资源描述
1虚拟现实技术基础与应用2*虚拟现实的生成设备虚拟现实的生成设备虚拟现实的生成设备虚拟现实的生成设备2.12.1虚拟现实的生成设备主要是指创建虚拟场景、实时响应用户各种操作的计算机设备。计算机是虚拟现实系统的心脏，也称之为虚拟世界的发动机。虚拟现实系统的性能优劣很大程度上取决于计算机设备的性能，由于虚拟世界本身的复杂性及实时性计算的要求，产生虚拟环境的计算量极为巨大，这就对计算设备的配置提出了极高的要求，最主要的要求就是计算机必须具备高速的CPU和强有力的图形处理能力。根据CPU的速度和图形处理能力，虚拟现实的生成设备可分为高性能个人计算机、图形工作站、巨型机和分布式网络计算机。31.1 高性能个人计算机高性能个人计算机系统结构图高性能个人计算机系统结构图 高性能个人计算机的核心部分是计算机的图形加速卡。为了加快图高性能个人计算机的核心部分是计算机的图形加速卡。为了加快图形处理的速度，系统可配置多个图形加速卡。形处理的速度，系统可配置多个图形加速卡。41.2 高性能图形工作站 工作站是仅次于工作站是仅次于PC机的用的最多的计算设备。比机的用的最多的计算设备。比PC机相比，工机相比，工作站的优点是有更强的计算能力，更大的磁盘空间和更快的通讯方作站的优点是有更强的计算能力，更大的磁盘空间和更快的通讯方式。工作站主要用于通用计算而不是虚拟现实。随着虚拟现实的不式。工作站主要用于通用计算而不是虚拟现实。随着虚拟现实的不断成熟，主要的工作站制造厂家逐渐开发用高端图形加速器来实现断成熟，主要的工作站制造厂家逐渐开发用高端图形加速器来实现现有的模型。现有的模型。Sun和和SGI公司采用的一种途径是用虚拟现实工具改进公司采用的一种途径是用虚拟现实工具改进现有的工作站，像基于现有的工作站，像基于PC的系统那样。的系统那样。Division Ltd.采用的另一个采用的另一个途径是设计虚拟现实专用的途径是设计虚拟现实专用的总承包总承包系统，如系统，如Provision 100。这是基。这是基于工作站的虚拟现实机器的两种发展途径。于工作站的虚拟现实机器的两种发展途径。5(a a)Sun Blade 2500 (b)Sun Blade 2000 Sun工作站工作站1.2 高性能图形工作站61.3 高度并行的计算机 计算机界的研究重心是并行计算。所以各个工作站厂商都在发展高度并行的虚拟现实机器，以便提高计算能力。目前高性能并行计算机的体系结构较多，集群和巨型机主机就是并行计算机。SGI Altix 3000 曙光曙光TC1700服务器服务器7联想成功研制的“深腾7000”天河一号”超级计算机 1.3 高度并行的计算机8 分布式虚拟环境是指它驻留在两台或两台以上的网络计算机上，分布式虚拟环境是指它驻留在两台或两台以上的网络计算机上，这些计算机共享整个仿真的计算负载。如果在分布式虚拟环境中的这些计算机共享整个仿真的计算负载。如果在分布式虚拟环境中的两个两个(或多个或多个)用户称为合作，是指他们依次执行给定的仿真任务，用户称为合作，是指他们依次执行给定的仿真任务，在某一时刻只有一个用户与给定的虚拟对象交互。反之，用户协作在某一时刻只有一个用户与给定的虚拟对象交互。反之，用户协作指的是他们同时与给定的虚拟对象交互。指的是他们同时与给定的虚拟对象交互。1.4 分布式网络计算机92.2 虚拟现实交互设备 虚拟现实建立了一个虚拟的世界，处于虚拟世界中的人与系统之间相虚拟现实建立了一个虚拟的世界，处于虚拟世界中的人与系统之间相互作用、相互影响，要产生虚拟现实的沉浸感，常见的键盘、鼠标等交互互作用、相互影响，要产生虚拟现实的沉浸感，常见的键盘、鼠标等交互设备就不能完全满足需要了，必须要有相应的交互设备支持。目前虚拟现设备就不能完全满足需要了，必须要有相应的交互设备支持。目前虚拟现实交互设备根据功能的不同，可以分为实交互设备根据功能的不同，可以分为视觉显示设备、听觉感知设备、虚视觉显示设备、听觉感知设备、虚拟物体操作设备、运动捕捉设备等。拟物体操作设备、运动捕捉设备等。