虛擬現實技術-教學課件

虛擬現實技術虛擬現實技術課程的主要內容虛擬現實與系統(tǒng)仿真的基本概念和術語虛擬現實與系統(tǒng)仿真的基礎方法虛擬現實有關的人的因素，虛擬現實的接口設備和計算機設備虛擬現實的建模技術虛擬現實的應用課程的主要內容虛擬現實與系統(tǒng)仿真的基本概念和術語相關知識背景虛擬現實技術學習的知識背景是什么樣的？虛擬現實技術是針對計算機專業(yè)的本科生開設的課程，學生需要有計算機原理，體系結構，操作系統(tǒng)，網絡，軟件工程，程序設計，數據結構，電子學，圖形學與，系統(tǒng)分析，人工智能的知識背景。相關知識背景虛擬現實技術學習的知識背景是什么樣的？虛擬現實概述虛擬現實的接口設備虛擬現實的計算機技術虛擬現實的建模和仿真技術虛擬現實的應用課程目錄虛擬現實概述課程目錄學習重點和難點虛擬現實的基本概念；人的視覺系統(tǒng)和虛擬現實的視覺顯示技術；各類位姿跟蹤系統(tǒng)的技術；力覺和觸覺反饋技術；虛擬現實的計算機系統(tǒng)；虛擬現實的工具軟件系統(tǒng)；分布式虛擬現實系統(tǒng)。學習重點和難點虛擬現實的基本概念；第一章虛擬現實概述

課前索引

第一節(jié)虛擬現實的基本概念

第二節(jié)虛擬現實有關的人的因素

章節(jié)小結

課后習題第一章虛擬現實概述

課前索引課前索引兩個問題．什么是虛擬現實？．虛擬現實與人有什么關系？課前索引兩個問題點擊觀看演示點擊觀看演示第一節(jié)虛擬現實的基本概念虛擬現實的概念有關的其它概念虛擬現實的特點虛擬現實的應用領域虛擬現實的技術第一節(jié)虛擬現實的基本概念虛擬現實的概念虛擬現實虛擬現實這個概念最早是由誰在什么時間提出的？年，美國公司創(chuàng)始人提出了“”（虛擬現實）的概念。如何理解“虛擬”這個詞？“”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)境是人工構造的，是存在于計算機內部的。用戶應該能夠“進入”這個虛擬的環(huán)境中。所謂“進入”這個虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個環(huán)境交互如何理解“交互”這個詞？包括感知環(huán)境并干預環(huán)境，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺。虛擬現實或虛擬環(huán)境系統(tǒng)包括哪些？包括人類操作者、人機接口和計算機虛擬現實虛擬現實這個概念最早是由誰在什么時間提出的？虛擬現實技術-教學課件問題請給出正確與錯誤的判別使用虛擬現實系統(tǒng)的標志就是使用頭盔式立體顯示器和數據手套。虛擬現實系統(tǒng)應用最多的專用設備是頭盔式立體顯示器和數據手套。于是，有人以使用這些專用設備為虛擬現實系統(tǒng)的標志。這種觀點是不準確的。頭盔式立體顯示器和數據手套等設備，只是當前已經實現的一部分虛擬顯示設備。它們還很不完善。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備還在研究，應用還不多。味覺，嗅覺，運動覺等技術，還缺乏研究。問題請給出正確與錯誤的判別關于虛擬仿真虛擬現實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有下列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，可能是已經存在的，也可能是已經設計好但還沒有建成的。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)應符合物理規(guī)律。這一類虛擬現實系統(tǒng)的功能，實際是系統(tǒng)仿真。關于虛擬仿真虛擬現實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有下列幾種情況點擊觀看居室環(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和虛擬現實有關的幾個概念虛擬環(huán)境()系統(tǒng)或虛擬現實()系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和計算機遙操作()系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和遙機器人增強現實()系統(tǒng)組合了虛擬環(huán)境和真實環(huán)境合成環(huán)境()系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)、虛擬環(huán)境系統(tǒng)、增強現實系統(tǒng)等的總稱。和虛擬現實有關的幾個概念虛擬環(huán)境()系統(tǒng)或虛擬現實(關于虛擬現實系統(tǒng)對于虛擬現實系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是人工構造的，存在于計算機內部的環(huán)境。這種虛擬的環(huán)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建成的，也可能是已經設計好但尚未建成的。一種情況是完全虛擬的人造環(huán)境。例如在虛擬風洞中，借助可視化技術構造的虛擬風洞環(huán)境。又如在三維動畫中，人工構造的虛擬環(huán)境。關于虛擬現實系統(tǒng)對于虛擬現實系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是人工關于遙操作系統(tǒng)為什么要針對虛擬現實系統(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)別在于與用戶交互的環(huán)境不同。虛擬現實系統(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？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實系統(tǒng)的人機接口，與遠處的真實環(huán)境交互。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。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實技術的遙控系統(tǒng)。關于遙操作系統(tǒng)為什么要針對虛擬現實系統(tǒng)提出這么多概念？概念之虛擬現實的特點基于虛擬現實的基本概念，可以得到虛擬現實的下列三個特點。．人機接口的內容計算機提供“環(huán)境”,不是“數據,信息”。這改變了人機接口的內容。．人機接口的形式操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自然的動作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤,鼠標和計算機交互。這改變了人機接口的形式。．人機接口的效果逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果。

虛擬現實的特點基于虛擬現實的基本概念，可以得到虛擬現實的下人機接口內容的改變計算機提供“環(huán)境”,不是“數據,信息”。這改變了人機接口的內容。虛擬現實的這個特點體現了計算機應用的新方向。計算機的名稱體現了它的最早應用是計算。當時，計算機和用戶交互的是計算有關的數值。此后，計算機擴大到處理數值，字符串，文本等各類數據。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。虛擬現實系統(tǒng)則以環(huán)境為計算機處理的對象和人機交互的內容。這開拓了計算機應用的新思路。

