虛擬現(xiàn)實的空間定位

虛擬現(xiàn)實的空間定位09電信許羽東概念、特特征與發(fā)發(fā)展歷程程技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)空間定位位的實現(xiàn)現(xiàn)應(yīng)用與展展望4123提綱目錄錄虛擬現(xiàn)實實的概念念虛擬現(xiàn)實實(VirtualReality，簡稱VR，又譯作作靈境、、幻真)是近年來來出現(xiàn)的的高新技技術(shù)，也也稱靈境境技術(shù)或或人工環(huán)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實實是利用用電腦模模擬產(chǎn)生生一個三三維空間間的虛擬擬世界，，提供使使用者關(guān)關(guān)于視覺覺、聽覺覺、觸覺覺等感官官的模擬擬，讓使使用者如如同身歷歷其境一一般，可可以及時時、沒有有限制地地觀察三三度空間間內(nèi)的事事物。虛擬現(xiàn)實實的特征征浸沒感（（Immersion）又稱臨場場感，指指用戶感感到作為為主角存存在于模模擬環(huán)境境中的真真實程度度。理想想的模擬擬環(huán)境應(yīng)應(yīng)該使用用戶難以以分辨真真假，使使用戶全全身心地地投入到到計算機機創(chuàng)建的的三維虛虛擬環(huán)境境中，該該環(huán)境中中的一切切看上去去是真的的，聽上上去是真真的，動動起來是是真的，，甚至聞聞起來、、嘗起來來等一切切感覺都都是真的的，如同同在現(xiàn)實實世界中中的感覺覺一樣。。虛擬現(xiàn)實實的特征征交互性（（Interactivity）指用戶對對模擬環(huán)環(huán)境內(nèi)物物體的可可操作程程度和從從環(huán)境得得到反饋饋的自然然程度（（包括實實時性））。例如如，用戶戶可以用用手去直直接抓取取模擬環(huán)環(huán)境中虛虛擬的物物體，這這時手有有握著東東西的感感覺，并并可以感感覺物體體的重量量，視野野中被抓抓的物體體也能立立刻隨著著手的移移動而移移動。虛擬現(xiàn)實實的特征征構(gòu)想性（（Imagination）強調(diào)虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)應(yīng)具具有廣闊闊的可想想像空間間，可拓拓寬人類類認(rèn)知范范圍，不不僅可再再現(xiàn)真實實存在的的環(huán)境，，也可以以隨意構(gòu)構(gòu)想客觀觀不存在在的甚至至是不可可能發(fā)生生的環(huán)境境。

由于浸沒沒感、交交互性和和構(gòu)想性性三個特特性的英英文單詞詞的第一一個字母母均為I，所以這這三個特特性又通通常被統(tǒng)統(tǒng)稱為3I特性。發(fā)展歷史史1961年，MortonHeilig的設(shè)想-----體驗劇場場（Sensorama），以布布魯克林林街道為為背景，，模擬漫漫步的感感受-----先驅(qū)者1965年，計算算圖形學(xué)學(xué)之父IvanSutherlang發(fā)表論文文“終極極的顯示示”，提提出“應(yīng)應(yīng)將計算算的顯示示屏進(jìn)化化為觀看看虛擬世世界的窗窗口”次年，他他開始研研制第一一個頭盔盔顯示器器，1970年，在猶猶他大學(xué)學(xué)成功演演示了它它的功能能。其他成就就：用計計算機生生成的圖圖形代替替了攝制制圖像，，并開始始設(shè)計場場景生成成器-----圖形加速速卡。

發(fā)展歷史史70-80年代，美美國軍方方投巨資資研究““飛行頭頭盔”和和其他軍軍用仿真真器，成成為虛擬擬現(xiàn)實技技術(shù)發(fā)展展的主要要推動力力。1981年，美國國國家航航空和宇宇宙航行行局（NASA）制作了了當(dāng)時最最先進(jìn)的的液晶顯顯示器頭頭盔。80年代中期期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier發(fā)明了數(shù)數(shù)據(jù)手套套。1989年組建VPLResearch公司同年JaronLanier在文章中中正式使使用虛擬擬現(xiàn)實這這一術(shù)語語。

虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)的的硬件-------跟蹤設(shè)備備1.電磁波跟跟蹤器此類跟蹤蹤器利用用小型天天線發(fā)出出的磁場場，由多多個接收收天線接接收信號號并通過過計算得得到三維維的位置置坐標(biāo)和和方向。。2.超聲波跟跟蹤器超聲波跟跟蹤器發(fā)發(fā)出高頻頻超聲波波脈沖，，由裝在在天花板板上的三三個接收收器接收收信號，，通過延延遲即可可計算距距離。3.機械跟蹤蹤器機械跟蹤蹤器通過過精密的的機械框框架和連連接來測測量指定定點的位位置和指指向。4.慣性跟蹤蹤器慣性跟蹤蹤器采用用機械方方法，利利用小型型陀螺儀儀測量傾傾角、偏偏角和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角。虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)的的硬件-------跟蹤設(shè)備備5.光學(xué)跟蹤蹤器光學(xué)跟蹤蹤器是一一種紅外外跟蹤器器。它利利用攝像像機獲取取圖像，，通過立立體視覺覺計算確確定目標(biāo)標(biāo)位置，，并通過過觀測多多個參照照點來確確定目標(biāo)標(biāo)的表面面指向。。6.圖像提取取跟蹤器器圖像提取取跟蹤器器是一種種計算密密度最高高的跟蹤蹤器。它它是最易易于使用用但又最最難開發(fā)發(fā)的跟蹤蹤器。一一臺(組)視頻攝像像機拍攝攝人及其其動作，，然后由由圖像處處理技術(shù)術(shù)來確定定人的位位置及動動作。虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)的的硬件-------數(shù)據(jù)手套套1.力學(xué)反饋饋手套力學(xué)反饋饋手套是是在計算算機的控控制下，，通過對對手指的的運動產(chǎn)產(chǎn)生阻尼尼，從而而使用戶戶的手產(chǎn)產(chǎn)生力感感。阻尼尼的大小小由被抓抓物體的的物理屬屬性決定定。力學(xué)反饋饋手套技技術(shù)提供供給用戶戶一種虛虛擬手控控制系統(tǒng)統(tǒng)，使用用戶可以以選擇或或操縱機機器子系系統(tǒng)并能能自然感感覺到觸觸覺和力力量模擬擬反饋。。2.壓力反饋饋系統(tǒng)當(dāng)一個虛虛擬物被被用戶抓抓取時，，一些虛虛擬環(huán)境境系統(tǒng)要要求真正正的壓力力反饋，，來防止止手穿過過固體。。壓力反反饋系統(tǒng)統(tǒng)是把壓壓力加到到操縱者者手上，，從而使使人能夠夠根據(jù)運運動及壓壓力的感感受情況況進(jìn)行控控制。虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)的的硬件-------數(shù)據(jù)手套套3.表面壓力力反饋裝裝置表面顯示示的概念念是把虛虛擬物體體本身的的表面提提供給用用戶的一一個思想想，而不不是力的的感知或或與虛擬擬物體的的接觸而而產(chǎn)生的的觸覺。。在虛擬擬環(huán)境的的實現(xiàn)中中，存在在于現(xiàn)實實世界中中的用戶戶和在計計算機中中定義的的虛擬物物體之間間的交互互作用不不得不通通過一個個力反饋饋設(shè)備調(diào)調(diào)解。目目前這類類表面壓壓力反饋饋裝置包包括：點點陣式表表面壓力力反饋裝裝置和SPICE觸覺接口口。虛擬現(xiàn)實實系統(tǒng)的的硬件-------數(shù)據(jù)手套套力覺反饋饋數(shù)據(jù)手手套結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖超聲波三三維空間間定位原原理利用三角角形測量量原理可可以實現(xiàn)現(xiàn)三維定定位與定定向。設(shè)設(shè)在參考考坐標(biāo)系系的原點點、X軸、Y軸上分別別安裝有有3個超聲波波接收器器RO、RX、RY,同時在要要檢測的的物體(如頭盔或或數(shù)據(jù)手手套的手手指)安裝有3個超聲波波發(fā)射器器Fa、Fb、Fc.如圖1所示。

超聲波測測距原理理超聲波發(fā)發(fā)射與接接收系統(tǒng)統(tǒng)框圖2所示

超聲波測測距原理理經(jīng)過繁雜雜的數(shù)學(xué)學(xué)推演，，可得到到超聲波波測距公公式：

其中,Cultra為聲速;Tprecise為渡越時時間,Tenv為測量時時的環(huán)境境溫度,fcount為系統(tǒng)時時鐘,,fultrasonic為超聲波波的發(fā)射射頻率.Ldelay是因溫度度差異而而產(chǎn)生的的電路延延時虛擬現(xiàn)實實技術(shù)的的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實實的未來來展望虛擬現(xiàn)實實發(fā)展前前景十分分誘人，，而與網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信信特性的的結(jié)合，，更是人人們所夢夢寐以求求的。在在某種意意義上說說它將改改變?nèi)藗儌兊乃季S維方式，，甚至?xí)淖內(nèi)巳藗儗κ朗澜纭⒆宰约?、空空間和時時間的看看法。它它是一項項發(fā)展中中的、具具有深遠(yuǎn)遠(yuǎn)的潛在在應(yīng)用方方向的新新技術(shù)。。利用它它，我們們可以建建立真正正的遠(yuǎn)程程教室，，在這間間教室中中我們可可以和來來自五湖湖四海的的朋友們們一同學(xué)學(xué)習(xí)、討討論、游游戲，就就像在現(xiàn)現(xiàn)實生活活中一樣樣。使用用網(wǎng)絡(luò)計計算機及及其相關(guān)關(guān)的三維維設(shè)備，，我們的的工作、、生活、、娛樂將將更加有有情趣。。虛擬現(xiàn)實實向人們們描繪了了未來的的生活片片段，很很美妙。