玩家打造身临其境的 游戏体验，提高游戏娱乐的趣味性和沉浸 感。
工程机械CADCAM课后习题答案
第一章概述1．简述产品设计制造的一般过程。
答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、方案优化、计算分析、工艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和工程方法，输入的是产品设计要求，输出的是零件的制造加工信息。
2.简述CAD/CAM技术的概念、狭义和广义CAD/CAM技术的区别与联系。
答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与工程、计算机几何、机械设计、机械加工工艺、人机工程、控制理论、电子技术等学科知识，以工程应用为对象，实现包括二维绘图设计、三维几何造型设计、工程计算分析与优化设计、数控加工编程、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。
区别：广义的CAD/CAM技术，是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程，及与之直接和间接相关的活动；狭义的CAD/CAM技术，是指利用CAD/CAM系统进行产品的造型、计算分析和数控程序的编制联系：广义的CAD/CAM技术包容狭义的CAD/CAM技术3.传统的设计制造过程与应用CAD/CAM技术进行设计制造的过程有何区别与联系？答：区别：传统的设计与制造方式是以技术人员为中心展开的，，产品及其零件在加工过程中所处的状态，设计、工艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由人工进行检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理人员处，由技术人员进行对象的相关处理。
以CAD/CAM^术为核心的先进制造技术，将以人员为中心的运作模式改变为以计算机为中心的运作模式，利用计算机存贮量大、运行速度快、可无限期利用已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程的信息汇集在一起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术人员通过计算机这一媒介实现整个过程的有序化和并行化。
联系：制造过程的各个环节基本相同。
4.简述我国CAD/CAM技术发展的过程与特点。
虚拟现实系统
虚拟现实系统虚拟现实系统是一种通过计算机技术模拟现实环境的系统，利用人与电脑之间的交互来创造出一种身临其境的感觉。
它通常由硬件设备和软件应用程序组成，能够提供视觉、听觉、触觉等多种感官体验，使用户能够沉浸在一个完全虚拟的环境中。
一、虚拟现实系统的原理虚拟现实系统的核心原理是模拟人类感知和交互的过程，以实现一种逼真的虚拟体验。
它包括三个关键要素：感知输入、处理和呈现输出。
1. 感知输入虚拟现实系统通过感知设备获取用户的动作和感觉，用于追踪用户的位置、头部姿态和手部动作等。
其中常用的感知设备包括头戴式显示器、手柄、触控手套等。
2. 处理通过计算机算法对输入信号进行处理和分析，以便生成适合用户的虚拟体验。
处理过程需要对场景、图像、声音等进行实时计算和渲染，并将结果输出给用户。
3. 呈现输出呈现输出是指将处理后的数据以适合人类感知的方式呈现给用户。
常用的输出设备包括头戴式显示器、立体声耳机、触觉反馈设备等。
用户穿戴上这些设备后，可以通过眼睛看到逼真的虚拟场景，通过耳朵听到逼真的虚拟声音，并且能够通过触摸感受到虚拟物体的触感。
二、虚拟现实系统的应用领域虚拟现实系统在各个领域都有广泛的应用，包括娱乐、教育、医疗、工业等。
1. 娱乐娱乐是虚拟现实系统应用最广泛的领域之一。
通过虚拟现实系统，用户可以体验到逼真的游戏和电影场景，沉浸在一个完全虚拟的世界中。
同时，虚拟现实技术也为游戏开发者和电影制作人带来了更多的创作空间和方式。
2. 教育虚拟现实系统在教育领域也有着巨大的潜力。
通过虚拟现实技术，学生可以身临其境地参观世界各地的名胜古迹，体验各种科学实验和操作，提高学习的趣味性和互动性。
3. 医疗虚拟现实系统在医疗领域的应用非常广泛。