數值各類數據多媒體信息環(huán)境人機接口的內容的變化：人機接口內容的改變計算機提供“環(huán)境”,不是“數據,信息”人機接口的形式的改變操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自然的動作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤,鼠標和計算機交互。這改變了人機接口的形式這個特點體現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。人機接口有哪些？終端，鍵盤，鼠標，打印機等接口設備，都是適應計算機的專用設備。這些設備很好地完成了各類數據和多媒體信息的交互。

人機接口的形式的改變操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自虛擬現實中的人機接口，則是面向用戶的。虛擬現實系統(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？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，去干預虛擬環(huán)境。于是，虛擬現實的人機接口設備，完全不同于現有計算機的人機接口設備。這也是虛擬現實技術中最有特色的內容。虛擬現實中的人機接口，則是面向用戶的。虛擬現實系統(tǒng)中，用戶以人機接口的效果的改變逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果這個特點體現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)境交互的結果，是使用戶產生身臨其境的虛幻感，沉浸感。人機接口的效果的改變逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境虛擬現實的概念中有三個：（）(沉浸)，是指逼真的，身臨其境的感覺。（）(交互)，是指用戶感知與操作環(huán)境（）(想象)，是指創(chuàng)造性。虛擬現實的概念中有三個：虛擬現實的應用領域．娛樂．國防．設計、制造和銷售．醫(yī)療和健康．危險操作．訓練．教育．信息可視化．遠程交往與遠程游歷

虛擬現實的應用領域．娛樂關于“超越時空的紫禁城”關于“超越時空的紫禁城”虛擬現實的技術．的人機接口．的計算機系統(tǒng)．的建模和仿真

虛擬現實的技術．的人機接口的人機接口的人機接口的作用是什么？其一是給人類操作者提供環(huán)境信息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動作和響應包括：位置跟蹤和映射，語音識別等。的人機接口的人機接口的作用是什么？（）位置跟蹤和映射位置跟蹤和映射用于測量人體各部位的位置和姿態(tài)分析判斷人面部的表情它的目的是：了解人的身體行為這是為了實現人機交互所必需的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)由此了解人的行為，然后做出適當的響應，實現交互。常用的技術包括：機械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器基本目標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，高帶寬（），以及允許頭和身體的運動。

（）位置跟蹤和映射位置跟蹤和映射用于（）視覺通道視覺通道的作用：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該滿足的要求：顯示的像素應該足夠小，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。應該具有足夠大的視場，理想情況是顯示畫面充滿整個視場。視覺通道的顯示表面分為：基于和基于。視覺通道的光學系統(tǒng)分為：頭盔顯示()和非頭盔顯示()（）視覺通道視覺通道的作用：專用頭盔圖專用頭盔圖（）聽覺通道聽覺通道的作用：給人的聽覺系統(tǒng)提供聲音顯示。為了提供身臨其境的逼真感覺，聽覺通道應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。聽覺通道的關鍵技術包括：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)聲設備。

（）聽覺通道聽覺通道的作用：（）觸覺通道觸覺通道的作用給人體表面提供觸覺和力覺。當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)應該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反饋力覺反饋。觸覺通道的結構分為：安裝在身體上的設備安裝在地面的設備。（）觸覺通道觸覺通道的作用（）運動接口人體在環(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：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該給這些器官提供運動信息。

（）運動接口人體在環(huán)境中的運動包括：（）其它類型接口其它類型接口包括：嗅覺、味覺通道感覺熱、風及濕度的接口還包括語音通訊（語音識別與合成）以及直接心理感覺和控制。這些接口，目前還缺乏研究（）其它類型接口其它類型接口包括：．的計算機系統(tǒng)現有的虛擬現實系統(tǒng)，主要的通道是什么？現有的虛擬顯示系統(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。的計算機系統(tǒng)主要考慮的通道是什么？所以，的計算機系統(tǒng)主要考慮視覺通道的要求。

．的計算機系統(tǒng)現有的虛擬現實系統(tǒng)，主要的通道是什么？的計算機系統(tǒng)的視覺通道（）視覺通道對計算機系統(tǒng)硬件的要求首先是要求維持足夠的圖形幀速率這要求在指定的時間內（約為秒）計算出兩眼的兩幅圖像。同時要求提供足夠好質量的圖像這一般體現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。圖形硬件應提供快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和表面紋理。的計算機系統(tǒng)的視覺通道（）視覺通道對計算機系統(tǒng)硬件的要求（）視覺通道對計算機系統(tǒng)軟件的要求系統(tǒng)中的軟件主要包括下列幾種：交互軟件：利用人機控制設備的輸出去修改。視覺漫游軟件：控制用戶在中運動時看到的場景。建模軟件：定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。操作系統(tǒng)支持的實時多模態(tài)要求。（）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)網絡的要求分布式交互仿真分布式交互仿真已經成為現代仿真技術，特別是軍事仿真的潮流。通訊網絡可以把轉換成共享的分布式計算環(huán)境。（）視覺通道對計算機系統(tǒng)網絡的要求．的建模和仿真（）的建模包括：幾何建模和物理建模的幾何建模一般的工具軟件都具有幾何建模功能。利用現有的建模工具也是常用的方法。市場上已有商業(yè)模型庫出售。對實際物體的建模，則采用激光掃描等專用設備。的物理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，以及非剛體的建模。智能體建模不是基于物理方程，而是基于人為的物體智能．的建模和仿真（）的建模包括：思考題什么是剛體？什么是智能體？思考題什么是剛體？．的建模和仿真（）仿真仿真包括：圖形繪制和三維動畫。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，形成圖像的過程。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到幀。為了保持瞬間交互控制的錯覺，響應時間的延遲必須小于秒。為了繪制人眼可分辨的所有細節(jié)，這要求有千萬個多邊形。然而，用今天的硬件，每個畫面千萬多邊形的系統(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。某些應用（如建筑和藝術）可能要求照片一樣真實的繪制。制造和醫(yī)療應用要求更高層次的實時交互。．的建模和仿真（）仿真（）仿真仿真包括：圖形繪制和三維動畫。三維動畫可以用兩種途徑實現:：基于物理模型的數值計算。屬于滿足物理規(guī)律的仿真技術，用于軍事和工業(yè)等方面。：數學插值。這種技術在三維動畫電影中獲得了巨大的成功。

