虚拟现实的空间定位21

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,虚拟现实的空间定位,09,电信许羽东,概念、,特,特征与,发,发展历,程,程,技术实,现,现,空间定,位,位的实,现,现,应用与,展,展望,4,1,2,3,提纲目,录,录,虚拟现,实,实的概,念,念,虚拟现,实,实(VirtualReality，简称VR，又译,作,作灵境,、,、幻真)是近年,来,来出现,的,的高新,技,技术，,也,也称灵,境,境技术,或,或人工,环,环境。,虚拟现,实,实是利,用,用电脑,模,模拟产,生,生一个,三,三维空,间,间的虚,拟,拟世界,，,，提供,使,使用者,关,关于视,觉,觉、听,觉,觉、触,觉,觉等感,官,官的模,拟,拟，让,使,使用者,如,如同身,历,历其境,一,一般，,可,可以及,时,时、没,有,有限制,地,地观察,三,三度空,间,间内的,事,事物。,虚拟现,实,实的特,征,征,浸没感,（,（Immersion）,又称临,场,场感，,指,指用户,感,感到作,为,为主角,存,存在于,模,模拟环,境,境中的,真,真实程,度,度。理,想,想的模,拟,拟环境,应,应该使,用,用户难,以,以分辨,真,真假，,使,使用户,全,全身心,地,地投入,到,到计算,机,机创建,的,的三维,虚,虚拟环,境,境中，,该,该环境,中,中的一,切,切看上,去,去是真,的,的，听,上,上去是,真,真的，,动,动起来,是,是真的,，,，甚至,闻,闻起来,、,、尝起,来,来等一,切,切感觉,都,都是真,的,的，如,同,同在现,实,实世界,中,中的感,觉,觉一样,。,。,虚拟现,实,实的特,征,征,交互性,（,（Interactivity）,指用户,对,对模拟,环,环境内,物,物体的,可,可操作,程,程度和,从,从环境,得,得到反,馈,馈的自,然,然程度,（,（包括,实,实时性,）,）。例,如,如，用,户,户可以,用,用手去,直,直接抓,取,取模拟,环,环境中,虚,虚拟的,物,物体，,这,这时手,有,有握着,东,东西的,感,感觉，,并,并可以,感,感觉物,体,体的重,量,量，视,野,野中被,抓,抓的物,体,体也能,立,立刻随,着,着手的,移,移动而,移,移动。,虚拟现,实,实的特,征,征,构想性,（,（Imagination）,强调虚,拟,拟现实,技,技术应,具,具有广,阔,阔的可,想,想像空,间,间，可,拓,拓宽人,类,类认知,范,范围，,不,不仅可,再,再现真,实,实存在,的,的环境,，,，也可,以,以随意,构,构想客,观,观不存,在,在的甚,至,至是不,可,可能发,生,生的环,境,境。,由于浸,没,没感、,交,交互性,和,和构想,性,性三个,特,特性的,英,英文单,词,词的第,一,一个字,母,母均为I，所以,这,这三个,特,特性又,通,通常被,统,统称为3I特性。,发展历,史,史,1961年，MortonHeilig的设想-,-,-体验剧,场,场（Sensorama），以,布,布鲁克,林,林街道,为,为背景,，,，模拟,漫,漫步的,感,感受-,-,-先驱者,1965年，计,算,算图形,学,学之父Ivan Sutherlang发表论,文,文“终,极,极的显,示,示”，,提,提出“,应,应将计,算,算的显,示,示屏进,化,化为观,看,看虚拟,世,世界的,窗,窗口”,次年，,他,他开始,研,研制第,一,一个头,盔,盔显示,器,器，1970年，在,犹,犹他大,学,学成功,演,演示了,它,它的功,能,能。