它可以帮助医生进行手术模拟和培训，提高手术的准确性和安全性；同时，还可以帮助患者进行康复训练和心理治疗，缓解疼痛和恐惧感。
4. 工业虚拟现实系统在工业领域的应用主要体现在训练和模拟方面。
虚拟现实的硬件技术及设备
虚拟现实的硬件技术及设备⽬录⼀、虚拟现实的硬件和设备概述 (1)⼆、三维建模设备 (1)2.1 3D扫描仪的发展 (2)2.2 3D扫描仪的功能及应⽤ (2)2.3 3D扫描仪的发展趋势 (3)三、三维视觉显⽰设备 (3)3.1 头盔显⽰器 (3)3.2 双⽬全⽅位显⽰器 (4)3.3 CRT终端-液晶光闸眼镜 (4)3.4 ⼤屏幕投影-液晶光闸眼镜 (5)四、三维声⾳系统 (5)4.1 三维⽴体声 (5)4.2 语⾳识别 (5)三、虚拟现实交互设备 (6)4.1 数据⼿套（Data Glove） (6)4.2 ⼒矩球 (6)4.3 操纵杆 (6)4.4 触觉反馈装置 (6)4.5 ⼒觉反馈装置 (7)五、运动捕捉系统 (7)5.1 机械式运动捕捉 (8)5.2 声学运动捕捉 (8)5.3 电磁式运动捕捉 (8)5.4 光学式运动捕捉 (8)5.5 数据⾐ (9)参考⽂献 (10)虚拟现实的硬件技术及设备的发展及现状史龙飞（电⼦信息学院物理电⼦学）⼀、虚拟现实的硬件和设备概述⾸先看虚拟显⽰技术的定义：虚拟现实技术就是采⽤以计算机技术为核⼼结合光电传感技术⽣成逼真的视、听、触⼀体化的特定范围内虚拟的环境（如飞机驾驶舱、分⼦结构世界，⾼危环境）。
若使⽤特定装备（动作采集⾃由度空间定位、⼒反馈输⼊、数字头盔、⽴体显⽰环境等），就可以⾃然地与虚拟世界中的客体进⾏实时逼真交互，从⽽产⽣亲临现场的感受和体验。
其次看虚拟现实技术的特点：1、沉浸感2、交互性3、想象性。
有以上的介绍不难看出虚拟先是不单单是要⼀个虚拟的现实世界，⽽且需要⼈们与虚拟的世界进⾏交互活动。
例如：当⼈的⼿在动的时候，在虚拟世界中就应该反映出来虚拟⼈的⼿同步在活动；当⼈转头看周围时候，虚拟环境应该跟随⼈头部的活动同步改变现实的内容。
另外，如何构建这个虚拟的现实世界，最主要的是使⽤各种建模语⾔建模，但是⼈们的精⼒是有限的，不可能将所有的虚拟元素都构建完成，这就需要其他设备进⾏辅助建模。
纺织设备虚拟现实培训系统考核试卷
4.讨论在实施纺织设备虚拟现实培训系统时可能遇到的挑战，并提出相应的解决方案。（10分）
（）
标准答案
一、单项选择题
1. C
2. D
3. C
4. C
5. C
6. D
7. D
8. A
9. C
10. C
11. D
12. C
13. C
14. D
15. D
16. D
17. B
18. D
19. A
20. D
A. 3D建模技术
B.传感器技术
C.人工智能技术
D.网络通信技术
8.在虚拟现实培训系统中，以下哪个环节对硬件性能要求最高？（）
A.图形渲染
B.数据处理
C.网络传输
D.存储容量
9.以下哪个软件不属于虚拟现实培训系统的开发工具？（）
A. Unity
B. Unreal Engine
C. AutoCAD
D. 3ds Max
10.纺织设备虚拟现实培训系统的设计和实施不需要教育专家的参与。（×）
五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）
1.请简述纺织设备虚拟现实培训系统的基本构成及其作用。（10分）
（）
2.描述虚拟现实技术在纺织设备操作培训中的优势，并举例说明。（10分）
（）
3.针对纺织设备虚拟现实培训系统，设计一个操作错误提示功能，并说明其实现原理和预期效果。（10分）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.虚拟现实技术在纺织设备培训中的应用主要包括以下哪些方面？（）
A.设备操作模拟
B.安全事故体验
虚拟现实输出设备
虚拟现实输出设备1. 引言虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种模拟现实环境的计算机技术，通过使用专门的硬件设备和软件应用程序，让用户可以沉浸在虚拟世界中。
虚拟现实输出设备是其中至关重要的一部分，它负责将虚拟世界的内容以逼真的方式呈现给用户。
2. 概述虚拟现实输出设备是指用户用来观看、聆听和感受虚拟现实内容的设备。