（）仿真虛擬現實開發(fā)系統(tǒng)的方塊圖用戶通過輸入輸出設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)中完成虛擬現實開發(fā)系統(tǒng)的方塊圖用戶通過輸入輸出設備與輸入輸出軟件交第二節(jié)虛擬現實有關的人的因素為什么要討論人的因素？計算機，接口和用戶是系統(tǒng)中的三個組成部分。接口設計必須考慮人的因素，人的因素與系統(tǒng)性能直接相關。虛擬現實中有關的人的因素具體有哪些方面？人眼人耳身體感覺第二節(jié)虛擬現實有關的人的因素為什么要討論人的因素？虛擬現實有關的人的因素人眼．視覺生理結構．立體視覺．屈光度．瞳孔．分辨力．明暗適應．周圍視覺和中央視覺．視覺暫留．視場虛擬現實有關的人的因素人眼．視覺生理結構．視覺生理結構

大腦皮層（）是大腦半球的最外層，它負責各種形式的感覺。視網膜（）是在每只眼背部的神經細胞的多層膜，它把光轉成電信號，并通過視神經和管道傳給大腦。

下圖表示，視網膜的解剖圖。圖中顯示了層，管道和神經。

．視覺生理結構

大腦皮層（）是大腦半球的最外層，它負光感受器（）是每只眼睛視網膜中億個神經細胞中的一部分，它在受到特定波長的光的刺激時，會發(fā)出電信號。視網膜是眼的光敏層，幾百微米厚，有層。光線通過其中層，被另外兩層的視桿細胞和視錐細胞的光接收器（）吸收。每只眼的視網膜上有億個神經細胞。脊椎動物有兩種光感受器，：視桿細胞（）負責低分辨率的、單色的、夜間的視覺。視錐細胞（）負責高分辨率的、彩色的、白天的視覺。它花費把光轉成電信號，再送給大腦。右圖表示，視網膜內光感受器的解剖圖。圖中桿狀細胞和錐狀細胞在上部，通向大腦的視神經纖維在下部。光感受器（）是每只眼睛視網膜中億個神經細胞中的一部分，它在受．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。對同一個場景，兩眼得到稍有差別的視圖。左視區(qū)的信息，送到兩眼視網膜的右側。在視交叉處，左眼的一半神經纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經纖維不交叉，直接到大腦的左半球。這樣，兩眼得到的左視區(qū)的所有信息，都送到右半球。右圖表示，人類立體視覺的原理圖。（頭盔顯示器）提供兩個顯示，不但應保持雙目視差，而且應該重疊。實際上,由于兩眼有的瞳距，所以兩者視場總有些差別,有不重疊的區(qū)域。對中央凹區(qū)域，深度感在時減弱。對周圍視覺，深度感在減弱。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。．立體視覺．屈光度與眼的光學部分有關的一個度量是"屈光度"（）。有個屈光度的鏡頭，可以聚焦平行光線在米距離。人眼的聚焦能力約屈光度，這表明聚焦平行光在距離，這就是眼球尺寸，是晶狀體和視網膜的距離。年青人可以連續(xù)改變個屈光度，這稱為調節(jié)或聚焦。這保證對遠近物體都能看到清晰的圖像。年長后調節(jié)能力減弱，歲時調節(jié)能力個屈光度，歲時調節(jié)能力個屈光度。在注視運動物體時，自動調節(jié)屈光度。調節(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，使人集中關注視場中部分區(qū)域。在中沒有調節(jié)，個圖像都是聚焦在到米距離。．屈光度．瞳孔瞳孔是晶狀體前的孔，直徑可變化，由到。面積之比。瞳孔作用有三個：()放大時可增加眼的敏感；()縮小時可增加近視覺的視距；()縮小時可限制入射光在光學效果最好的中心區(qū)。．分辨力分辨力是人眼區(qū)分兩個點的能力，限于距離上約。例如在的距離觀看寬度的電視。人眼區(qū)分兩個點的能力，在距離上約。則寬度上應該由個大小的像素。計算機監(jiān)視器和高清晰度電視機，都達到了這樣的分辨率。．瞳孔．明暗適應眼對亮度的感覺可以自動調節(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象，稱為暗適應，花費約分。亮適應是從暗室進入陽光下時的現象，這種適應的強度變化在倍。視桿細胞適應時間約小時，視錐細胞適應時間約幾分鐘。．周圍視覺和中央視覺視網膜不僅是被動的光敏表面。通過視桿和視錐細胞與神經細胞的連接，它還有一定的圖像處理。中央凹是視網膜中央部分，在光軸與視網膜焦點附近，直徑約，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部分，有彩色的、白天的視覺。視網膜周圍區(qū)域包含視桿和視錐細胞。視網膜周圍區(qū)域的視覺稱為周圍視覺。這些神經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、夜間的視覺，但敏感運動物體。．明暗適應．視覺暫留視覺暫留是視網膜的電化學現象造成視覺的反應時間。當觀看很短的光脈沖時，視桿細胞得到約的峰，視錐細胞快倍，得到約的峰。這種現象造成視覺暫留．視覺暫留現有的技術，是否對以上個人眼的因素都考慮到了？人眼的八個因素：視覺生理結構、立體視覺、屈光度、瞳孔、分辨力、明暗適應、周圍視覺和中央視覺、視覺暫留、視場現有的系統(tǒng)中，已經考慮的因素包括：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?，F有的技術，是否對以上個人眼的因素都考慮到了？虛擬現實有關的人的因素人耳．聲音．聲音感覺．頻率范圍．聲強．聲音方向．聲音舞臺．頭部有關的傳遞函數

虛擬現實有關的人的因素人耳．聲音．聲音

音速在空氣中，℃時，℃時。在海水中，℃時音速。在鑄鐵棒中，音速。

耳聽到的頻率范圍約到。隨年歲增加，頻率范圍縮小，特別是高頻段。

考慮音速。的波長,的波長,的波長。人耳的尺寸約，這是的波長。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量。這類似音樂廳中的音響效果。