10视觉感知设备视觉感知设备人从外界获取信息有人从外界获取信息有80%以上来自于视觉，视觉感知设备是最常以上来自于视觉，视觉感知设备是最常见的，也是最成熟的。见的，也是最成熟的。1.头盔显示器(HeadMounted Display,HMD)111.头盔显示器(HeadMounted Display,HMD)在头盔中LEEP光学系统实现立体视觉的基本原理：（a）为单眼视觉的原理，图中可见虚像比屏幕离开眼睛更远。（b）为立体视觉的原理。图中的一个目标点，在两个屏幕上的像素分别为A1和A2。它们在屏幕上的位置之差，就是立体视差。这两个像素的虚像分别为B1和B2。双目视觉的融合，人就感到这个目标点在C点，就是感觉的点。视觉感知设备121.头盔显示器(HeadMounted Display,HMD)2.1.2 视觉感知设备（1）基于LCD的头盔显示器各各 种种 类类 型型 的的 LED 头头 盔盔 显显 示示 器器13（2 2）双目全方位双目全方位显示器示器双目全方位显示器（Binocular Omni-Orientation Monitor，BOOM）是种可移动式显示器，是一种特殊的头部显示设备。使用BOOM比较类似使用一个望远镜，它把两个独立的CRT显示器捆绑在一起，由两个相互垂直的机械臂支撑称，这不仅让用户可以在半径2m的球面空间内用手自由操纵显示器的位置，还能将显示器的重量加以巧妙的平衡而使之始终保持水平，不受平台的运动影响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和HMD一样有实时的观测和交互能力。14（3）基于CRT的头盔显示器基于基于CRT的头盔产品的头盔产品视觉感知设备 15（4）大屏幕投影）大屏幕投影-液晶光闸眼镜液晶光闸眼镜大屏幕投影-液晶光闸眼镜立体视觉系统原理和CRT显示一样只是将分时图像CRT显示改为大屏幕显示，用于投影的CRT或者数字投影机要求极高的亮度和分辨率，它适合在较大的使用内产生投影图像的应用需求。洞穴式VR系统就是一种基于投影的环绕屏幕的洞穴自动化虚拟环境CAVE（Cave Automatic Virtual Environment）。16裸体立体显示系统 裸体立体显示系统：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，一副给左眼看，另一幅裸体立体显示系统：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，一副给左眼看，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。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。立体液晶显示器立体液晶显示器美国DTI公司首先推出的15英寸2015XLS 3D液晶显示器,采用了一种被称为视差照明（parallax illumination）的开关液晶技术实现了裸体立体显示效果。17裸体立体显示系统182.2.2 听觉感知设备 听觉感知设备主要有耳机和扬声器两种。听觉感知设备主要有耳机和扬声器两种。（1）耳机192听觉感知设备（2）扬声器 又称“喇叭”。是一种十分常用的电声转换器件，它是一种位置固定的听觉感知设备。大多数情况下能很好地用于给一组人提供声音，但也可以在基于头部的视觉现实设备中使用扬声器。202.2.3 虚虚拟物体操作物体操作设备（1 1）数据手套）数据手套21（2）力矩球力矩球力矩球（空间球Space Ball）是一种可提供为6自由度的外部输入设备，6自由度是指宽度、高度、深度、俯仰角、转动角和偏转角，可以扭转、挤压、拉伸以及来回摇摆，用来控制虚拟场景做自由漫游，或者控制场景中虚拟物体的空间位置机器方向。22（3）操）操纵杆杆操纵杆是一种可以提供前后左右上下留个自由度及手指按钮的外部输入设备。如图所示，适合对虚拟飞行等的操作。由于操纵杆采用全数字化设计，随意其精度非常高。