虛擬現(xiàn)實技術(shù)培訓(xùn)課程

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)培訓(xùn)課程相關(guān)知識背景 虛擬現(xiàn)實技術(shù)學(xué)習(xí)的知識背景是什么樣的？虛擬現(xiàn)實技術(shù)學(xué)習(xí)的知識背景是什么樣的？ 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是針對計算機專業(yè)的本科生開設(shè)的課程，學(xué)生需要有 計算機原理，體系結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)，軟件工程，程序設(shè)計，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，電子學(xué)，圖形學(xué)與CAD，系統(tǒng)分析，人工智能的知識背景。1.虛擬現(xiàn)實概述虛擬現(xiàn)實概述2.虛擬現(xiàn)實的接口設(shè)備虛擬現(xiàn)實的接口設(shè)備3.虛擬現(xiàn)實的計算機技術(shù)虛擬現(xiàn)實的計算機技術(shù)4.虛擬現(xiàn)實的建模和仿真技術(shù)虛擬現(xiàn)實的建模和仿真技術(shù)5.虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用課程目錄課程目錄學(xué)習(xí)重點和難點虛擬現(xiàn)實的根本概念；虛擬現(xiàn)實的根本概念；人的視覺系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實的視覺顯示技術(shù)；人

2、的視覺系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實的視覺顯示技術(shù)；各類位姿跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)；各類位姿跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)；力覺和觸覺反響技術(shù)；力覺和觸覺反響技術(shù)；虛擬現(xiàn)實的計算機系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實的計算機系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實的工具軟件系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實的工具軟件系統(tǒng)；分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。 第一章 虛擬現(xiàn)實概述課前索引課前索引第一節(jié)虛擬現(xiàn)實的根本概念第一節(jié)虛擬現(xiàn)實的根本概念第二節(jié)虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素第二節(jié)虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素章節(jié)小結(jié)章節(jié)小結(jié)課后習(xí)題課后習(xí)題 課前索引兩個問題兩個問題1什么是虛擬現(xiàn)實？2虛擬現(xiàn)實與人有什么關(guān)系？ 點擊觀看點擊觀看VRML演示演示 第一節(jié) 虛擬現(xiàn)實的根本概念1.虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實的概念2.有

3、關(guān)的其它概念有關(guān)的其它概念3.虛擬現(xiàn)實的特點虛擬現(xiàn)實的特點4.虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域5.虛擬現(xiàn)實的技術(shù)虛擬現(xiàn)實的技術(shù)1 虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實這個概念最早是由誰在什么時間提出的？虛擬現(xiàn)實這個概念最早是由誰在什么時間提出的？1989年，美國年，美國VPL Research公司創(chuàng)始人公司創(chuàng)始人Jaron Lanier提出了提出了“Virtual Reality虛擬現(xiàn)實的概念。虛擬現(xiàn)實的概念。如何理解如何理解“虛擬這個詞？虛擬這個詞？“Virtual說明，這個世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實的。這個說明，這個世界或環(huán)境是虛擬的，不是真實的。這個世界或環(huán)境是人工構(gòu)造的，是存在于計算機內(nèi)部的。用戶應(yīng)

4、該世界或環(huán)境是人工構(gòu)造的，是存在于計算機內(nèi)部的。用戶應(yīng)該能夠能夠“進入這個虛擬的環(huán)境中。所謂進入這個虛擬的環(huán)境中。所謂“進入這個虛擬的環(huán)進入這個虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個環(huán)境交互境中，是指用戶以自然的方式與這個環(huán)境交互如何理解如何理解“交互這個詞？交互這個詞？包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境，從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實環(huán)境中的虛包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境，從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺?；酶校两?，身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實或虛擬環(huán)境系統(tǒng)包括哪些？虛擬現(xiàn)實或虛擬環(huán)境系統(tǒng)包括哪些？包括人類操作者、人機接口和計算機包括人類操作者、人機接口和計算機問題請給出正確與錯誤的

5、判別請給出正確與錯誤的判別使用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的標(biāo)志就是使用頭盔式立體顯使用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的標(biāo)志就是使用頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套。示器和數(shù)據(jù)手套。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用最多的專用設(shè)備是頭盔式立體虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用最多的專用設(shè)備是頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套。于是，有人以使用這些專用顯示器和數(shù)據(jù)手套。于是，有人以使用這些專用設(shè)備為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的標(biāo)志。這種觀點是不準(zhǔn)確設(shè)備為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的標(biāo)志。這種觀點是不準(zhǔn)確的。的。頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，只是當(dāng)前頭盔式立體顯示器和數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，只是當(dāng)前已經(jīng)實現(xiàn)的一局部虛擬顯示設(shè)備。它們還很不完已經(jīng)實現(xiàn)的一局部虛擬顯示設(shè)備。它們還很不完善。例如，頭盔的視場，分辨率，

6、造成眩暈等問善。例如，頭盔的視場，分辨率，造成眩暈等問題還有待解決。聽覺接口和力覺接口等設(shè)備還在題還有待解決。聽覺接口和力覺接口等設(shè)備還在研究，應(yīng)用還不多。味覺，嗅覺，運動覺等技術(shù)研究，應(yīng)用還不多。味覺，嗅覺，運動覺等技術(shù)，還缺乏研究。，還缺乏研究。關(guān)于虛擬仿真虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有以下幾種情況虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有以下幾種情況第一種情況是模仿真實世界中的環(huán)境。例如，建筑第一種情況是模仿真實世界中的環(huán)境。例如，建筑物，武器系統(tǒng)，或戰(zhàn)場環(huán)境。這種真實環(huán)境，可能物，武器系統(tǒng)，或戰(zhàn)場環(huán)境。這種真實環(huán)境，可能是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計好但還沒有建成是已經(jīng)存在的，也可能是已經(jīng)設(shè)計

7、好但還沒有建成的。的。為了逼真地模仿真實世界中的環(huán)境，要求逼真地建為了逼真地模仿真實世界中的環(huán)境，要求逼真地建立幾何模型和物理模型。環(huán)境的動態(tài)應(yīng)符合物理規(guī)立幾何模型和物理模型。環(huán)境的動態(tài)應(yīng)符合物理規(guī)律。這一類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的功能，實際是系統(tǒng)仿真律。這一類虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的功能，實際是系統(tǒng)仿真。 點擊觀看居室環(huán)境的仿真和漫游例子點擊觀看居室環(huán)境的仿真和漫游例子 2 和虛擬現(xiàn)實有關(guān)的幾個概念虛擬環(huán)境虛擬環(huán)境( Virtual Environment )系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或虛擬現(xiàn)實( Virtual Reality )系統(tǒng)系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和計算機遙操作遙操作( Teleoperator )系統(tǒng)