．聲音

音速在空氣中，℃時，℃時。在海水中，℃時音速。在．聲音感覺

耳分為外耳、中耳、內耳。外耳把聲音引導進內耳，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，并且振動加大倍。．聲音感覺

耳分為外耳、中耳、內耳。外耳把聲音引導進內耳．頻率范圍

耳蝸有個螺旋管，被個膜片分開，膜和耳底膜。振動會刺激耳底膜上的萬到萬個硬毛，并產生電信號傳給大腦。耳底膜有識別頻率的機制。高頻振動刺激膜的開始部分，中頻振動刺激膜的中間部分，低頻振動刺激膜的遠端部分。

．頻率范圍

耳蝸有個螺旋管，被個膜片分開，膜和耳底膜。振．聲強聲強影響到耳底膜的振幅，直接轉成毛細胞的刺激。．聲音方向一般認為，人腦識別聲源位置，是利用兩耳收到的聲音的時間差和聲音幅度差。當人面對聲源時，兩耳的聲強和路徑相等。當人向左轉以后，右耳聲音比左耳強，且更早聽到。若兩耳路徑之差為，則時間差。．聲音舞臺如果用一對麥克風記錄立體聲音，就可以重現聲音舞臺，它有寬度和深度。．聲強．頭部有關的傳遞函數

在聽耳機時，每個耳只聽一個發(fā)聲器的聲音。當然一個耳中的聲音，也會經頭部傳給另一耳。在聽揚聲器時，每個耳都分別聽到兩個揚聲器的聲音。

年認為，進入耳的聲音的形式，會產生外部的聲音舞臺的感覺。對于耳機（特別是插入式耳塞），感覺的聲音舞臺是內部的。如果驅動耳機的左右通道可以由電子設備構成聲音，則人會感覺聲音有外部的真實性。為此要求知道聲音的形狀，或由聲源到耳內部的傳遞函數。這個由聲源到耳內部的傳遞函數稱為"頭部有關的傳遞函數"(,)，它反映頭和耳對傳聲的影響，不同的人有不同的。

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測量收到的信號。信號經過處理，補償非線性頻率響應。由此得到。．頭部有關的傳遞函數

在聽耳機時，每個耳只聽一個發(fā)聲器的現有的系統(tǒng)中，已經考慮的人耳的因素有哪些？現有的系統(tǒng)中，已經考慮的因素包括：聲音方向，聲音舞臺，以及頭部有關的傳遞函數。其他因素還沒有充分考慮到?，F有的系統(tǒng)中，已經考慮的人耳的因素有哪些？虛擬現實有關的人的因素身體感覺在環(huán)境中，我們說的身體感覺，主要是對哪些事物的感覺？感覺表面粗糙、振動、運動、位置、壓力、疼痛和溫度?，F有的系統(tǒng)中，已經考慮了觸覺和力覺顯示。但是有關的技術細節(jié)還沒有充分考慮到。虛擬現實有關的人的因素身體感覺在環(huán)境中，我們說的身體感覺，主按身體不同部位，身體感覺可分四類。()深部感覺它提供關節(jié)、骨、腱、肌肉和其它組織的信息，涉及壓力、疼痛和振動。()內臟感覺它提供胸腹腔中的內臟的狀況，主要是疼痛()本體感覺它提供身體的位置，平衡和肌肉感覺。也涉及與其它物體的接觸，如站在地上、躺在床上。本體感覺接受器位于關節(jié)、肌肉和深部組織。()外感受感覺它是身體表面的接觸感覺按身體不同部位，身體感覺可分四類。系統(tǒng)中，對眾多的人的因素是如何考慮的？在中，某些人的因素明顯被考慮，如中考慮瞳距。另外一些人的因素未明顯考慮，如運動眩暈。

研究了沉浸感顯示的副作用。有些人認為用看不同遠處物體時，不能用會聚和調節(jié)，使人不適應。有人認為與內瞳距不匹配也使眼疲勞。有人認為眼不是會聚，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。

有人實驗研究了引起運動眩暈問題。在個實驗者中，有人產生強烈眩暈。其它實驗者經歷了分鐘沉浸環(huán)境。分后有的人眩暈，分后有人眩暈，分后有人眩暈，分后有人眩暈。在沉浸經歷以后分鐘，還有的人眩暈，分鐘后還有的人眩暈。

在中，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同步。系統(tǒng)中，對眾多的人的因素是如何考慮的？章內小節(jié)介紹了虛擬現實的概念和有關的人的因素。

虛擬現實或虛擬環(huán)境是人工構造的，存在于計算機內部的環(huán)境，包括人類操作者、人機接口和計算機。虛擬現實具有三個特點。

人的視覺問題和聽覺問題，都是和虛擬現實有關的人的因素。章內小節(jié)介紹了虛擬現實的概念和有關的人的因素。

虛擬現實習題一、填空題

、虛擬現實系統(tǒng)的三個部分是——————、遙操作系統(tǒng)的三個部分是——————

、增強顯示系統(tǒng)是——————

、合成顯示系統(tǒng)是——————

、虛擬現實系統(tǒng)的三個特點是——————

、虛擬現實系統(tǒng)的三個是——————

、虛擬現實系統(tǒng)的主要應用領域是——————

、虛擬現實系統(tǒng)的三個主要技術領域是——————。

習題一、填空題

、虛擬現實系統(tǒng)的三個部分是—————、視覺交叉的結果是，腦左半球處理——————

、人眼的屈光度是。眼球的焦距是——————

、人眼的分辨率在距離上為——————

、中央視覺特點是。主要利用的細胞是——————

、周圍視覺特點是。主要利用的細胞是——————

、確定電影和電視的幀頻應該考慮人眼的現象——————

、人耳的的中文名稱是。其含義是。其測量方法是——————

、飛行仿真中，發(fā)生眩暈的原因是——————、視覺交叉的結果是，腦左半球處理——————一、填空題

、虛擬現實系統(tǒng)的三個部分是人類操作者、人機接口和計算機、遙操作系統(tǒng)的三個部分是人類操作者、人機接口和遙機器人

、增強顯示系統(tǒng)是組合了虛擬環(huán)境和真實環(huán)境

、合成顯示系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)，虛擬環(huán)境系統(tǒng)，增強現實系統(tǒng)等的總稱