无论操作速度多快，它都能快速做出相应。23触觉反馈设备 充气式触充气式触觉反反馈装置的工作原理是在数据手套中配置一些微小的气泡，装置的工作原理是在数据手套中配置一些微小的气泡，每一个气泡都有两条很每一个气泡都有两条很细的的进气和出气管道，所有气泡的气和出气管道，所有气泡的进/出气管出气管汇总在一在一起与控制器中的微型起与控制器中的微型压缩泵相相连接。根据需要采用接。根据需要采用压缩泵对气泡来充气和排气泡来充气和排气。充气气。充气时，微型，微型压缩泵迅速加迅速加压，使气泡膨，使气泡膨胀而而压迫刺激皮肤达到触迫刺激皮肤达到触觉反反馈的目的。的目的。242振动式触觉反馈装置 记忆合金触觉反馈装置记忆合金触觉反馈装置252振动式触觉反馈装置 记忆合金触觉反馈装置记忆合金触觉反馈装置26力反馈设备 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，给用户提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，给用户提供一个立即的，高逼真的，可信的真实交互。在实际应用中常见的力反馈设备有力反馈鼠标、力反供一个立即的，高逼真的，可信的真实交互。在实际应用中常见的力反馈设备有力反馈鼠标、力反馈操纵杆、力反馈手臂以及力反馈手套。馈操纵杆、力反馈手臂以及力反馈手套。271力反馈鼠标 力反馈鼠标力反馈鼠标Wingman282.3.3 力反馈设备2力反馈操纵杆 293力反馈手柄 力反馈手柄是较简单的力反馈设备。它只有三个自由力反馈手柄是较简单的力反馈设备。它只有三个自由度，功能有限。为了增加仿真的灵活性，力反馈手臂的仿真度，功能有限。为了增加仿真的灵活性，力反馈手臂的仿真接口有一定的改进。接口有一定的改进。303力反馈手柄 (a)(a)手臂反馈运动机构手臂反馈运动机构 (b)系统配置图系统配置图 力反馈手臂装置示意图力反馈手臂装置示意图313力反馈手柄 324力反馈手套 CyberGraspCyberGrasp手套手套334力反馈手套 CyberGraspCyberGrasp的工作外观的工作外观342.2.4 运动捕捉系统 运动捕捉技术的工作原理是把真实人的动作完全附加到一个三维模型或者角色动画上。所以，运动捕捉技术作为三维动画主流制作工具，在国外已得到业内的认可和应用。通常借助该技术，动画师们模拟真实感较强的动画角色，并与实拍中演员的大小比例相匹配，然后借助运动捕捉系统来捕捉表演中演员的每一细微动作和表情变化，并真实地还原在角色动画上。353运动捕捉系统 基于运动捕捉的角色动画制作基于运动捕捉的角色动画制作363运动捕捉系统 运动捕捉系统运动捕捉系统373运动捕捉系统 典型的运动捕捉设备一般由三部分组成。接收传感器是固定在运动物体特定部位的跟踪装置，它将向系统提供运动物体运动的位置信息，一般会随着捕捉的细致程度确定传感器的数目。382.4.8 常见的三维位置跟踪设备3运动捕捉系统 典型的运动捕捉设备一般由三部分组成。处理单元是负责处理系统捕捉到的原始信号，计算传感器的运动轨迹，对数据进行修正、处理、并与三维角色模型相结合。处理单元既可以是软件也可以是硬件，借助计算机对数据告诉的运算能力来完成数据的处理，使三维模型真正、自然地运动起来。393运动捕捉系统 典型的运动捕捉设备一般由三部分组成。信号捕捉设备负责捕捉，识别传感器的信号，并将运动数据从信号捕捉设备快速准确地传送到计算机系统。这种设备会因系统的类型不同而有所区别，对于机械系统来说是一块捕捉电信号的线路板，对于光学系统则是高分辨率红外摄像机。403运动捕捉系统(a)(a)身体运动捕捉身体运动捕捉 (b)面部表情运动捕捉面部表情运动捕捉光学式运动捕捉的应用光学式运动捕捉的应用p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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