8、系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和遙機器人增強現(xiàn)實增強現(xiàn)實( Augmented Reality )系統(tǒng)系統(tǒng)組合了虛擬環(huán)境和真實環(huán)境合成環(huán)境合成環(huán)境( Synthetic Environment )系統(tǒng)系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)、虛擬環(huán)境系統(tǒng)、增強現(xiàn)實系統(tǒng)等的總稱。關(guān)于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是人工對于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是人工構(gòu)造的，存在于計算機內(nèi)部的環(huán)境。這種虛擬的環(huán)構(gòu)造的，存在于計算機內(nèi)部的環(huán)境。這種虛擬的環(huán)境，可能是不同的環(huán)境。境，可能是不同的環(huán)境。一種情況是真實環(huán)境的仿真。例如，仿真真實建筑物的虛擬建筑物。這種真實建筑物可能是已經(jīng)建成的，也可能是已經(jīng)設(shè)計好但

9、尚未建成的。一種情況是完全虛擬的人造環(huán)境。例如在虛擬風(fēng)洞中，借助可視化技術(shù)構(gòu)造的虛擬風(fēng)洞環(huán)境。又如在三維動畫中，人工構(gòu)造的虛擬環(huán)境。關(guān)于遙操作系統(tǒng)為什么要針對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提出這么多概念？概念之間的區(qū)別？為什么要針對虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提出這么多概念？概念之間的區(qū)別？ 這些概念之間的區(qū)別在于。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？ 真實環(huán)境的仿真 完全虛擬的人造環(huán)境遙操作系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？遙操作系統(tǒng)的環(huán)境是怎樣的？ 對于遙操作系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是在遠地的一個真實的環(huán)境。用戶通過類似虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的人機接口，用戶通過類似虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的人機接口，也就是看到真實環(huán)境的場景，聽到真實環(huán)

10、境的聲音，感到與環(huán)境中也就是看到真實環(huán)境的場景，聽到真實環(huán)境的聲音，感到與環(huán)境中物體的接觸。物體的接觸。遙操作系統(tǒng)實際上是高級的遙控系統(tǒng)，是采用了先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的遙遙操作系統(tǒng)實際上是高級的遙控系統(tǒng)，是采用了先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的遙控系統(tǒng)。控系統(tǒng)。 3 虛擬現(xiàn)實的特點基于虛擬現(xiàn)實的根本概念，可以得到虛擬現(xiàn)實的以基于虛擬現(xiàn)實的根本概念，可以得到虛擬現(xiàn)實的以下三個特點。下三個特點。1人機接口的內(nèi)容人機接口的內(nèi)容計算機提供計算機提供“環(huán)境環(huán)境, 不是不是“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 信息。這改變信息。這改變了人機接口的內(nèi)容。了人機接口的內(nèi)容。2人機接口的形式人機接口的形式操作者由視覺操作者由視覺,聽覺聽覺,力覺感知

11、環(huán)境力覺感知環(huán)境, 由自然的動作操由自然的動作操作環(huán)境作環(huán)境, 不是由屏幕不是由屏幕,鍵盤鍵盤,鼠標(biāo)和計算機交互。這改鼠標(biāo)和計算機交互。這改變了人機接口的形式。變了人機接口的形式。3人機接口的效果人機接口的效果逼真的感知和自然的動作，使人產(chǎn)生身臨其境的感逼真的感知和自然的動作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果。覺。這改變了人機接口的效果。人機接口內(nèi)容的改變計算機提供計算機提供“環(huán)境環(huán)境, 不是不是“數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 信息。這改變了人機接口的內(nèi)信息。這改變了人機接口的內(nèi)容。容。虛擬現(xiàn)實的這個特點表達了計算機應(yīng)用的新方向。虛擬現(xiàn)實的這個特點表達了計算機應(yīng)用的新方向。計算機的名稱表達了它的最

12、早應(yīng)用是計算。當(dāng)時，計算機和用戶計算機的名稱表達了它的最早應(yīng)用是計算。當(dāng)時，計算機和用戶交互的是計算有關(guān)的數(shù)值。交互的是計算有關(guān)的數(shù)值。此后，計算機擴大到處理數(shù)值，字符串，文本等各類數(shù)據(jù)。此后，計算機擴大到處理數(shù)值，字符串，文本等各類數(shù)據(jù)。以后，計算機更擴大到處理圖像，圖形，聲音，語言等多種媒體以后，計算機更擴大到處理圖像，圖形，聲音，語言等多種媒體的信息。的信息。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)那么以環(huán)境為計算機處理的對象和人機交互的內(nèi)容。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)那么以環(huán)境為計算機處理的對象和人機交互的內(nèi)容。這開拓了計算機應(yīng)用的新思路。這開拓了計算機應(yīng)用的新思路。數(shù)值數(shù)值-各類數(shù)據(jù)各類數(shù)據(jù)-多媒體信息多媒體信息-環(huán)境環(huán)境人

13、機接口的內(nèi)容的變化：人機接口的內(nèi)容的變化：人機接口的形式的改變操作者由視覺操作者由視覺,聽覺聽覺,力覺感知環(huán)境力覺感知環(huán)境, 由自然的動作操由自然的動作操作環(huán)境作環(huán)境, 不是由屏幕不是由屏幕,鍵盤鍵盤,鼠標(biāo)和計算機交互。這改鼠標(biāo)和計算機交互。這改變了人機接口的形式變了人機接口的形式這個特點表達了計算機人機接口的新方向。這個特點表達了計算機人機接口的新方向。至今為止的計算機人機接口都是面向機器的。至今為止的計算機人機接口都是面向機器的。人機接口有哪些？人機接口有哪些？終端，鍵盤，鼠標(biāo)，打印機等接口設(shè)備，都是適應(yīng)終端，鍵盤，鼠標(biāo)，打印機等接口設(shè)備，都是適應(yīng)計算機的專用設(shè)備。這些設(shè)備很好地完成了各類