、一、填空題

、虛擬現實系統(tǒng)的三個部分是人類操作者、人機虛擬現實系統(tǒng)的三個特點是計算機提供"環(huán)境",不是"數據,信息"。這改變了人機接口的內容。．操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自然的動作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤,鼠標和計算機交互。這改變了人機接口的形式。．逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果。

、虛擬現實系統(tǒng)的三個是(沉浸)，是指逼真的，身臨其境的感覺。（）(交互)，是指用戶感知與操作環(huán)境。（）(想象)，是指創(chuàng)造性。

虛擬現實系統(tǒng)的三個特點是計算機提供"環(huán)境",不是"數據,、虛擬現實系統(tǒng)的主要應用領域是.娛樂。．國防。．設計、制造和銷售。．醫(yī)療和健康。．危險操作。．訓練。．教育。．信息可視化。．遠程交往與遠程游歷。

、虛擬現實系統(tǒng)的三個主要技術領域是．的人機接口。．的計算機系統(tǒng)。．的建模和仿真。、視覺交叉的結果是，腦左半球處理兩眼得到的右視區(qū)的所有信息

、人眼的屈光度是。眼球的焦距是人眼的聚焦能力約屈光度，這表明聚焦平行光在距離、虛擬現實系統(tǒng)的主要應用領域是.娛樂。．國防。．設計、制造

、人眼的分辨率在距離上為約。

、中央視覺特點是中央視覺是高分辨率部分，有彩色的、白天的視覺。主要利用的細胞是高密度視錐細胞

、周圍視覺特點是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。主要利用的細胞是周圍區(qū)域包含視桿和視錐細胞

、確定電影和電視的幀頻應該考慮人眼的現象視覺暫留

、人眼的分辨率在距離上為約。、人耳的的中文名稱是“頭部有關的傳遞函數"(,)。其含義是由聲源到耳內部的傳遞函數。對空間每個位置的聲源，安放在耳中接近耳膜的小麥克風測量收到的信號。其測量方法是信號經過處理，補償非線性頻率響應。由此得到

、飛行仿真中，發(fā)生眩暈的原因是視覺接收人體運動感覺，前庭器官不感覺人體運動

、人耳的的中文名稱是“頭部有關的傳遞函數"(,)第一章虛擬現實的接口設備

課前索引

第一節(jié)位姿傳感器

第二節(jié)視覺顯示

第三節(jié)聽覺顯示

第四節(jié)力覺和觸覺顯示

章節(jié)小結

課后習題第一章虛擬現實的接口設備

課前索引個人整理，僅供交流學習！個人整理，僅供交流學習！虛擬現實技術虛擬現實技術課程的主要內容虛擬現實與系統(tǒng)仿真的基本概念和術語虛擬現實與系統(tǒng)仿真的基礎方法虛擬現實有關的人的因素，虛擬現實的接口設備和計算機設備虛擬現實的建模技術虛擬現實的應用課程的主要內容虛擬現實與系統(tǒng)仿真的基本概念和術語相關知識背景虛擬現實技術學習的知識背景是什么樣的？虛擬現實技術是針對計算機專業(yè)的本科生開設的課程，學生需要有計算機原理，體系結構，操作系統(tǒng)，網絡，軟件工程，程序設計，數據結構，電子學，圖形學與，系統(tǒng)分析，人工智能的知識背景。相關知識背景虛擬現實技術學習的知識背景是什么樣的？虛擬現實概述虛擬現實的接口設備虛擬現實的計算機技術虛擬現實的建模和仿真技術虛擬現實的應用課程目錄虛擬現實概述課程目錄學習重點和難點虛擬現實的基本概念；人的視覺系統(tǒng)和虛擬現實的視覺顯示技術；各類位姿跟蹤系統(tǒng)的技術；力覺和觸覺反饋技術；虛擬現實的計算機系統(tǒng)；虛擬現實的工具軟件系統(tǒng)；分布式虛擬現實系統(tǒng)。學習重點和難點虛擬現實的基本概念；第一章虛擬現實概述