,其他成,就,就：用,计,计算机,生,生成的,图,图形代,替,替了摄,制,制图像,，,，并开,始,始设计,场,场景生,成,成器-,-,-图形加,速,速卡。,发展历,史,史,70-80年代，,美,美国军,方,方投巨,资,资研究,“,“飞行,头,头盔”,和,和其他,军,军用仿,真,真器，,成,成为虚,拟,拟现实,技,技术发,展,展的主,要,要推动,力,力。,1981年，美,国,国国家,航,航空和,宇,宇宙航,行,行局（NASA）制作,了,了当时,最,最先进,的,的液晶,显,显示器,头,头盔。,80年代中,期,期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier发明了,数,数据手,套,套。1989年组建VPLResearch公司,同年JaronLanier在文章,中,中正式,使,使用虚,拟,拟现实,这,这一术,语,语。,虚拟现,实,实系统,的,的硬件-,-,-跟踪设,备,备,1.电磁波,跟,跟踪器,此类跟,踪,踪器利,用,用小型,天,天线发,出,出的磁,场,场，由,多,多个接,收,收天线,接,接收信,号,号并通,过,过计算,得,得到三,维,维的位,置,置坐标,和,和方向,。,。,2.超声波,跟,跟踪器,超声波,跟,跟踪器,发,发出高,频,频超声,波,波脉冲,，,，由装,在,在天花,板,板上的,三,三个接,收,收器接,收,收信号,，,，通过,延,延迟即,可,可计算,距,距离。,3.机械跟,踪,踪器,机械跟,踪,踪器通,过,过精密,的,的机械,框,框架和,连,连接来,测,测量指,定,定点的,位,位置和,指,指向。,4.惯性跟,踪,踪器,惯性跟,踪,踪器采,用,用机械,方,方法，,利,利用小,型,型陀螺,仪,仪测量,倾,倾角、,偏,偏角和,转,转角。,虚拟现,实,实系统,的,的硬件-,-,-跟踪设,备,备,5.光学跟,踪,踪器,光学跟,踪,踪器是,一,一种红,外,外跟踪,器,器。它,利,利用摄,像,像机获,取,取图像,，,，通过,立,立体视,觉,觉计算,确,确定目,标,标位置,，,，并通,过,过观测,多,多个参,照,照点来,确,确定目,标,标的表,面,面指向,。,。,6.图像提,取,取跟踪,器,器,图像提,取,取跟踪,器,器是一,种,种计算,密,密度最,高,高的跟,踪,踪器。,它,它是最,易,易于使,用,用但又,最,最难开,发,发的跟,踪,踪器。,一,一台(组)视频摄,像,像机拍,摄,摄人及,其,其动作,，,，然后,由,由图像,处,处理技,术,术来确,定,定人的,位,位置及,动,动作。,虚拟现,实,实系统,的,的硬件-,-,-数据手,套,套,1.力学反,馈,馈手套,力学反,馈,馈手套,是,是在计,算,算机的,控,控制下,，,，通过,对,对手指,的,的运动,产,产生阻,尼,尼，从,而,而使用,户,户的手,产,产生力,感,感。阻,尼,尼的大,小,小由被,抓,抓物体,的,的物理,属,属性决,定,定。,力学反,馈,馈手套,技,技术提,供,供给用,户,户一种,虚,虚拟手,控,控制系,统,统，使,用,用户可,以,以选择,或,或操纵,机,机器子,系,系统并,能,能自然,感,感觉到,触,触觉和,力,力量模,拟,拟反馈,。,。,2.压力反,馈,馈系统,当一个,虚,虚拟物,被,被用户,抓,抓取时,，,，一些,虚,虚拟环,境,境系统,要,要求真,正,正的压,力,力反馈,，,，来防,止,止手穿,过,过固体,。,。压力,反,反馈系,统,统是把,压,压力加,到,到操纵,者,者手上,，,，从而,使,使人能,够,够根据,运,运动及,压,压力的,感,感受情,况,况进行,控,控制。