14、數(shù)計算機的專用設(shè)備。這些設(shè)備很好地完成了各類數(shù)據(jù)和多媒體信息的交互。據(jù)和多媒體信息的交互。虛擬現(xiàn)實中的人機接口，那么是面向用戶的。虛擬虛擬現(xiàn)實中的人機接口，那么是面向用戶的。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境交互?，F(xiàn)實系統(tǒng)中，用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境交互。如何理解自然的方式呢？如何理解自然的方式呢？所謂自然的方式，是指用戶通過視覺，聽覺，觸覺所謂自然的方式，是指用戶通過視覺，聽覺，觸覺等感覺虛擬環(huán)境，使用戶產(chǎn)生在真實環(huán)境中的幻覺等感覺虛擬環(huán)境，使用戶產(chǎn)生在真實環(huán)境中的幻覺。同時，用戶通過在真實環(huán)境中的行為，去干預(yù)虛。同時，用戶通過在真實環(huán)境中的行為，去干預(yù)虛擬環(huán)境。于是，虛擬現(xiàn)實的人

15、機接口設(shè)備，完全不擬環(huán)境。于是，虛擬現(xiàn)實的人機接口設(shè)備，完全不同于現(xiàn)有計算機的人機接口設(shè)備。這也是虛擬現(xiàn)實同于現(xiàn)有計算機的人機接口設(shè)備。這也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)中最有特色的內(nèi)容。技術(shù)中最有特色的內(nèi)容。人機接口的效果的改變逼真的感知和自然的動作，使人產(chǎn)生身臨其境的感逼真的感知和自然的動作，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果覺。這改變了人機接口的效果這個特點表達了計算機人機接口的新要求。這個特點表達了計算機人機接口的新要求。用戶通過人機接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用用戶通過人機接口與虛擬環(huán)境交互的結(jié)果，是使用戶產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。戶產(chǎn)生身臨其境的虛幻感，沉浸感。 虛擬現(xiàn)實的概念中

16、有三個虛擬現(xiàn)實的概念中有三個I：1Immersion(沉浸沉浸)，是指逼真的，身臨其境的感，是指逼真的，身臨其境的感覺。覺。2Interaction(交互交互)，是指用戶感知與操作環(huán)境，是指用戶感知與操作環(huán)境3Imagination(想象想象)，是指創(chuàng)造性。，是指創(chuàng)造性。 4 虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域1娛樂娛樂2國防國防3設(shè)計、制造和銷售設(shè)計、制造和銷售4醫(yī)療和健康醫(yī)療和健康5危險操作危險操作6訓(xùn)練訓(xùn)練7教育教育8信息可視化信息可視化9遠程交往與遠程游歷遠程交往與遠程游歷5 虛擬現(xiàn)實的技術(shù)1VR的人機接口的人機接口2VR的計算機系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)3VR的建模和仿真的建模和仿真VR的人機接口VR的人機接

17、口的作用是什么？的人機接口的作用是什么？其一是給人類操作者通過什么方式提供環(huán)境信息？視覺、聽覺和觸覺包括：視覺通道、聽覺通道、觸覺通道、運動接口和其他接口其二是感覺人類操作者的包括：位置跟蹤和映射，語音識別等。 1位置跟蹤和映射位置跟蹤和映射用于位置跟蹤和映射用于測量人體各部位的位置和姿態(tài)測量人體各部位的位置和姿態(tài)分析判斷人面部的表情分析判斷人面部的表情它的目的是：它的目的是：了解人的身體行為了解人的身體行為這是為了實現(xiàn)人機交互所必需的系統(tǒng)功能。這是為了實現(xiàn)人機交互所必需的系統(tǒng)功能。VR系統(tǒng)由此了解人的行系統(tǒng)由此了解人的行為，然后做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，實現(xiàn)交互。為，然后做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，實現(xiàn)交互。常用

18、的技術(shù)包括：常用的技術(shù)包括：機械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器機械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器根本目標(biāo)是精確完成位置和姿態(tài)的測量。三個主要的要求：大范圍根本目標(biāo)是精確完成位置和姿態(tài)的測量。三個主要的要求：大范圍的線性響應(yīng)，高帶寬的線性響應(yīng)，高帶寬1kHz，以及允許頭和身體的運動。，以及允許頭和身體的運動。2視覺通道視覺通道的作用：視覺通道的作用： 給人的視覺系統(tǒng)提供圖形顯示。給人的視覺系統(tǒng)提供圖形顯示。為了提供身臨其境的逼真感覺視覺通道應(yīng)該滿足的要求：為了提供身臨其境的逼真感覺視覺通道應(yīng)該滿足的要求：顯示的像素應(yīng)該足夠小，使人不至于感覺到像素的不連續(xù)顯示的像素

19、應(yīng)該足夠小，使人不至于感覺到像素的不連續(xù)顯示的頻率應(yīng)該足夠高，使人不至于感覺到畫面的不連續(xù)顯示的頻率應(yīng)該足夠高，使人不至于感覺到畫面的不連續(xù)給兩眼提供具有雙目視差的圖形，形成立體視覺。給兩眼提供具有雙目視差的圖形，形成立體視覺。應(yīng)該具有足夠大的視場，理想情況是顯示畫面充滿整個視場。應(yīng)該具有足夠大的視場，理想情況是顯示畫面充滿整個視場。視覺通道的顯示外表分為：視覺通道的顯示外表分為：基于基于CRT和基于和基于LCD。視覺通道的光學(xué)系統(tǒng)分為：視覺通道的光學(xué)系統(tǒng)分為：頭盔顯示頭盔顯示(HMD)和非頭盔顯示和非頭盔顯示(OHD) 專用頭盔圖3 聽覺通道聽覺通道的作用：聽覺通道的作用： 給人的聽覺系統(tǒng)提

20、供聲音顯示。為了提供身臨其境的逼真感覺，聽覺通道應(yīng)該滿足一些要求為了提供身臨其境的逼真感覺，聽覺通道應(yīng)該滿足一些要求 使人感覺置身于立體的聲場之中 能識別聲音的類型和強度 能判定聲源的位置。聽覺通道的關(guān)鍵技術(shù)包括：聽覺通道的關(guān)鍵技術(shù)包括： 合成由接口提供的虛擬聲音信號 聲音在虛擬空間定位問題 發(fā)聲設(shè)備。4 觸覺通道觸覺通道的作用觸覺通道的作用給人體外表提供觸覺和力覺。當(dāng)人體在虛擬空間中給人體外表提供觸覺和力覺。當(dāng)人體在虛擬空間中運動時，如果接觸到虛擬物體，虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)該運動時，如果接觸到虛擬物體，虛擬顯示系統(tǒng)應(yīng)該給人提供這種觸覺和力覺。給人提供這種觸覺和力覺。觸覺通道涉及操作以及感覺包括觸覺

