虚拟现实技术概述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光学跟踪器虽然受视线阻挡的限制且工作 范围较小，但其数据处理速度、响应性都非常 好，因而较适用于头部活动范围相当受限而要 求具有较高刷新率和精确率的实时应用。
11
2.1 跟踪定位设备
2.1.4 其他类型跟踪器
1、机械跟踪器
通常把参考点和跟踪对象直接通过连杆装置相连， 采用刚体框架，一方面可以支撑观察设备，另一方面可 以测量跟踪对象的位置和方位。
一般可以通过并排放置多个显示器创建大型显示墙，或通 过多台投影仪以背投的形式投影在环幕上，各屏幕同时显 示从某一固定观察点看到的所有视像，由此提供一种全景 式的环境。
18
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（1）墙式投影显示设备： 可采用平面、柱面、球面的屏幕形式。
5
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 电磁波跟踪器
优点是其敏感性不依赖于跟踪方位，基本不受 视线阻挡的限制，体积小、价格便宜，因此对 于手部的跟踪大都采用此类跟踪器。
缺点是其延迟较长，跟踪范围小，且容易受环 境中大的金属物体或其他磁场的影响，从而导 致信号发生畸变，跟踪精度降低。
6
2.1 跟踪定位设备
2.1.2 超声波跟踪器
超声波跟踪器是声学跟踪技术最常用的一 种，其工作原理是发射器发出高频超声波脉冲 （频率20KHz以上），由接收器计算收到信号 的时间差、相位差或声压差等，即可确定跟踪 对象的距离和方位。
7
2.1 跟踪定位设备
2.1.2 超声波跟踪器
按测量方法的不同，超声波跟踪定位技术可分为：
19
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（2）响应工作台式显示设备 （Responsive Work Bench，RWB）：
一般由投影仪、反射镜和 显示屏（一种特制玻璃） 组成，投影仪将立体图像 投射到反射镜面上，再由 反射镜将图像反射到显示 屏上。
20
2.2 立体显示设备
3
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5
电磁波跟踪器 超声波跟踪器 光学跟踪器 其他类型跟踪器 跟踪传感设备的性能比较
4
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 电磁波跟踪器
电磁波跟踪器是一种较为常见的空间跟踪 定位器，一般由一个控制部件，几个发射器和 几个接收器组成。
精度：指检测目标位置的正确性，即误差范围。 分辨率：指跟踪定位器所能检测到的最小变化 范围，小于此值将检测不到。 响应时间：包括采样率、数据率、更新率和延 迟时间等4个指标。 抗干扰性：指跟踪定位器在相对恶劣的条件下 避免出错的能力。
13
2.1 跟踪定位设备
2.1.5 跟踪传感设备的性能比较
2、惯性跟踪器
惯性跟踪器也是采用机械方法，其原理是利用小型 陀螺仪测量跟踪对象在其倾角、偏角和转角方面的数据。
3、图像提取跟踪器
一般是由一组摄像机拍摄人及其动作，然后通过图 像处理技术的运算和分析来确定人的位置及动作。
12
2.1 跟踪定位设备
2.1.5 跟踪传感设备的性能比较
跟踪定位器的性能指标主要包括：
第二章
虚拟现实硬件设备
第2章 虚拟现实硬件设备
2.1 跟踪定位设备
2.2 立体显示设备
2.3 手部数据交互设备
2.4 虚拟声音输出设备
2.5 其他交互设备
2.6 虚拟现实硬件系统的集成
2
2.1 跟踪定位设备
典型的工作方式：由固定发射器发射出信号 ，该信号将被附在用户头部或身上的机动传感器 截获，传感器接收到这些信号后进行解码并送入 计算部件处理，最后确定发射器与接收器之间的 相对位置及方位，数据随后传输到时间运行系统 进而传给三维图形环境处理系统。
16
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
1、台式VR显示设备
一般使用标准计算机监视器，配合双目立体眼镜组成。 根据监视器的数目不同，还可分为单屏式和多屏式两类。 最简单也是最便宜的 VR视觉显示模式， 但缺乏沉浸感。
17
