第二章 虚拟现实系统的硬件设备.

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2.1.2视觉感知设备
• 1.头盔显示器(Head Mounted Display,HMD )
通常,头盔显示器的显示屏采用两个LCD或者CRT显示器分别 向两只眼睛显示图像,这两个图像由计算机分别驱动,两个图像存 在着微小的差别,类似于“双眼视差”。大脑将融合这两个图像获 得深度感知,得到一个立体的图像。
根据显示表面的不同,头盔显示器主 要分为基于LCD头盔显示器、基于CRT 头盔显示器和基于VRD头盔显示器。 1)基于LCD头盔显示器 LCD显示技术是以低电压产生彩色图像, 但其图像清晰度比较低。 包括EyePhone、Flight Helmet Cyberface Ⅱ、Tire 1 HMSI 1000
液晶显示器原理图
2.2 听觉感知设备概述
虚拟现实系统中已经考虑到的人耳因素包 括:声音方向,声音舞台,以及头部有 关的传递函数。 听觉感知设备的特性: 1)全向三维定位特性 2)三维实时跟踪特性 虚拟现实技术中所采用的听觉感知设备主 要有耳机和扬声器两种。
2.3 触觉和力反馈设备
在虚拟环境中的触觉反馈设备目前只能提 供最基本的“触到了”的感觉,无法提 供材质、纹理和温度的感觉,并且触觉 反馈装置仅局限于手指触觉反馈装置。 可分为:基于视觉式、充气式、振动式、 电刺激式和神经肌肉刺激式5类装置。
RWB的工作示意图 V_Desk 6 工作示意图
5. 墙式立体显示系统 此系统类似于放映电影形式的背投式显示设 备。目前常用的包括单通道立体投影系统和多 通道立体投影系统。
单通道立体投影系统
6. 裸眼立体显示系统 其显示技术结合双眼的视觉差和图片 三维的原理,自动生成两幅图片,一幅 给左眼看,另一幅给右眼看,使人的双 眼产生视觉差异。由于双眼观看液晶的 角度不同,因此不用戴上立体眼镜就可 以看到立体的图像。
第二章 虚拟现实系统的硬件设备
简述:
本章将介绍视觉感知设备、听觉感知设备、 触觉和力反馈设备、位置跟踪设备及虚拟 现实的计算设备等知识。请自行查阅市场 上相关的主流产品。
教学重点难点:
1、人的视听觉感知模型; 2、各种硬件设备的工作原理; 3、各种硬件设备的性能指标; 4、各种硬件设备的优缺点。
虚拟现实系统硬件配置示意图:
膨胀气泡技术存在一些 固有的困难,导致现在 充气式反馈装置暂时停 产。
Βιβλιοθήκη Baidu
Johnson制造出一个轻 型“可编程接触仿真器” 并取得了专利,它使用 轻型的形状记忆合金驱 动器来减少重量。
力反馈设备是运用先进的技术手段跟 踪用户身体的运动,将其在虚拟物体的 空间运动转换成对周边物理设备的机械 运动,并施加力给用户,使用户能够体 验到真实的力度感和方向感,从而提供 一个立即的、高逼真的、可信的真实交 互。常见的设备包括:力反馈鼠标、力 反馈操作杆、力反馈手臂以及力反馈手 套。
各种类型的头盔显示器
2)基于CRT的头盔显示器
CRT称为阴极射线管。基于CRT的头盔显示器是使用 电子快门等技术实现双眼立体显示的,提供小的高分 辨率、高亮度的单色显示。但其CRT较重、存有高电 压,佩戴较危险,视场较小,缺乏沉浸感。 HMD-131 Datavision 9C DMD
3)基于VRD的头盔显示器 VRD(Virtual Reality Display)的目标是产生全彩 色、宽视场、高分辨率、低价格的虚拟现实立体 显示。
2.1 视觉感知设备概述
• 2.1.1 人类视觉模型 • 1.视觉生理结构
眼球为人眼的视觉器官,主要由角膜、晶状 体、玻璃体及视网膜等组成一套光学系统。 大脑皮层(Cerebral Cortex)是大脑半球的 最外层,他负责各种形式的感觉。视网膜( Retina)是每只眼背部的神经细胞的多层膜, 它把光转成电信号,并通过视神经和管道传给 大脑。
力反馈设备示例及其原理
力反馈手臂装置示意图
2.4 位置跟踪设备
主要任务是检测有关对象的位置和方位,并 将位置和方位信息报告给虚拟现实系统。 目前,用于跟踪用户的方式有两种: 一是跟踪头部位置与方位来确定用户的视点 与视线方向,而视点位置与视线方向是确定虚 拟世界场景显示的关键。 另一种就是跟踪用户手的位置和方向,这是 带有跟踪系统的数据手套所获取的关键信息。
2. 视觉因素 立体视觉:对同一个场景,两眼 得到稍有差别的视图,左视区 (1)立体视觉 的信息,送到两眼视网膜的右 侧。在视交叉处,左眼的另一 (2)屈光度 半神经纤维交叉到大脑的右半 球,另一半神经纤维直接到大 (3)瞳孔 脑的左半球,这样,两眼得到 (4)分辨率 的左视区的所有信息,都送到 右半球。 (5)明暗适应 (6)周围视觉和中央视觉 hmd(头盔显示器)提 (7)视觉暂留 供两个显示,不但应保 持双目视差,而且应该 (8)视场
表2.1 人的感觉器官对应的各种接口设 备
人的感官 视觉 听觉 嗅觉 味觉 触觉 力觉 身体感觉 前庭感觉 说明 感觉各种可见光 感觉声音波 感知空气中的化学成分 感知液体中的化学成分 皮肤感知温度、压力和纹理等 肌肉等感知的力度 感知肌体或身躯的位置与角度 平衡感知 触觉传感器 力觉传感器 数据仪 动平台 接口设备 显示器或投影仪等 耳机、喇叭等 气味放大传感装置
重叠,实际上,由于两 眼有6.5cm的瞳距,所 以两者视场总有些差别, 有不重叠的区域。
• 视觉暂留是视网膜的电化学现象造成视 觉的反应时间。其原理是当人的眼睛看 到一幅画面或一个物体后,在1/24s内不 会消失。也就是说如果每秒更替24幅或 更多的画面,则前一幅画面在人脑中消 失之前,下一个画面就会进入人脑,从 而形成了连续的影像。 • 现有的VR技术,已经考虑的因素包括立 体视觉,分辨力,视觉暂留以及视场, 能够提供理想的立体视觉效果,实现较 强的视觉沉浸。
2.立体眼镜显示系统 目前主要有: 有源眼镜和无源眼镜 又称: 主动立体眼镜、 被动立体眼镜
3. 洞穴式立体显示系统 使用投影系统,投射多个投影面,形成房间式 的空间结构,使得围绕观察者具有多个图像画 面显示的虚拟现实系统,增强了沉浸感。
4. 响应工作台立体显示系统
计算机通过多传感器交互通道向用户提供视觉、听觉、 触觉等多模态信息,具有非沉浸式、支持多用户协同工 作的立体显示装置。类似于绘图桌形式的背投式显示器 ,通常采用主动式立体显示方式。
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