課前索引

第一節(jié)虛擬現實的基本概念

第二節(jié)虛擬現實有關的人的因素

章節(jié)小結

課后習題第一章虛擬現實概述

課前索引課前索引兩個問題．什么是虛擬現實？．虛擬現實與人有什么關系？課前索引兩個問題點擊觀看演示點擊觀看演示第一節(jié)虛擬現實的基本概念虛擬現實的概念有關的其它概念虛擬現實的特點虛擬現實的應用領域虛擬現實的技術第一節(jié)虛擬現實的基本概念虛擬現實的概念虛擬現實虛擬現實這個概念最早是由誰在什么時間提出的？年，美國公司創(chuàng)始人提出了“”（虛擬現實）的概念。如何理解“虛擬”這個詞？“”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)境是人工構造的，是存在于計算機內部的。用戶應該能夠“進入”這個虛擬的環(huán)境中。所謂“進入”這個虛擬的環(huán)境中，是指用戶以自然的方式與這個環(huán)境交互如何理解“交互”這個詞？包括感知環(huán)境并干預環(huán)境，從而產生置身于相應的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺。虛擬現實或虛擬環(huán)境系統(tǒng)包括哪些？包括人類操作者、人機接口和計算機虛擬現實虛擬現實這個概念最早是由誰在什么時間提出的？虛擬現實技術-教學課件問題請給出正確與錯誤的判別使用虛擬現實系統(tǒng)的標志就是使用頭盔式立體顯示器和數據手套。虛擬現實系統(tǒng)應用最多的專用設備是頭盔式立體顯示器和數據手套。于是，有人以使用這些專用設備為虛擬現實系統(tǒng)的標志。這種觀點是不準確的。頭盔式立體顯示器和數據手套等設備，只是當前已經實現的一部分虛擬顯示設備。它們還很不完善。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備還在研究，應用還不多。味覺，嗅覺，運動覺等技術，還缺乏研究。問題請給出正確與錯誤的判別關于虛擬仿真虛擬現實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有下列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，可能是已經存在的，也可能是已經設計好但還沒有建成的。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)應符合物理規(guī)律。這一類虛擬現實系統(tǒng)的功能，實際是系統(tǒng)仿真。關于虛擬仿真虛擬現實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，可能有下列幾種情況點擊觀看居室環(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和虛擬現實有關的幾個概念虛擬環(huán)境()系統(tǒng)或虛擬現實()系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和計算機遙操作()系統(tǒng)包括人類操作者、人機接口和遙機器人增強現實()系統(tǒng)組合了虛擬環(huán)境和真實環(huán)境合成環(huán)境()系統(tǒng)是遙操作系統(tǒng)、虛擬環(huán)境系統(tǒng)、增強現實系統(tǒng)等的總稱。和虛擬現實有關的幾個概念虛擬環(huán)境()系統(tǒng)或虛擬現實(關于虛擬現實系統(tǒng)對于虛擬現實系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是人工構造的，存在于計算機內部的環(huán)境。這種虛擬的環(huán)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建成的，也可能是已經設計好但尚未建成的。一種情況是完全虛擬的人造環(huán)境。例如在虛擬風洞中，借助可視化技術構造的虛擬風洞環(huán)境。又如在三維動畫中，人工構造的虛擬環(huán)境。關于虛擬現實系統(tǒng)對于虛擬現實系統(tǒng)，與用戶交互的環(huán)境實際是人工關于遙操作系統(tǒng)為什么要針對虛擬現實系統(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)別在于與用戶交互的環(huán)境不同。虛擬現實系統(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？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實系統(tǒng)的人機接口，與遠處的真實環(huán)境交互。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。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實技術的遙控系統(tǒng)。關于遙操作系統(tǒng)為什么要針對虛擬現實系統(tǒng)提出這么多概念？概念之虛擬現實的特點基于虛擬現實的基本概念，可以得到虛擬現實的下列三個特點。．人機接口的內容計算機提供“環(huán)境”,不是“數據,信息”。這改變了人機接口的內容。．人機接口的形式操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自然的動作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤,鼠標和計算機交互。這改變了人機接口的形式。．人機接口的效果逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果。

虛擬現實的特點基于虛擬現實的基本概念，可以得到虛擬現實的下人機接口內容的改變計算機提供“環(huán)境”,不是“數據,信息”。這改變了人機接口的內容。虛擬現實的這個特點體現了計算機應用的新方向。計算機的名稱體現了它的最早應用是計算。當時，計算機和用戶交互的是計算有關的數值。此后，計算機擴大到處理數值，字符串，文本等各類數據。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。虛擬現實系統(tǒng)則以環(huán)境為計算機處理的對象和人機交互的內容。這開拓了計算機應用的新思路。

數值各類數據多媒體信息環(huán)境人機接口的內容的變化：人機接口內容的改變計算機提供“環(huán)境”,不是“數據,信息”人機接口的形式的改變操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自然的動作操作環(huán)境,不是由屏幕,鍵盤,鼠標和計算機交互。這改變了人機接口的形式這個特點體現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。人機接口有哪些？終端，鍵盤，鼠標，打印機等接口設備，都是適應計算機的專用設備。這些設備很好地完成了各類數據和多媒體信息的交互。

人機接口的形式的改變操作者由視覺,聽覺,力覺感知環(huán)境,由自虛擬現實中的人機接口，則是面向用戶的。虛擬現實系統(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？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，去干預虛擬環(huán)境。于是，虛擬現實的人機接口設備，完全不同于現有計算機的人機接口設備。這也是虛擬現實技術中最有特色的內容。虛擬現實中的人機接口，則是面向用戶的。虛擬現實系統(tǒng)中，用戶以人機接口的效果的改變逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境的感覺。這改變了人機接口的效果這個特點體現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)境交互的結果，是使用戶產生身臨其境的虛幻感，沉浸感。人機接口的效果的改變逼真的感知和自然的動作，使人產生身臨其境虛擬現實的概念中有三個：（）(沉浸)，是指逼真的，身臨其境的感覺。（）(交互)，是指用戶感知與操作環(huán)境（）(想象)，是指創(chuàng)造性。虛擬現實的概念中有三個：虛擬現實的應用領域．娛樂．國防．設計、制造和銷售．醫(yī)療和健康．危險操作．訓練．教育．信息可視化．遠程交往與遠程游歷

虛擬現實的應用領域．娛樂關于“超越時空的紫禁城”關于“超越時空的紫禁城”虛擬現實的技術．的人機接口．的計算機系統(tǒng)．的建模和仿真

虛擬現實的技術．的人機接口的人機接口的人機接口的作用是什么？其一是給人類操作者提供環(huán)境信息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動作和響應包括：位置跟蹤和映射，語音識別等。的人機接口的人機接口的作用是什么？（）位置跟蹤和映射位置跟蹤和映射用于測量人體各部位的位置和姿態(tài)分析判斷人面部的表情它的目的是：了解人的身體行為這是為了實現人機交互所必需的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)由此了解人的行為，然后做出適當的響應，實現交互。常用的技術包括：機械鏈接、磁傳感器、聲傳感器、光傳感器和慣性傳感器基本目標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，高帶寬（），以及允許頭和身體的運動。

（）位置跟蹤和映射位置跟蹤和映射用于（）視覺通道視覺通道的作用：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該滿足的要求：顯示的像素應該足夠小，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。應該具有足夠大的視場，理想情況是顯示畫面充滿整個視場。視覺通道的顯示表面分為：基于和基于。視覺通道的光學系統(tǒng)分為：頭盔顯示()和非頭盔顯示()（）視覺通道視覺通道的作用：專用頭盔圖專用頭盔圖（）聽覺通道聽覺通道的作用：給人的聽覺系統(tǒng)提供聲音顯示。為了提供身臨其境的逼真感覺，聽覺通道應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。聽覺通道的關鍵技術包括：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)聲設備。

（）聽覺通道聽覺通道的作用：（）觸覺通道觸覺通道的作用給人體表面提供觸覺和力覺。當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)應該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反饋力覺反饋。觸覺通道的結構分為：安裝在身體上的設備安裝在地面的設備。（）觸覺通道觸覺通道的作用（）運動接口人體在環(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：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該給這些器官提供運動信息。