21、通道涉及操作以及感覺包括觸覺反響觸覺反響力覺反響。力覺反響。觸覺通道的結(jié)構(gòu)分為：觸覺通道的結(jié)構(gòu)分為：安裝在身體上的設(shè)備安裝在身體上的設(shè)備安裝在地面的設(shè)備。安裝在地面的設(shè)備。5 運動接口人體在環(huán)境中的運動包括：人體在環(huán)境中的運動包括： 身體的被動運動如在車上的運動 身體主動運動漫游，如散步。人在運動中，人體內(nèi)部的運動感覺器官可以感知運動信息。感知運動人在運動中，人體內(nèi)部的運動感覺器官可以感知運動信息。感知運動信息的器官包含：信息的器官包含： 前庭系統(tǒng) 運動系統(tǒng) 視覺聽覺系統(tǒng) 本體感受，動覺和觸覺運動接口應(yīng)該給這些器官提供運動信息。運動接口應(yīng)該給這些器官提供運動信息。6 其它類型接口其它類型接口包

22、括：其它類型接口包括：嗅覺、味覺通道嗅覺、味覺通道感覺熱、風(fēng)及濕度的接口感覺熱、風(fēng)及濕度的接口還包括語音通訊語音識別與合成還包括語音通訊語音識別與合成以及直接心理感覺和控制。以及直接心理感覺和控制。這些接口，目前還缺乏研究這些接口，目前還缺乏研究2VR的計算機系統(tǒng) 現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，主要的通道是什么？現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，主要的通道是什么？現(xiàn)有的虛擬顯示系統(tǒng)主要考慮視覺通道。聽覺通道和觸覺通道還處于研究階段。VR的計算機系統(tǒng)主要考慮的通道是什么？的計算機系統(tǒng)主要考慮的通道是什么？所以，VR的計算機系統(tǒng)主要考慮視覺通道的要求。VR的計算機系統(tǒng)的視覺通道1 視覺通道對計算機系統(tǒng)硬件的要求視覺通道對

23、計算機系統(tǒng)硬件的要求 首先是要求維持足夠的圖形幀速率首先是要求維持足夠的圖形幀速率這要求在指定的時間內(nèi)約為這要求在指定的時間內(nèi)約為0.1秒計算出兩眼的秒計算出兩眼的兩幅圖像。兩幅圖像。同時要求提供足夠好質(zhì)量的圖像同時要求提供足夠好質(zhì)量的圖像這一般表達在圖像中顯示的多邊形或三角形的樹木這一般表達在圖像中顯示的多邊形或三角形的樹木。因此，往往需要專用硬件。圖形硬件應(yīng)提供因此，往往需要專用硬件。圖形硬件應(yīng)提供快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和外表紋快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和外表紋理。理。2視覺通道對計算機系統(tǒng)軟件的要求視覺通道對計算機系統(tǒng)軟件的要求VR系統(tǒng)中的軟件主要包括以下幾種：系

24、統(tǒng)中的軟件主要包括以下幾種：交互軟件：交互軟件：利用人機控制設(shè)備的輸出去修改利用人機控制設(shè)備的輸出去修改VE。視覺漫游軟件：視覺漫游軟件：控制用戶在控制用戶在VE中運動時看到的場景。中運動時看到的場景。建模軟件：建模軟件：定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。操作系統(tǒng)支持操作系統(tǒng)支持VE的實時多模態(tài)要求。的實時多模態(tài)要求。3視覺通道對計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的要求視覺通道對計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的要求分布式交互仿真分布式交互仿真分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍分布式交互仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代仿真技術(shù)，特別是軍事仿真的潮流。事仿真的潮流。通訊網(wǎng)絡(luò)可以把通訊網(wǎng)絡(luò)可以把VE轉(zhuǎn)換

25、成共享的分布式計算環(huán)境。轉(zhuǎn)換成共享的分布式計算環(huán)境。 3VR的建模和仿真 1 VR的建模包括：的建模包括：幾何建模和物理建模幾何建模和物理建模VR的幾何建模的幾何建模一般的一般的VR工具軟件都具有幾何建模功能。工具軟件都具有幾何建模功能。利用現(xiàn)有的利用現(xiàn)有的CAD建模工具也是常用的方法。建模工具也是常用的方法。市場上已有商業(yè)模型庫出售。市場上已有商業(yè)模型庫出售。對實際物體的建模，那么采用激光掃描等專用設(shè)對實際物體的建模，那么采用激光掃描等專用設(shè)備。備。VR的物理建模的物理建模物理建模是基于物理方程的建模。物理建模是基于物理方程的建模。一般考慮剛體建模，鏈接物體的建模，以及非剛一般考慮剛體建模，

26、鏈接物體的建模，以及非剛體的建模。體的建模。智能體建模不是基于物理方程，而是基于人為的智能體建模不是基于物理方程，而是基于人為的物體智能物體智能思考題什么是剛體？什么是剛體？什么是智能體？什么是智能體？3VR的建模和仿真 2仿真仿真仿真包括：圖形繪制和三維動畫。仿真包括：圖形繪制和三維動畫。 圖形繪制圖形繪制是把三維環(huán)境，相對于虛擬攝像機虛擬視點投影，形成圖像是把三維環(huán)境，相對于虛擬攝像機虛擬視點投影，形成圖像的過程。的過程。圖形繪制要求圖形繪制要求為了提供連續(xù)運動的錯覺，幀速率必須大于每秒為了提供連續(xù)運動的錯覺，幀速率必須大于每秒8到到10幀。幀。為了保持瞬間交互控制的錯覺，響應(yīng)時間的延遲必

27、須小于為了保持瞬間交互控制的錯覺，響應(yīng)時間的延遲必須小于0.1秒。秒。為了繪制人眼可分辨的所有細節(jié)，這要求有為了繪制人眼可分辨的所有細節(jié)，這要求有8千萬個多邊形。千萬個多邊形。然而，用今天的硬件，每個畫面然而，用今天的硬件，每個畫面8千萬多邊形的系統(tǒng)對真正的千萬多邊形的系統(tǒng)對真正的實時交互是太慢了，于是存在真實圖像與實時交互間的折衷實時交互是太慢了，于是存在真實圖像與實時交互間的折衷。某些應(yīng)用如建筑和藝術(shù)可能要求照片一樣真實的繪制。某些應(yīng)用如建筑和藝術(shù)可能要求照片一樣真實的繪制。制造和醫(yī)療應(yīng)用要求更高層次的實時交互。制造和醫(yī)療應(yīng)用要求更高層次的實時交互。2仿真仿真仿真包括：圖形繪制和三維動畫。

