虚拟现实-VR

跟踪头部运动的虚拟现实头套：在传统的计算 机图形技术中，视场的改变是通过鼠标或键盘来实现 的，用户的视觉系统和运动感知系统是分离的，而利 用头部跟踪来改变图像的视角，用户的视觉系统和运 动感知系统之间就可以联系起来，感觉更逼真。另一 个优点是，用户不仅可以通过双目立体视觉去认识环 境，而且可以通过头部的运动去观察环境。
感觉Baidu Nhomakorabea馈
在一个VR系统中，用户可以看到一 个虚拟的杯子。你可以设法去抓住它，但 是你的手没有真正接触杯子的感觉，并有 可能穿过虚拟杯子的“表面”，而这在现 实生活中是不可能的。解决这一问题的常 用装置是在手套内层安装一些可以振动的 触点来模拟触觉。
语音
在VR系统中，语音的输入输出也很重要。这就 要求虚拟环境能听懂人的语言，并能与人实时交互。 而让计算机识别人的语音是相当困难的，因为语音信 号和自然语言信号有其“多边性”和复杂性。例如， 连续语音中词与词之间没有明显的停顿，同一词、同 一字的发音受前后词、字的影响，不仅不同人说同一 词会有所不同，就是同一人发音也会受到心理、生理 和环境的影响而有所不同。
虚拟现实（VR）
一、概述
虚拟现实是高度发展的计算机技术在 各种领域的应用过程中的结晶和反映，不 仅包括图形学、图像处理、模式识别、网 络技术、并行处理技术、人工智能等高性 能计算技术，而且涉及数学、物理、通信， 甚至与气象、地理、美学、心理学和社会 学等相关。
1.1 解说虚拟现实（VR）
虚拟现实，（Virtual Reality），简称 VR 技术，是指利用电脑模拟产生一个三 维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、 听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同 身历其境一般，可以及时、没有限制地观 察三维空间内的事物。
3D扫描仪
3D展示系统
CAVE沉浸式系统
头戴式立体显示器等
声音设备
位置追踪仪
数据手套
三维鼠标
动作捕捉设备
眼动仪
力反馈设备
三、关键技术
虚拟现实是多种技术的综合，包括 实时三维计算机图形技术，广角（宽视野） 立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟 踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、 网络传输、语音输入输出技术等。下面对 这些技术分别加以说明。
二、虚拟现实基本设备
虚拟现实技术基本设备是指与虚拟现实技术 领域相关的硬件产品，是虚拟现实解决方案中用 到的硬件设备，大致可以分为四类。它们分别是 （1）建模设备（如3D扫描仪）；（2）三维视觉 显示设备（如3D展示系统、大型投影系统（如 VR-Platform CAVE）、头戴式立体显示器等）； （3）声音设备（如三维的声音系统以及非传统 意义的立体声）以及（4）交互设备（包括 位置 追踪仪、数据手套、3D输入设备（三维鼠标）、 动作捕捉设备、眼动仪、力反馈设备以及其他交 互设备）。
交互性
交互性是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 去直接抓取环境中的物体，这时手有握着 东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视 场中的物体也随着手的移动而移动。
自主性
是指虚拟环境中物体依据物理定律 动作的程度。例如，当受到力的推动时， 物体会向力的方向移动、或翻倒、或从桌 面落到地面等。
声音
人能够很好地判定声源的方向。在水 平方向上，我们靠声音的相位差及强度的差 别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳 朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效 果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同 声音来实现的，所以会有一种方向感。现实 生活里，当头部转动时，听到的声音的方向 就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向 与用户头部的运动无关。
实时三维计算机图形
相比较而言，利用计算机模型产生 图形图像并不是太难的事情。如果有足够 准确的模型，又有足够的时间，我们就可 以生成不同光照条件下各种物体的精确图 像，但是这里的关键是实时。例如在飞行 模拟系统中，图像的刷新相当重要，同时 对图像质量的要求也很高，再加上非常复 杂的虚拟环境，问题就变得相当困难。
在用户与计算机的交互中，键盘和鼠标是目前 最常用的工具，但对于三维空间来说，它们都不太适 合。在三维空间中因为有六个自由度，我们很难找出 比较直观的办法把鼠标的平面运动映射成三维空间的 任意运动。现在，已经有一些设备可以提供六个自由 度，如三维数字化仪和三维鼠标等。另外一些性能比 较优异的设备是数据手套和数据衣。
使用人的自然语言作为计算机输入目前有两个 问题，首先是效率问题，为便于计算机理解，输入的 语音可能会相当啰嗦。其次是正确性问题，计算机理 解语音的方法是对比匹配，而没有人的智能。
四、虚拟现实目前应用领域
目前，虚拟现实应用领域广泛，游 戏、娱乐、医学、军事航天、室内设计、 房产开发、工业仿真、应急推演、文物古 迹、Web3D、道路桥梁、地理、教育中、 演播室、水文地质、维修、培训实训、传 播制造、汽车仿真、轨道交通、能源领域、 生物力学、康复训练、数字地球等。
图片示例
1.2 虚拟现实的特征
多感知性 所谓多感知性就是说除了一般计算
机所具有的视觉感知外，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 实就是应该具有人所具有的感知功能。
存在感
又称临场感、浸没感(Immersion) ， 它是指用户感到作为主角存在于模拟环境 中的真实程度。这种虚拟的环境是通过计 算机图形构成的三维数字模型，编制到计 算机中去产生逼真的“虚拟环境”,从而 使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环 境的感觉。理想的模拟环境应该达到使用 户难以分辨真假的程度。
显示
人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置 不同，得到的图像略有不同，这些图像在脑子里 融合起来，就形成了一个关于周围世界的整体景 象，这个景象中包括了距离远近的信息。当然， 距离信息也可以通过其他方法获得，例如眼睛焦 距的远近、物体大小的比较等。
在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。 用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的， 显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示 器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看 到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像， 奇、偶帧之间的不同也就是视差就产生了立体感。