它可以分为视觉输出设备和听觉输出设备两大类。
2.1 视觉输出设备视觉输出设备用来模拟人类的视觉感知，让用户感觉自己置身于虚拟现实场景中。
目前市面上常见的虚拟现实视觉输出设备有：•头戴显示器（Head Mounted Display，简称HMD）：HMD 是最常见的虚拟现实视觉输出设备之一。
用户将显示器戴在头上，可以通过显示器屏幕观看虚拟现实内容。
HMD 通常配备多个传感器，用于追踪用户的头部和眼睛的运动，以实现更加逼真的虚拟现实体验。
•立体显示器：立体显示器是另一种常见的虚拟现实视觉输出设备。
它使用不同的视角和技术，让用户感受到立体和逼真的虚拟现实内容，而无需佩戴头戴显示器。
•投影设备：虚拟现实内容也可以通过投射到物理环境中的方式呈现给用户，这就需要使用投影设备。
投影设备可以将虚拟现实内容投射到墙壁或其他特定的平面上，用户可以通过观看这些投射图像来感受虚拟现实体验。
2.2 听觉输出设备听觉输出设备用来模拟人类的听觉感知，让用户感受到虚拟现实场景中的声音和音效。
常见的虚拟现实听觉输出设备有：•耳机：耳机是最常用的虚拟现实听觉输出设备之一。
用户可以戴上耳机听取虚拟现实内容中的音效和音乐，以增强虚拟现实体验。
•立体声扬声器：除了耳机外，虚拟现实听觉输出设备还包括立体声扬声器。
这些扬声器可以分布在虚拟现实环境中的不同位置，模拟出真实的声音来源和方向，让用户更加沉浸在虚拟现实世界中。
3. 技术原理虚拟现实输出设备的工作原理复杂多样，以下以头戴显示器为例进行介绍。
头戴显示器使用液晶显示屏等技术，将虚拟现实内容呈现给用户。
虚拟现实系统的硬件设备
无线通信设备
功能：实现虚拟现实系统与外部设 备的无线通信
应用场景：虚拟现实游戏、虚拟现 实教育、虚拟现实医疗等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
设备类型：蓝牙、Wi-Fi、ZigBee 等
发展趋势：高速、低功耗、高稳定 性、高安全性
数据线和其他连接设备
数据线：用于连接虚拟现实设备和计算机，传输数据 耳机：用于提供沉浸式音效体验 控制器：用于控制虚拟现实环境中的物体和操作 手套：用于捕捉手部动作，实现更真实的交互体验
耳机：提供立体声效果，增强沉浸感 麦克风：用于语音识别和交互 扬声器：提供声音输出，增强沉浸感 音频处理芯片：负责音频信号的处理和输出
传感器
作用：感知用 户头部运动， 实现虚拟现实 中的视角变化
类型：加速度 传感器、陀螺 仪、磁力计等
精度：影响虚 拟现实体验的 流畅性和真实
感
技术挑战：提 高传感器精度、 降低功耗、减
技术：包括计算 机视觉、机器学 习等
全向跑步机
功能：提供全方 位移动体验，模 拟真实跑步环境
特点：可调节速 度、坡度，适应 不同运动需求
应用：广泛应用 于虚拟现实游戏、 健身等领域
技术：采用先进 的传感器和电机 技术，实现精确 控制和实时反馈
座椅和摇杆控制器
座椅：提供舒适的坐姿，支持多角度调节 摇杆控制器：用于控制虚拟现实中的角色或物体，提供精确的控制 功能：支持多种游戏和软件，提供沉浸式体验 技术：采用先进的传感器和算法，实现精确的控制和反馈
控制器跟踪设备
跟踪设备：用于跟踪控制器的位置和运动 跟踪技术：包括光学跟踪、惯性跟踪、超声波跟踪等 跟踪精度：影响虚拟现实体验的重要因素 跟踪范围：控制器在虚拟现实环境中的可移动范围
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虚拟系统的输出设备作用：通过模拟人在现实中的多种感受：视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉、味觉、痛感等使人体有沉浸感。
目前发展形势：相对成熟的有视觉、听觉、力觉感知设备。
1.视觉感知设备：向用户提供立体宽视野的场景显示，且场景的变化实时改变。
头盔式显示器，洞穴式立体显示装置，响应工作台显示装置，墙式投影显示装置。
2.听觉感知设备：提供虚拟世界中的三维真实感的声音的输入及播放。
专用声卡将单通道或普通立体声源信号处理成具有双耳效应的三维虚拟立体声。
3.力觉感知设备：包含一般的接触感，纹理感，温度感等。
目前仅能模拟一般的接触感，力觉反馈装置相对成熟。