28、仿真包括：圖形繪制和三維動畫。 三維動畫三維動畫可以用兩種途徑實現(xiàn)可以用兩種途徑實現(xiàn):1：基于物理模型的數(shù)值計算。：基于物理模型的數(shù)值計算。屬于滿足物理規(guī)律的仿真技術(shù)，用于軍事和工業(yè)等屬于滿足物理規(guī)律的仿真技術(shù)，用于軍事和工業(yè)等方面。方面。2：數(shù)學(xué)插值。：數(shù)學(xué)插值。這種技術(shù)在三維動畫電影中獲得了巨大的成功。這種技術(shù)在三維動畫電影中獲得了巨大的成功。 虛擬現(xiàn)實開發(fā)系統(tǒng)的方塊圖用戶通過輸入輸出設(shè)備與輸入輸出軟件交互。輸入軟件通過形狀編輯器完成用戶通過輸入輸出設(shè)備與輸入輸出軟件交互。輸入軟件通過形狀編輯器完成幾何建模，通過聲音編輯器完成虛擬聲音系統(tǒng)建模。然后，在世界編輯器完幾何建模，通過聲音編輯器完

29、成虛擬聲音系統(tǒng)建模。然后，在世界編輯器完成虛擬環(huán)境的建模。其中的虛擬剪切器，用于模型的剪切。建立的模型，保成虛擬環(huán)境的建模。其中的虛擬剪切器，用于模型的剪切。建立的模型，保存在虛擬世界中。整個工作在計算機系統(tǒng)中完成存在虛擬世界中。整個工作在計算機系統(tǒng)中完成第二節(jié) 虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素為什么要討論人的因素？為什么要討論人的因素？計算機，接口和用戶是計算機，接口和用戶是VR系統(tǒng)中的三個組成局部。系統(tǒng)中的三個組成局部。接口設(shè)計必須考慮人的因素，人的因素與接口設(shè)計必須考慮人的因素，人的因素與VR系統(tǒng)性系統(tǒng)性能直接相關(guān)。能直接相關(guān)。虛擬現(xiàn)實中有關(guān)的人的因素具體有哪些方面？虛擬現(xiàn)實中有關(guān)的人的因素具體有

30、哪些方面？人眼人眼人耳人耳身體感覺身體感覺虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素-人眼1視覺生理結(jié)構(gòu)視覺生理結(jié)構(gòu)2立體視覺立體視覺 3屈光度屈光度4瞳孔瞳孔5分辨力分辨力6明暗適應(yīng)明暗適應(yīng)7周圍視覺和中央視覺周圍視覺和中央視覺8視覺暫留視覺暫留9視場視場 1視覺生理結(jié)構(gòu)視覺生理結(jié)構(gòu) 大腦皮層大腦皮層Cerebral Cortex是大腦半球的最外是大腦半球的最外層，它負(fù)責(zé)各種形式的感覺。視網(wǎng)膜層，它負(fù)責(zé)各種形式的感覺。視網(wǎng)膜Retina是是在每只眼背部的神經(jīng)細胞的多層膜，它把光轉(zhuǎn)成電在每只眼背部的神經(jīng)細胞的多層膜，它把光轉(zhuǎn)成電信號，并通過視神經(jīng)和管道傳給大腦。信號，并通過視神經(jīng)和管道傳給大腦。以下圖表示，視網(wǎng)膜

31、的解剖圖。圖中顯示了層以下圖表示，視網(wǎng)膜的解剖圖。圖中顯示了層，管道和神經(jīng)。，管道和神經(jīng)。 光感受器光感受器Photoreceptor是每只眼睛視網(wǎng)膜是每只眼睛視網(wǎng)膜中中1.25億個神經(jīng)細胞中的一局部，它在受到特億個神經(jīng)細胞中的一局部，它在受到特定波長的光的刺激時，會發(fā)出電信號。視網(wǎng)膜定波長的光的刺激時，會發(fā)出電信號。視網(wǎng)膜是眼的光敏層，幾百微米厚，有是眼的光敏層，幾百微米厚，有10層。光線通層。光線通過其中過其中8層，被另外兩層的視桿細胞和視錐細層，被另外兩層的視桿細胞和視錐細胞的光接收器胞的光接收器Photoreceptor吸收。每只眼吸收。每只眼的視網(wǎng)膜上有的視網(wǎng)膜上有1.25億個神經(jīng)細

32、胞。脊椎動物有億個神經(jīng)細胞。脊椎動物有兩種光感受器，：視桿細胞兩種光感受器，：視桿細胞rods負(fù)責(zé)低分負(fù)責(zé)低分辨率的、單色的、夜間的視覺。視錐細胞辨率的、單色的、夜間的視覺。視錐細胞cones負(fù)責(zé)高分辨率的、彩色的、白天的視覺負(fù)責(zé)高分辨率的、彩色的、白天的視覺。它花費。它花費25ms把光轉(zhuǎn)成電信號，再送給大腦。把光轉(zhuǎn)成電信號，再送給大腦。右圖表示，視網(wǎng)膜內(nèi)光感受器的解剖圖。右圖表示，視網(wǎng)膜內(nèi)光感受器的解剖圖。圖中桿狀細胞和錐狀細胞在上部，通向大腦的圖中桿狀細胞和錐狀細胞在上部，通向大腦的視神經(jīng)纖維在下部。視神經(jīng)纖維在下部。2立體視覺立體視覺 視覺的另一個重要因素是立體視覺能力。提供給人類視覺的