（）運動接口人體在環(huán)境中的運動包括：（）其它類型接口其它類型接口包括：嗅覺、味覺通道感覺熱、風及濕度的接口還包括語音通訊（語音識別與合成）以及直接心理感覺和控制。這些接口，目前還缺乏研究（）其它類型接口其它類型接口包括：．的計算機系統(tǒng)現有的虛擬現實系統(tǒng)，主要的通道是什么？現有的虛擬顯示系統(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。的計算機系統(tǒng)主要考慮的通道是什么？所以，的計算機系統(tǒng)主要考慮視覺通道的要求。

．的計算機系統(tǒng)現有的虛擬現實系統(tǒng)，主要的通道是什么？的計算機系統(tǒng)的視覺通道（）視覺通道對計算機系統(tǒng)硬件的要求首先是要求維持足夠的圖形幀速率這要求在指定的時間內（約為秒）計算出兩眼的兩幅圖像。同時要求提供足夠好質量的圖像這一般體現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。圖形硬件應提供快速幾何變換、截取、消隱、多邊形填充和表面紋理。的計算機系統(tǒng)的視覺通道（）視覺通道對計算機系統(tǒng)硬件的要求（）視覺通道對計算機系統(tǒng)軟件的要求系統(tǒng)中的軟件主要包括下列幾種：交互軟件：利用人機控制設備的輸出去修改。視覺漫游軟件：控制用戶在中運動時看到的場景。建模軟件：定義虛擬物體形狀、外觀和屬性的模型。操作系統(tǒng)支持的實時多模態(tài)要求。（）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)網絡的要求分布式交互仿真分布式交互仿真已經成為現代仿真技術，特別是軍事仿真的潮流。通訊網絡可以把轉換成共享的分布式計算環(huán)境。（）視覺通道對計算機系統(tǒng)網絡的要求．的建模和仿真（）的建模包括：幾何建模和物理建模的幾何建模一般的工具軟件都具有幾何建模功能。利用現有的建模工具也是常用的方法。市場上已有商業(yè)模型庫出售。對實際物體的建模，則采用激光掃描等專用設備。的物理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，以及非剛體的建模。智能體建模不是基于物理方程，而是基于人為的物體智能．的建模和仿真（）的建模包括：思考題什么是剛體？什么是智能體？思考題什么是剛體？．的建模和仿真（）仿真仿真包括：圖形繪制和三維動畫。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，形成圖像的過程。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到幀。為了保持瞬間交互控制的錯覺，響應時間的延遲必須小于秒。為了繪制人眼可分辨的所有細節(jié)，這要求有千萬個多邊形。然而，用今天的硬件，每個畫面千萬多邊形的系統(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。某些應用（如建筑和藝術）可能要求照片一樣真實的繪制。制造和醫(yī)療應用要求更高層次的實時交互。．的建模和仿真（）仿真（）仿真仿真包括：圖形繪制和三維動畫。三維動畫可以用兩種途徑實現:：基于物理模型的數值計算。屬于滿足物理規(guī)律的仿真技術，用于軍事和工業(yè)等方面。：數學插值。這種技術在三維動畫電影中獲得了巨大的成功。

（）仿真虛擬現實開發(fā)系統(tǒng)的方塊圖用戶通過輸入輸出設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)中完成虛擬現實開發(fā)系統(tǒng)的方塊圖用戶通過輸入輸出設備與輸入輸出軟件交第二節(jié)虛擬現實有關的人的因素為什么要討論人的因素？計算機，接口和用戶是系統(tǒng)中的三個組成部分。接口設計必須考慮人的因素，人的因素與系統(tǒng)性能直接相關。虛擬現實中有關的人的因素具體有哪些方面？人眼人耳身體感覺第二節(jié)虛擬現實有關的人的因素為什么要討論人的因素？虛擬現實有關的人的因素人眼．視覺生理結構．立體視覺．屈光度．瞳孔．分辨力．明暗適應．周圍視覺和中央視覺．視覺暫留．視場虛擬現實有關的人的因素人眼．視覺生理結構．視覺生理結構