1.视觉感知设备：（1）台式立体显示系统：分类：不闪式：不闪式三维显示器的画面是由左眼和右眼各读出540条线后，俩眼的影像在大脑重合，所以大脑所认知的影像是1080条线。
因此可以确定不闪式为全高清。
优点：1. 无闪烁，更健康2.高亮度，更明亮3. 无辐射，更舒适的眼镜4. 无重影，更逼真5.价格合理，性价比高快门式：图像以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这些帧信号传输出去，负责接收的3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉（摄像机拍摄不出来效果），便观看到立体影像。
缺点：1.眼镜需要配备电池，电池发射出来电磁波产生辐射，会诱发想不到的病变。
2.画面闪烁，如果长时间观看，增加眼球负担3.亮度大大折扣，并且眼镜很容易疲劳标志性/前沿产品：2008年美国平达系统公司也专门设立了展位展示SD2020 和SD2620w两款高端三维立体显示器。
相对于目前常用CRT显示器上的液晶眼镜，挂屏等传统三维显示方式，平达StereoMirror立体显示器所具有的无闪烁舒适观测方式，高亮度高对比度的影像显示，极高的立体显示质量吸引了每一位到访的专家，并被称为三维显示的革命性显示产品。
可以参考课本P71.原理：无源立体眼镜左右镜片只允许一个方向的偏正光通过，两个显示屏分别显示左右两眼有一定视差的图像，通过分光透镜使两眼分别只能看到显示器的左右视图。
特点：高分辨率，高高度，高对比度，观看舒适，可长时间使用，观看视角大，价格低廉。
有待提高：显示器尺寸较小，不能容纳更多观众，不适合多用户协同工作。
中国工程院张祖勋院士正在测评SD2020立体显示器（2）头盔显示器原理：将小型2维显示器所产生的影像藉由光学系统放大。
具体而言，小型显示器所发射的光线经过凸状透镜使影像因折射产生类似远方效果。
利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的全像视觉。
分类：CRT类LCD类VRD类VLSI类用途：飞行模拟和电子游戏优缺点：分辨率较低，不适用于多用户协同工作，设备过重，刷新频率慢，跟踪精度低，眼睛易疲劳。
标志性/前沿产品：1.2012年1月底，美国Silicon Micro Display(SMD)公司发布了一款真正的1080p全高清3D头戴式显示器-ST1080。
ST1080的显示屏采用两块0.74英寸的LCOS硅基液晶来成像，可以在很小的尺寸内做到超高分辨率。
单从硬件上比，头戴眼镜的重量只有180克，造型简约，ST1080的控制器也十分紧凑，重量只有106克，采用U S B接口供电，外挂的电池包可以提供5小时的连续使用时间。
分辨率达到全高清的1920×1080标准，可以给用户提供3米距离观看100英寸图像的视觉效果;亮度指标达到120cd/m2，对比度达到1200:1，色彩十分艳丽。
目前为止，ST1080尚未出现在市场上，SMD公司只是在官网上预先发售。
2.2017 年年初Kopin 推出了一款只有 1 英尺的微显示屏 Lightning（闪电）。
随后 6 月份，歌尔与 Kopin 宣布合作推出双眼 4K 基于微显示屏“闪电”精灵头盔（Elf）的参考设计。
歌尔方面表示，采用“闪电”微显示屏的首款产品将于 2018 年上市。
在外观上非常小巧，配备一对一英寸的 Kopin “闪电”显示器，分辨率都是 2048 x 2048，刷新率 120 Hz。
目前这款头盔还没有一体化的声音、IPD 调试、也没有位置追踪技术。
3.2017年9月华硕正式发布了自己的Windows混合现实头盔。
早在今年5月份，华硕就表示要推出头显设备，华硕确认了这款产品就叫做Windows Mixed Reality Headset，在外观上采用数百个3D多边形碰撞，虽然没有任何传感器，但这款设备却能能进行6自由度位置跟踪，可以支持和Oculus Rift或HTC Vive 这些虚拟现实头盔完全相同的内容，微软也将会对SteamVR提供支持。
Windows Mixed Reality Headset采用两个前置摄像头用于追踪，华硕表示不再需要额外的传感器或者软件。
另外华硕官方表示这款头显中的缓冲部分采用抗菌材料，此外顶部的头冠部分进行平衡和优化能够大幅减少对鼻子和面部的压力。