33、另一個重要因素是立體視覺能力。提供給人類視覺的圖像，必須使人感覺是立體的。這樣，觀看者視覺的圖像，必須使人感覺是立體的。這樣，觀看者的視覺系統(tǒng)就可以計算出被看物體的遠近。對同一個的視覺系統(tǒng)就可以計算出被看物體的遠近。對同一個場景，兩眼得到稍有差異的視圖。左視區(qū)的信息，送場景，兩眼得到稍有差異的視圖。左視區(qū)的信息，送到兩眼視網(wǎng)膜的右側(cè)。在視交叉處，左眼的一半神經(jīng)到兩眼視網(wǎng)膜的右側(cè)。在視交叉處，左眼的一半神經(jīng)纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經(jīng)纖維不纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經(jīng)纖維不交叉，直接到大腦的左半球。這樣，兩眼得到的左視交叉，直接到大腦的左半球。這樣，兩眼得到的左視區(qū)的所有

34、信息，都送到右半球。區(qū)的所有信息，都送到右半球。 右圖表示，人類立體視覺的原理圖。右圖表示，人類立體視覺的原理圖。HMD頭盔顯示器提供兩個顯示，不但應(yīng)保持雙目頭盔顯示器提供兩個顯示，不但應(yīng)保持雙目視差，而且應(yīng)該重疊。實際上視差，而且應(yīng)該重疊。實際上,由于兩眼有由于兩眼有6.5cm的瞳的瞳距，所以兩者視場總有些差異距，所以兩者視場總有些差異,有不重疊的區(qū)域。有不重疊的區(qū)域。對中央凹區(qū)域，深度感在對中央凹區(qū)域，深度感在150m時減弱。對周圍視覺時減弱。對周圍視覺，深度感在，深度感在100m減弱。而在這個距離上，雙目視差減弱。而在這個距離上，雙目視差不是最有用的，運動視差和透視可能更有用。不是最有用

35、的，運動視差和透視可能更有用。 3屈光度屈光度與眼的光學(xué)局部有關(guān)的一個度量是與眼的光學(xué)局部有關(guān)的一個度量是屈光度屈光度 dioptre。有。有1個屈光度個屈光度的鏡頭，可以聚焦平行光線在的鏡頭，可以聚焦平行光線在1米距離。人眼的聚焦能力約米距離。人眼的聚焦能力約60屈光度，屈光度，這說明聚焦平行光在這說明聚焦平行光在17mm距離，這就是眼球尺寸，是晶狀體和視網(wǎng)膜距離，這就是眼球尺寸，是晶狀體和視網(wǎng)膜的距離。的距離。年青人可以連續(xù)改變年青人可以連續(xù)改變14個屈光度，這稱為調(diào)節(jié)或聚焦。這保證對遠近物個屈光度，這稱為調(diào)節(jié)或聚焦。這保證對遠近物體都能看到清晰的圖像。年長后調(diào)節(jié)能力減弱，體都能看到清晰的

36、圖像。年長后調(diào)節(jié)能力減弱，50歲時調(diào)節(jié)能力歲時調(diào)節(jié)能力2個屈個屈光度，光度，70歲時調(diào)節(jié)能力歲時調(diào)節(jié)能力0個屈光度。在注視運動物體時，自動調(diào)節(jié)屈光個屈光度。在注視運動物體時，自動調(diào)節(jié)屈光度。度。調(diào)節(jié)作用保證某個距離的物體清晰，而其它距離物體模糊。這調(diào)節(jié)作用保證某個距離的物體清晰，而其它距離物體模糊。這起了濾波器的作用，使人集中關(guān)注視場中局部區(qū)域。在起了濾波器的作用，使人集中關(guān)注視場中局部區(qū)域。在HMD中沒中沒有調(diào)節(jié)，有調(diào)節(jié)，2個圖像都是聚焦在個圖像都是聚焦在2到到3米距離。米距離。4瞳孔瞳孔瞳孔是晶狀體前的孔，直徑可變化，由瞳孔是晶狀體前的孔，直徑可變化，由1.5mm到到8mm。面積之比。面積

37、之比1:30。瞳孔作用有三個：。瞳孔作用有三個：(a) 放大時放大時可增加眼的敏感；可增加眼的敏感；(b) 縮小時可增加近視覺的視距縮小時可增加近視覺的視距；(c) 縮小時可限制入射光在光學(xué)效果最好的中心區(qū)縮小時可限制入射光在光學(xué)效果最好的中心區(qū)。 5分辨力分辨力分辨力是人眼區(qū)分兩個點的能力，限于分辨力是人眼區(qū)分兩個點的能力，限于10m距離上距離上約約1.5-2mm。例如在。例如在2m的距離觀看寬度的距離觀看寬度400mm的電的電視。人眼區(qū)分兩個點的能力，在視。人眼區(qū)分兩個點的能力，在2m距離上約距離上約0.4mm。那么寬度。那么寬度400mm上應(yīng)該由上應(yīng)該由1000個個0.4mm大小的像素大

38、小的像素。計算機監(jiān)視器和高清晰度電視機，都到達了這樣。計算機監(jiān)視器和高清晰度電視機，都到達了這樣的分辨率。的分辨率。6明暗適應(yīng)明暗適應(yīng)眼對亮度的感覺可以自動調(diào)節(jié)，這是通過改變在視桿和視錐細胞中光敏化合物的濃度眼對亮度的感覺可以自動調(diào)節(jié)，這是通過改變在視桿和視錐細胞中光敏化合物的濃度。例如從亮處進入暗室時的現(xiàn)象，稱為暗適應(yīng)，花費約。例如從亮處進入暗室時的現(xiàn)象，稱為暗適應(yīng)，花費約40分。亮適應(yīng)是從暗室進入陽分。亮適應(yīng)是從暗室進入陽光下時的現(xiàn)象，這種適應(yīng)的強度變化在光下時的現(xiàn)象，這種適應(yīng)的強度變化在25000倍。視桿細胞適應(yīng)時間約倍。視桿細胞適應(yīng)時間約1小時，視錐細小時，視錐細胞適應(yīng)時間約幾分鐘。胞

39、適應(yīng)時間約幾分鐘。 7周圍視覺和中央視覺周圍視覺和中央視覺視網(wǎng)膜不僅是被動的光敏外表。通過視桿和視錐細胞與神經(jīng)細胞的連接，它視網(wǎng)膜不僅是被動的光敏外表。通過視桿和視錐細胞與神經(jīng)細胞的連接，它還有一定的圖像處理。中央凹是視網(wǎng)膜中央局部，在光軸與視網(wǎng)膜焦點附近還有一定的圖像處理。中央凹是視網(wǎng)膜中央局部，在光軸與視網(wǎng)膜焦點附近，直徑約，直徑約1mm，有高密度視錐細胞。中央凹區(qū)域的視覺稱為中央視覺。中央，有高密度視錐細胞。中央凹區(qū)域的視覺稱為中央視覺。中央視覺是高分辨率局部，有彩色的、白天的視覺。視網(wǎng)膜周圍區(qū)域包含視桿和視覺是高分辨率局部，有彩色的、白天的視覺。視網(wǎng)膜周圍區(qū)域包含視桿和視錐細胞。視網(wǎng)膜