大腦皮層（）是大腦半球的最外層，它負責各種形式的感覺。視網膜（）是在每只眼背部的神經細胞的多層膜，它把光轉成電信號，并通過視神經和管道傳給大腦。

下圖表示，視網膜的解剖圖。圖中顯示了層，管道和神經。

．視覺生理結構

大腦皮層（）是大腦半球的最外層，它負光感受器（）是每只眼睛視網膜中億個神經細胞中的一部分，它在受到特定波長的光的刺激時，會發(fā)出電信號。視網膜是眼的光敏層，幾百微米厚，有層。光線通過其中層，被另外兩層的視桿細胞和視錐細胞的光接收器（）吸收。每只眼的視網膜上有億個神經細胞。脊椎動物有兩種光感受器，：視桿細胞（）負責低分辨率的、單色的、夜間的視覺。視錐細胞（）負責高分辨率的、彩色的、白天的視覺。它花費把光轉成電信號，再送給大腦。右圖表示，視網膜內光感受器的解剖圖。圖中桿狀細胞和錐狀細胞在上部，通向大腦的視神經纖維在下部。光感受器（）是每只眼睛視網膜中億個神經細胞中的一部分，它在受．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。對同一個場景，兩眼得到稍有差別的視圖。左視區(qū)的信息，送到兩眼視網膜的右側。在視交叉處，左眼的一半神經纖維交叉到大腦的右半球，左眼的另一半神經纖維不交叉，直接到大腦的左半球。這樣，兩眼得到的左視區(qū)的所有信息，都送到右半球。右圖表示，人類立體視覺的原理圖。（頭盔顯示器）提供兩個顯示，不但應保持雙目視差，而且應該重疊。實際上,由于兩眼有的瞳距，所以兩者視場總有些差別,有不重疊的區(qū)域。對中央凹區(qū)域，深度感在時減弱。對周圍視覺，深度感在減弱。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。．立體視覺．屈光度與眼的光學部分有關的一個度量是"屈光度"（）。有個屈光度的鏡頭，可以聚焦平行光線在米距離。人眼的聚焦能力約屈光度，這表明聚焦平行光在距離，這就是眼球尺寸，是晶狀體和視網膜的距離。年青人可以連續(xù)改變個屈光度，這稱為調節(jié)或聚焦。這保證對遠近物體都能看到清晰的圖像。年長后調節(jié)能力減弱，歲時調節(jié)能力個屈光度，歲時調節(jié)能力個屈光度。在注視運動物體時，自動調節(jié)屈光度。調節(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，使人集中關注視場中部分區(qū)域。在中沒有調節(jié)，個圖像都是聚焦在到米距離。．屈光度．瞳孔瞳孔是晶狀體前的孔，直徑可變化，由到。面積之比。瞳孔作用有三個：()放大時可增加眼的敏感；()縮小時可增加近視覺的視距；()縮小時可限制入射光在光學效果最好的中心區(qū)。．分辨力分辨力是人眼區(qū)分兩個點的能力，限于距離上約。例如在的距離觀看寬度的電視。人眼區(qū)分兩個點的能力，在距離上約。則寬度上應該由個大小的像素。計算機監(jiān)視器和高清晰度電視機，都達到了這樣的分辨率。．瞳孔．明暗適應眼對亮度的感覺可以自動調節(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象，稱為暗適應，花費約分。亮適應是從暗室進入陽光下時的現象，這種適應的強度變化在倍。視桿細胞適應時間約小時，視錐細胞適應時間約幾分鐘。．周圍視覺和中央視覺視網膜不僅是被動的光敏表面。通過視桿和視錐細胞與神經細胞的連接，它還有一定的圖像處理。中央凹是視網膜中央部分，在光軸與視網膜焦點附近，直徑約，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部分，有彩色的、白天的視覺。視網膜周圍區(qū)域包含視桿和視錐細胞。視網膜周圍區(qū)域的視覺稱為周圍視覺。這些神經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、夜間的視覺，但敏感運動物體。．明暗適應．視覺暫留視覺暫留是視網膜的電化學現象造成視覺的反應時間。當觀看很短的光脈沖時，視桿細胞得到約的峰，視錐細胞快倍，得到約的峰。這種現象造成視覺暫留．視覺暫留現有的技術，是否對以上個人眼的因素都考慮到了？人眼的八個因素：視覺生理結構、立體視覺、屈光度、瞳孔、分辨力、明暗適應、周圍視覺和中央視覺、視覺暫留、視場現有的系統(tǒng)中，已經考慮的因素包括：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?，F有的技術，是否對以上個人眼的因素都考慮到了？虛擬現實有關的人的因素人耳．聲音．聲音感覺．頻率范圍．聲強．聲音方向．聲音舞臺．頭部有關的傳遞函數

虛擬現實有關的人的因素人耳．聲音．聲音

音速在空氣中，℃時，℃時。在海水中，℃時音速。在鑄鐵棒中，音速。

耳聽到的頻率范圍約到。隨年歲增加，頻率范圍縮小，特別是高頻段。

考慮音速。的波長,的波長,的波長。人耳的尺寸約，這是的波長。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量。這類似音樂廳中的音響效果。

．聲音

音速在空氣中，℃時，℃時。在海水中，℃時音速。在．聲音感覺

耳分為外耳、中耳、內耳。外耳把聲音引導進內耳，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，并且振動加大倍。．聲音感覺

耳分為外耳、中耳、內耳。外耳把聲音引導進內耳．頻率范圍

耳蝸有個螺旋管，被個膜片分開，膜和耳底膜。振動會刺激耳底膜上的萬到萬個硬毛，并產生電信號傳給大腦。耳底膜有識別頻率的機制。高頻振動刺激膜的開始部分，中頻振動刺激膜的中間部分，低頻振動刺激膜的遠端部分。

．頻率范圍

耳蝸有個螺旋管，被個膜片分開，膜和耳底膜。振．聲強聲強影響到耳底膜的振幅，直接轉成毛細胞的刺激。．聲音方向一般認為，人腦識別聲源位置，是利用兩耳收到的聲音的時間差和聲音幅度差。當人面對聲源時，兩耳的聲強和路徑相等。當人向左轉以后，右耳聲音比左耳強，且更早聽到。若兩耳路徑之差為，則時間差。．聲音舞臺如果用一對麥克風記錄立體聲音，就可以重現聲音舞臺，它有寬度和深度。．聲強．頭部有關的傳遞函數

在聽耳機時，每個耳只聽一個發(fā)聲器的聲音。當然一個耳中的聲音，也會經頭部傳給另一耳。在聽揚聲器時，每個耳都分別聽到兩個揚聲器的聲音。

年認為，進入耳的聲音的形式，會產生外部的聲音舞臺的感覺。對于耳機（特別是插入式耳塞），感覺的聲音舞臺是內部的。如果驅動耳機的左右通道可以由電子設備構成聲音，則人會感覺聲音有外部的真實性。為此要求知道聲音的形狀，或由聲源到耳內部的傳遞函數。這個由聲源到耳內部的傳遞函數稱為"頭部有關的傳遞函數"(,)，它反映頭和耳對傳聲的影響，不同的人有不同的。

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測量收到的信號。信號經過處理，補償非線性頻率響應。由此得到。．頭部有關的傳遞函數

在聽耳機時，每個耳只聽一個發(fā)聲器的現有的系統(tǒng)中，已經考慮的人耳的因素有哪些？現有的系統(tǒng)中，已經考慮的因素包括：聲音方向，聲音舞臺，以及頭部有關的傳遞函數。其他因素還沒有充分考慮到?，F有的系統(tǒng)中，已經考慮的人耳的因素有哪些？虛擬現實有關的人的因素身體感覺在環(huán)境中，我們說的身體感覺，主要是對哪些事物的感覺？感覺表面粗糙、振動、運動、位置、壓力、疼痛和溫度?，F有的系統(tǒng)中，已經考慮了觸覺和力覺顯示。但是有關的技術細節(jié)還沒有充分考慮到。虛擬現實有關的人的因素身體感覺在環(huán)境中，我們說的