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
飞行时间（Time Of Flight，TOF）测量法
同时使用多个发射器和接收器，通过测量超声波从 发出到反射回来的飞行时间计算出准确的位置和方向。
相位相干（Phase Coherent，PC）测量法
通过比较基准信号和发射出去后发射回来的信号之 间的相位差来确定距离。
8
2.1 跟踪定位设备
2.1.3 光学跟踪器
模式识别系统 把发光器件按某一阵列排列，并将其固定在被跟踪 对象身上，由摄像机记录运动阵列模式的变化，通过与 已知的样本模式进行比较从而确定物体的位置。
激光测距系统 将激光通过衍射光栅发射到被测对象，然后接收经物 体表面反射的二维衍射图的传感器记录。
10
2.1 跟踪定位设备
2.1.3 光学跟踪器
跟踪器类型 电 磁 波 精 度 分 辨 率 1mm±0.03mm 10mm±0.5mm 2mm±0.02mm 响应时间 50 ms 30 ms < 1 ms 跟 踪 范 围 半径<1.6m的半球形 4～5m3 4～8m3（可扩展至 14m3）
3mm±0.1mm 依空气密度变化
超 声 波
光
学
1 mm
3种常用跟踪技术的主要性能指标对比
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（3）洞穴式投影显示设备（CAVE）： CAVE就是由投影显示屏包围而成的一个立体空间 （洞穴），分别有4面式、5面式或6面式CAVE系统。
14
2.2 立体显示设备
人眼立体视觉效应的原理 ：当人在现实生活 中观察物体时，双眼之间6～7cm的距离（瞳距） 会使左、右眼分别产生一个略有差别的影像（即 双眼视差），而大脑通过分析后会把这两幅影像 融合为一幅画面，并由此获得距离和深度的感觉 。
15
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备 2.2.2 头盔显示器 2.2.3 手持式立体显示设备
光学跟踪器可以使用多种感光设备，从普 通摄像机到光敏二极管都有。光源也是多种多 样的，如自然光、激光或红外线等，但为避免 干扰用户的观察视线，目前多采用红外线方式。
9
Βιβλιοθήκη Baidu 2.1 跟踪定位设备
2.1.3 光学跟踪器
光学跟踪器使用的主要三种技术：
标志系统 通常是利用传感器（如照相机或摄像机）监测发射器 （如红外线发光二极管）的位置进行追踪。
11
2.1 跟踪定位设备
2.1.4 其他类型跟踪器
1、机械跟踪器
通常把参考点和跟踪对象直接通过连杆装置相连， 采用刚体框架，一方面可以支撑观察设备，另一方面可 以测量跟踪对象的位置和方位。
一般可以通过并排放置多个显示器创建大型显示墙，或通 过多台投影仪以背投的形式投影在环幕上，各屏幕同时显 示从某一固定观察点看到的所有视像，由此提供一种全景 式的环境。
18
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（1）墙式投影显示设备： 可采用平面、柱面、球面的屏幕形式。
5
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 电磁波跟踪器
优点是其敏感性不依赖于跟踪方位，基本不受 视线阻挡的限制，体积小、价格便宜，因此对 于手部的跟踪大都采用此类跟踪器。
缺点是其延迟较长，跟踪范围小，且容易受环 境中大的金属物体或其他磁场的影响，从而导 致信号发生畸变，跟踪精度降低。
6
2.1 跟踪定位设备
2.1.2 超声波跟踪器
超声波跟踪器是声学跟踪技术最常用的一 种，其工作原理是发射器发出高频超声波脉冲 （频率20KHz以上），由接收器计算收到信号 的时间差、相位差或声压差等，即可确定跟踪 对象的距离和方位。
7
2.1 跟踪定位设备
2.1.2 超声波跟踪器
按测量方法的不同，超声波跟踪定位技术可分为：
19
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（2）响应工作台式显示设备 （Responsive Work Bench，RWB）：
一般由投影仪、反射镜和 显示屏（一种特制玻璃） 组成，投影仪将立体图像 投射到反射镜面上，再由 反射镜将图像反射到显示 屏上。
20
2.2 立体显示设备
3