40、周圍區(qū)域的視覺稱為周圍視覺。這些神經(jīng)細胞對光強的變視錐細胞。視網(wǎng)膜周圍區(qū)域的視覺稱為周圍視覺。這些神經(jīng)細胞對光強的變化敏感，它幫助我們注意運動物體。周圍視覺雖然分辨率低，是單色的、夜化敏感，它幫助我們注意運動物體。周圍視覺雖然分辨率低，是單色的、夜間的視覺，但敏感運動物體。間的視覺，但敏感運動物體。 8視覺暫留視覺暫留視覺暫留是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺的反響時視覺暫留是視網(wǎng)膜的電化學(xué)現(xiàn)象造成視覺的反響時間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時，視桿細胞得到約間。當(dāng)觀看很短的光脈沖時，視桿細胞得到約0.25s 的峰，視錐細胞快的峰，視錐細胞快4倍，得到約倍，得到約0.04s的峰。這種現(xiàn)的峰。這種現(xiàn)象造成視覺暫

41、留象造成視覺暫留現(xiàn)有的現(xiàn)有的VR技術(shù)，是否對以上技術(shù)，是否對以上8個人眼的因素都考慮個人眼的因素都考慮到了？到了？人眼的八個因素：視覺生理結(jié)構(gòu)、立體視覺、屈光度、瞳孔、分辨力、明暗適應(yīng)、周圍視覺和中央視覺、視覺暫留、視場 現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：立體視覺，分辨力，視覺暫留，以及視場。其他因素還沒有充分考慮到。 虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素-人耳1聲音聲音2聲音感覺聲音感覺3頻率范圍頻率范圍4聲強聲強5聲音方向聲音方向6聲音舞臺聲音舞臺7頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù) 1聲音聲音音速在空氣中，0時331m/s，20時344m/s。在海水中，1時音速1453m/s。在鑄鐵棒中，音速3

42、500m/s。耳聽到的頻率范圍約20Hz到20kHz。隨年歲增加，頻率范圍縮小，特別是高頻段?？紤]音速344m/s。 20Hz的波長17.2m, 1kHz的波長34.4cm, 10kHz的波長 3.44cm。人耳的尺寸約7cm，這是5kHz的波長。這說明耳會影響這種頻率聲音的收集。人的身體也會與聲波交互，這也會影響聲音的質(zhì)量。這類似音樂廳中的音響效果。2聲音感覺聲音感覺耳分為外耳、中耳、內(nèi)耳。外耳把聲音引導(dǎo)進內(nèi)耳，它也作為濾波器而改變聲音。把手放在耳前面，就會感到聲音變化。聲音最終沖擊耳膜，使之振動。耳膜振動再傳到耳蝸，并且振動加大20倍。3頻率范圍頻率范圍耳蝸有耳蝸有3個螺旋管，被個螺旋管，

43、被2個膜片分開，個膜片分開，Reissner膜和耳底膜。振動會刺激耳底膜上的膜和耳底膜。振動會刺激耳底膜上的2萬到萬到3萬個硬萬個硬毛，并產(chǎn)生電信號傳給大腦。耳底膜有識別頻率的毛，并產(chǎn)生電信號傳給大腦。耳底膜有識別頻率的機制。高頻振動刺激膜的開始局部，中頻振動刺激機制。高頻振動刺激膜的開始局部，中頻振動刺激膜的中間局部，低頻振動刺激膜的遠端局部。膜的中間局部，低頻振動刺激膜的遠端局部。4聲強聲強聲強影響到耳底膜的振幅，直接轉(zhuǎn)成毛細胞的刺激聲強影響到耳底膜的振幅，直接轉(zhuǎn)成毛細胞的刺激。5聲音方向聲音方向一般認(rèn)為，人腦識別聲源位置，是利用兩耳收到的一般認(rèn)為，人腦識別聲源位置，是利用兩耳收到的聲音的

44、時間差和聲音幅度差。當(dāng)人面對聲源時，兩聲音的時間差和聲音幅度差。當(dāng)人面對聲源時，兩耳的聲強和路徑相等。當(dāng)人向左轉(zhuǎn)以后，右耳聲音耳的聲強和路徑相等。當(dāng)人向左轉(zhuǎn)以后，右耳聲音比左耳強，且更早聽到。假設(shè)兩耳路徑之差為比左耳強，且更早聽到。假設(shè)兩耳路徑之差為20cm，那么時間差，那么時間差0.6ms。6聲音舞臺聲音舞臺如果用一對麥克風(fēng)記錄立體聲音，就可以重現(xiàn)聲音如果用一對麥克風(fēng)記錄立體聲音，就可以重現(xiàn)聲音舞臺，它有寬度和深度。舞臺，它有寬度和深度。 7頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)在聽耳機時，每個耳只聽一個發(fā)聲器的聲音。當(dāng)然一個在聽耳機時，每個耳只聽一個發(fā)聲器的聲音。當(dāng)然一個耳中的聲音，也會經(jīng)頭

45、部傳給另一耳。在聽揚聲器時，每個耳中的聲音，也會經(jīng)頭部傳給另一耳。在聽揚聲器時，每個耳都分別聽到兩個揚聲器的聲音。耳都分別聽到兩個揚聲器的聲音。1974年年P(guān)lenge認(rèn)為，進入耳的聲音的形式，會產(chǎn)生外部認(rèn)為，進入耳的聲音的形式，會產(chǎn)生外部的聲音舞臺的感覺。對于耳機特別是插入式耳塞，感覺的聲音舞臺的感覺。對于耳機特別是插入式耳塞，感覺的聲音舞臺是內(nèi)部的。如果驅(qū)動耳機的左右通道可以由電子的聲音舞臺是內(nèi)部的。如果驅(qū)動耳機的左右通道可以由電子設(shè)備構(gòu)成聲音，那么人會感覺聲音有外部的真實性。為此要設(shè)備構(gòu)成聲音，那么人會感覺聲音有外部的真實性。為此要求知道聲音的形狀，或由聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)。這個由求知