,虚拟现,实,实系统,的,的硬件-,-,-数据手,套,套,3.表面压,力,力反馈,装,装置,表面显,示,示的概,念,念是把,虚,虚拟物,体,体本身,的,的表面,提,提供给,用,用户的,一,一个思,想,想，而,不,不是力,的,的感知,或,或与虚,拟,拟物体,的,的接触,而,而产生,的,的触觉,。,。在虚,拟,拟环境,的,的实现,中,中，存,在,在于现,实,实世界,中,中的用,户,户和在,计,计算机,中,中定义,的,的虚拟,物,物体之,间,间的交,互,互作用,不,不得不,通,通过一,个,个力反,馈,馈设备,调,调解。,目,目前这,类,类表面,压,压力反,馈,馈装置,包,包括：,点,点阵式,表,表面压,力,力反馈,装,装置和SPICE触觉接,口,口。,虚拟现,实,实系统,的,的硬件-,-,-数据手,套,套,力觉反,馈,馈数据,手,手套结,构,构示意,图,图,超声波,三,三维空,间,间定位,原,原理,利用三,角,角形测,量,量原理,可,可以实,现,现三维,定,定位与,定,定向。,设,设在参,考,考坐标,系,系的原,点,点、X轴、Y轴上分,别,别安装,有,有3个超声,波,波接收,器,器RO、RX、RY,同时在,要,要检测,的,的物体(如头盔,或,或数据,手,手套的,手,手指)安装有3个超声,波,波发射,器,器Fa、Fb、Fc.如图1所示。,超声波,测,测距原,理,理,超声波,发,发射与,接,接收系,统,统框图2所示,超声波,测,测距原,理,理,经过繁,杂,杂的数,学,学推演,，,，可得,到,到超声,波,波测距,公,公式：,其中,C,ultra,为声速;T,precise,为渡越,时,时间,T,env,为测量,时,时的环,境,境温度,f,count,为系统,时,时钟,f,ultrasonic,为超声,波,波的发,射,射频率.L,delay,是因温,度,度差异,而,而产生,的,的电路,延,延时,虚拟现,实,实技术,的,的应用,虚拟现,实,实的未,来,来展望,虚拟现,实,实发展,前,前景十,分,分诱人,，,，而与,网,网络通,信,信特性,的,的结合,，,，更是,人,人们所,梦,梦寐以,求,求的。,在,在某种,意,意义上,说,说它将,改,改变人,们,们的思,维,维方式,，,，甚至,会,会改变,人,人们对,世,世界、,自,自己、,空,空间和,时,时间的,看,看法。,它,它是一,项,项发展,中,中的、,具,具有深,远,远的潜,在,在应用,方,方向的,新,新技术,。,。利用,它,它，我,们,们可以,建,建立真,正,正的远,程,程教室,，,，在这,间,间教室,中,中我们,可,可以和,来,来自五,湖,湖四海,的,的朋友,们,们一同,学,学习、,讨,讨论、,游,游戏，,就,就像在,现,现实生,活,活中一,样,样。使,用,用网络,计,计算机,及,及其相,关,关的三,维,维设备,，,，我们,的,的工作,、,、生活,、,、娱乐,将,将更加,有,有情趣,。,。,虚拟现,实,实向人,们,们描绘,了,了未来,的,的生活,片,片段，,很,很美妙,。,。由此,用,用户也,可,可以发,挥,挥自己,丰,丰富的,想,想象力,，,，在我,们,们的电,脑,脑前就,可,可以实,现,现与大,西,西洋底,的,的鲨鱼,嬉,嬉戏；,参,参观非,洲,洲大陆,的,的天然,动,动物园,；,；感受,古,古战场,的,的硝烟,与,与刀光,剑,剑影；,发,发幽古,思,思今之,情,情；还,可,可以体,验,验开国,大,大典的,庄,庄严和,东,东方巨,人,人站立,起,起来的,壮,壮志豪,情,情,ThankYou,!,!,