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5
电磁波跟踪器 超声波跟踪器 光学跟踪器 其他类型跟踪器 跟踪传感设备的性能比较
4
2.1 跟踪定位设备
2.1.1 电磁波跟踪器
电磁波跟踪器是一种较为常见的空间跟踪 定位器，一般由一个控制部件，几个发射器和 几个接收器组成。
精度：指检测目标位置的正确性，即误差范围。 分辨率：指跟踪定位器所能检测到的最小变化 范围，小于此值将检测不到。 响应时间：包括采样率、数据率、更新率和延 迟时间等4个指标。 抗干扰性：指跟踪定位器在相对恶劣的条件下 避免出错的能力。
13
2.1 跟踪定位设备
2.1.5 跟踪传感设备的性能比较
2、惯性跟踪器
惯性跟踪器也是采用机械方法，其原理是利用小型 陀螺仪测量跟踪对象在其倾角、偏角和转角方面的数据。
3、图像提取跟踪器
一般是由一组摄像机拍摄人及其动作，然后通过图 像处理技术的运算和分析来确定人的位置及动作。
12
2.1 跟踪定位设备
2.1.5 跟踪传感设备的性能比较
跟踪定位器的性能指标主要包括：
第二章
虚拟现实硬件设备
第2章 虚拟现实硬件设备
2.1 跟踪定位设备
2.2 立体显示设备
2.3 手部数据交互设备
2.4 虚拟声音输出设备
2.5 其他交互设备
2.6 虚拟现实硬件系统的集成
2
2.1 跟踪定位设备
典型的工作方式：由固定发射器发射出信号 ，该信号将被附在用户头部或身上的机动传感器 截获，传感器接收到这些信号后进行解码并送入 计算部件处理，最后确定发射器与接收器之间的 相对位置及方位，数据随后传输到时间运行系统 进而传给三维图形环境处理系统。
16
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
1、台式VR显示设备
一般使用标准计算机监视器，配合双目立体眼镜组成。 根据监视器的数目不同，还可分为单屏式和多屏式两类。 最简单也是最便宜的 VR视觉显示模式， 但缺乏沉浸感。
17
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
飞行时间（Time Of Flight，TOF）测量法
同时使用多个发射器和接收器，通过测量超声波从 发出到反射回来的飞行时间计算出准确的位置和方向。
相位相干（Phase Coherent，PC）测量法
通过比较基准信号和发射出去后发射回来的信号之 间的相位差来确定距离。
8
2.1 跟踪定位设备
2.1.3 光学跟踪器
模式识别系统 把发光器件按某一阵列排列，并将其固定在被跟踪 对象身上，由摄像机记录运动阵列模式的变化，通过与 已知的样本模式进行比较从而确定物体的位置。
激光测距系统 将激光通过衍射光栅发射到被测对象，然后接收经物 体表面反射的二维衍射图的传感器记录。
10
2.1 跟踪定位设备
2.1.3 光学跟踪器
跟踪器类型 电 磁 波 精 度 分 辨 率 1mm±0.03mm 10mm±0.5mm 2mm±0.02mm 响应时间 50 ms 30 ms < 1 ms 跟 踪 范 围 半径<1.6m的半球形 4～5m3 4～8m3（可扩展至 14m3）
3mm±0.1mm 依空气密度变化
超 声 波
光
学
1 mm
3种常用跟踪技术的主要性能指标对比
2.2.1 固定式立体显示设备
2、投影式VR显示设备
（3）洞穴式投影显示设备（CAVE）： CAVE就是由投影显示屏包围而成的一个立体空间 （洞穴），分别有4面式、5面式或6面式CAVE系统。
14
2.2 立体显示设备
人眼立体视觉效应的原理 ：当人在现实生活 中观察物体时，双眼之间6～7cm的距离（瞳距） 会使左、右眼分别产生一个略有差别的影像（即 双眼视差），而大脑通过分析后会把这两幅影像 融合为一幅画面，并由此获得距离和深度的感觉 。
15
2.2 立体显示设备
2.2.1 固定式立体显示设备 2.2.2 头盔显示器 2.2.3 手持式立体显示设备
光学跟踪器可以使用多种感光设备，从普 通摄像机到光敏二极管都有。光源也是多种多 样的，如自然光、激光或红外线等，但为避免 干扰用户的观察视线，目前多采用红外线方式。
9
Βιβλιοθήκη Baidu 2.1 跟踪定位设备
2.1.3 光学跟踪器
光学跟踪器使用的主要三种技术：
标志系统 通常是利用传感器（如照相机或摄像机）监测发射器 （如红外线发光二极管）的位置进行追踪。