46、道聲音的形狀，或由聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)。這個由聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)稱為聲源到耳內(nèi)部的傳遞函數(shù)稱為頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)頭部有關(guān)的傳遞函數(shù) (Head-related transfer functions, HRTF)，它反映頭和耳對傳聲的影響，它反映頭和耳對傳聲的影響，不同的人有不同的，不同的人有不同的HRTF。HRTF的測量方法如下。對空間每個位置的聲源，安放在的測量方法如下。對空間每個位置的聲源，安放在耳中接近耳膜的小麥克風(fēng)測量收到的信號。信號經(jīng)過處理，耳中接近耳膜的小麥克風(fēng)測量收到的信號。信號經(jīng)過處理，補償非線性頻率響應(yīng)。由此得到補償非線性頻率響應(yīng)。由此得到HRTF。 現(xiàn)有的現(xiàn)有的VR系

47、統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的人耳的因素有哪些？系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的人耳的因素有哪些？現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮的因素包括：聲音方向，聲音舞臺，以及頭部有關(guān)的傳遞函數(shù)。其他因素還沒有充分考慮到。 虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素-身體感覺在在VR環(huán)境中，我們說的身體感覺，主要是對哪些事環(huán)境中，我們說的身體感覺，主要是對哪些事物的感覺？物的感覺？感覺外表粗糙、振動、運動、位置、壓力、疼痛和感覺外表粗糙、振動、運動、位置、壓力、疼痛和溫度。溫度?，F(xiàn)有的現(xiàn)有的VR系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮了觸覺和力覺顯示。但系統(tǒng)中，已經(jīng)考慮了觸覺和力覺顯示。但是有關(guān)的技術(shù)細節(jié)還沒有充分考慮到。是有關(guān)的技術(shù)細節(jié)還沒有充分考慮到。按身體不同部位，身體感覺

48、可分四類。按身體不同部位，身體感覺可分四類。(a)深部感覺深部感覺它提供關(guān)節(jié)、骨、腱、肌肉和其它組織的信息，涉它提供關(guān)節(jié)、骨、腱、肌肉和其它組織的信息，涉及壓力、疼痛和振動。及壓力、疼痛和振動。 (b)內(nèi)臟感覺內(nèi)臟感覺它提供胸腹腔中的內(nèi)臟的狀況，主要是疼痛它提供胸腹腔中的內(nèi)臟的狀況，主要是疼痛 (c)本體感覺本體感覺它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺。也涉及與其它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺。也涉及與其它物體的接觸，如站在地上、躺在床上。本體感覺它物體的接觸，如站在地上、躺在床上。本體感覺接受器位于關(guān)節(jié)、肌肉和深部組織。接受器位于關(guān)節(jié)、肌肉和深部組織。(d)外感受感覺外感受感覺它是身體外表的接

49、觸感覺它是身體外表的接觸感覺 VR系統(tǒng)中，對眾多的人的因素是如何考慮的？系統(tǒng)中，對眾多的人的因素是如何考慮的？ 在在VR中，某些人的因素明顯被考慮，如中，某些人的因素明顯被考慮，如HMD中考慮瞳距。另外一些人的因素中考慮瞳距。另外一些人的因素未明顯考慮，如運動眩暈。未明顯考慮，如運動眩暈。Defence Research Agency研究了沉浸感顯示的副作用。有些人認(rèn)為用研究了沉浸感顯示的副作用。有些人認(rèn)為用HMD看看不同遠處物體時，不能用會聚和調(diào)節(jié)，使人不適應(yīng)。有人認(rèn)為不同遠處物體時，不能用會聚和調(diào)節(jié)，使人不適應(yīng)。有人認(rèn)為HMD與內(nèi)瞳與內(nèi)瞳距不匹配也使眼疲勞。有人認(rèn)為眼不是會聚，而是在發(fā)散。

50、有些用戶很敏距不匹配也使眼疲勞。有人認(rèn)為眼不是會聚，而是在發(fā)散。有些用戶很敏感運動刺激，如汽車、船、飛機、火車等。感運動刺激，如汽車、船、飛機、火車等。有人實驗研究了有人實驗研究了VR引起運動眩暈問題。在引起運動眩暈問題。在150個實驗者中，有個實驗者中，有8人產(chǎn)生強烈人產(chǎn)生強烈眩暈。其它實驗者經(jīng)歷了眩暈。其它實驗者經(jīng)歷了20分鐘沉浸環(huán)境。分鐘沉浸環(huán)境。5分后有分后有22%的人眩暈，的人眩暈，10分后分后有有32%人眩暈，人眩暈，15分后有分后有40%人眩暈，人眩暈，20分后有分后有45%人眩暈。在沉浸經(jīng)歷以人眩暈。在沉浸經(jīng)歷以后后5分鐘，還有分鐘，還有36%的人眩暈，的人眩暈，10分鐘后還有

51、分鐘后還有27%的人眩暈。的人眩暈。在在VR中，具有圖像生成的延遲，視覺和前庭器官信息的時間不同步也造成中，具有圖像生成的延遲，視覺和前庭器官信息的時間不同步也造成感覺視覺與本體感覺的沖突?？焖偬幚砗陀铚y算法有可能緩解這種不感覺視覺與本體感覺的沖突?？焖偬幚砗陀铚y算法有可能緩解這種不同步。同步。 章內(nèi)小節(jié)介紹了虛擬現(xiàn)實的概念和有關(guān)的人的因素。介紹了虛擬現(xiàn)實的概念和有關(guān)的人的因素。虛擬現(xiàn)實或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計虛擬現(xiàn)實或虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計算機內(nèi)部的環(huán)境，包括人類操作者、人機接口和計算機內(nèi)部的環(huán)境，包括人類操作者、人機接口和計算機。虛擬現(xiàn)實具有三個特點。算機。虛擬現(xiàn)實具有三個特點。人的視覺問題和聽覺問題，都是和虛擬現(xiàn)實有人的視覺問題和聽覺問題，都是和虛擬現(xiàn)實有關(guān)的人的因素。關(guān)的人的因素。 習(xí)題一、一、 填空題填空題1、 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個局部是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個局部是 2、 遙操作系統(tǒng)的三個局部是遙操作系統(tǒng)的三個局部是 3、 增強顯示系統(tǒng)是增強顯示系統(tǒng)是 4、 合成顯示系統(tǒng)是合成顯示系統(tǒng)是 5、 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個特點是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三個特點是 6