华硕表示这款头显设备是非常酷炫和舒适的，整体重量在400g以下。
在售价方面，欧洲地区的售价为449欧元（约合人民币3507元），在美国地区的售价为449美元（约合人民币2943元）。
（3）吊杆式显示器（4）洞穴式立体显示器（5）响应工作台显示装置（6）墙式立体显示装置2.听觉感知设备作用：接收用户与虚拟环境的语音输入，生成虚拟世界中的立体三维声音。
一般采用声卡为实时多声源环境提供三维虚拟声音信号传送功能，信号经过预处理之后通过普通耳机确定声音的空间位置。
特点：（1）高度逼真（2）能以预订方式改变波形（3）尽量消除不在虚拟现实系统中产生的声源分类：耳机、喇叭标志性/前沿产品：1.谷歌推出新的遐想视图虚拟现实耳机与手机，其新的白日梦的观点将允许用户利用谷歌的街景，YouTube的360度视频，并且可以在Hulu和Netflix，HBO 观看视频。
他们还宣布了一个游戏，与神奇动物在哪里。
2.2017年7月宏达国际正在与高通公司合作，推出一款独立的Vive虚拟现实耳机，专门面向中国市场。
这款名为Vive独立的耳机被标榜为“优质”设备，并将在HTC的Viveport平台上运行应用程序。
由Snapdragon 835芯片提供动力，基于高通的全合一参考设计，其中包括内部的位置跟踪。
3.伊利诺斯大学开发的CAVE（洞穴式立体显示装置）系统使用四个同样的喇叭安在天花板的四个角上，幅度变化可以仿真方向和距离效果。
3.力觉反馈设备作用：用户利用触觉和力觉信息去感知虚拟世界中物体的位置和方位，且利用触觉和力觉操纵和移动物体来完成某种任务。
触觉感知给用户提供物体的表面几何形状、表面纹理、滑动等。
力反馈给用户提供总的接触力，表面柔顺、物体重量等，目前无法做到材质纹理和温度等感觉，只能提供“触感”。
特点：（1）实时性要求（2）较好的安全性（3）轻便、舒适标志性/前沿产品：1.2001年在国家"863"计划支持下，中国科学院自动化研究所研制成了高性能低成本的数据CAS-Glove和力觉反馈数据手套CAS-Grasp。
产品的基本特点如下：力觉反馈数据手套CAS-Grasp：CAS-Grasp是一种将数据手套技术与手指力觉反馈技术相结合的产品。
这种手指力觉反馈装置具有体积小，结构简单的特点，可以被安装在用户的手指和其他部位，实现触觉和力觉反馈。
还可以根据计算机指令在用户手上产生0-5kg的作用力，使用户得到真实的接触和受力感觉。
此外，由于CAS-Grasp的接触触头上安装有力传感器，因而可以对用户手指的受力进行反馈控制，以达到得到真实的力觉反馈的目的。
与国外同类产品相比，数据手套CAS-Glove和力觉反馈数据手套CAS-Grasp都具有更高的性能价格比。
除了作为虚拟现实系统的人机接口之外，在遥操作机器人系统、遥操作外科手术、虚拟装配训练、手语识别系统、教育娱乐等领域也具有广泛的应用前景。
2.Geomagic Touch（原Sensable PhantomOmni）是业界最广泛配置的专业力反馈装置。
Touch用于研究、3D建模、OEM应用等，使用户能够自由地进行3D粘土造型，加强科学或医学仿真，通过互动式培训提高生产力，并轻松地操纵机械部件以生成更高品质的设计。
力反馈设备在许多医疗培训和研究应用中发挥着一个重要的作用。
利用Geomagic Touch，外科医生可在一个虚拟患者模型上通过栩栩如生的组织反应和精确的外科手术工具进行计划和练习。
而Touch所提供的以课程为基础的医疗培训则为学生在临床前应用提供了重要的经验。
来自英国MedaPhor公司的ScanTrainer 为一款超声虚拟现实训练模拟器，通过提供临床前应用中以课程为基础的培训在教材和病人之间架起了一座桥梁。
最新一代的动画和现实触觉模拟技术结合实际的超声波扫描，从而能够为高效的培训环境提供非常逼真的扫描。
3.2017年4月发布的Cyberglove CyberTouch II 力反馈手套，CyberTouch产品线的这一新型号将振动触觉传感器应用到指尖的内侧。
这些小型传感器重量很轻，消除了原先型号产品所存在的笨重感，同时也提供了更为逼真的感官体验。
成组震颤器可产生简单的感觉如脉动或类似的震动，也可以复合产生复杂的触觉反馈。
程序开发者可设计自己的刺激方式以获得期望的触觉。
CyberTouch触觉反馈选件对于想在虚拟世界中同物体交互的任何人来说都至关重要。