數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論（微課版）課件 陳潔 第6-10章 數(shù)字媒體壓縮、存儲與傳輸技術(shù)- 數(shù)字出版與媒體資

現(xiàn)代

編著新技術(shù)數(shù)字第6章數(shù)字媒體壓縮、存儲與傳輸技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論6.1數(shù)字媒體的壓縮6.2數(shù)字媒體的存儲6.3數(shù)字媒體的傳輸6.1.1數(shù)字媒體壓縮的原理數(shù)字媒體在計算機中是以數(shù)字的形式存在，而這些數(shù)字構(gòu)成的數(shù)據(jù)只是媒體信息的載體。盡管數(shù)字媒體的數(shù)據(jù)量很大，但并不是所有的數(shù)據(jù)都是有用的，將多余的數(shù)據(jù)去掉，對信息沒有本質(zhì)影響，并不妨礙正確理解信息，這就是數(shù)字媒體之所以能夠被壓縮的原因。數(shù)字媒體壓縮的核心是編碼，編碼是指將媒體信息轉(zhuǎn)換成計算機能夠理解和處理的二進制數(shù)形式的過程。數(shù)字媒體壓縮便是通過不同的編碼方法去除多余的數(shù)據(jù)，達到壓縮數(shù)據(jù)的目的。與壓縮相對的是解壓縮，它是指把二進制數(shù)還原成原來信息的過程。6.1.2數(shù)字媒體壓縮的分類VS有損壓縮也稱為不可逆編碼，是指數(shù)據(jù)在壓縮時丟失了部分信息，解壓縮后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)有所不同，但不影響人們理解原始信息。無損壓縮也稱為可逆編碼，是指數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后可以進行解壓縮，而且解壓后的數(shù)據(jù)與原來的數(shù)據(jù)完全相同。有損壓縮無損壓縮6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)1．JPEG標(biāo)準(zhǔn)JPEG標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）聯(lián)合成立的聯(lián)合圖像專家組（JPEG）所制定的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)JPEG在網(wǎng)頁中下載時只能由上而下依序顯示圖像，直到下載完，才能看到圖像全貌。標(biāo)準(zhǔn)JPEG漸進式JPEGJPEG2000漸進式JPEG在網(wǎng)頁中下載時，先呈現(xiàn)出圖像的粗略外觀后，再慢慢地呈現(xiàn)出完整的內(nèi)容，一般存儲為該標(biāo)準(zhǔn)的圖像文件比標(biāo)準(zhǔn)JPEG格式的小，這兩種標(biāo)準(zhǔn)均采用有損壓縮，支持多種壓縮標(biāo)準(zhǔn)，壓縮比越小，圖像質(zhì)量越好。JPEG2000是JPEG的最新標(biāo)準(zhǔn)，它是一種很靈活的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，既可以使用不同的壓縮比壓縮圖像，又支持無損壓縮和有損壓縮，與早期的標(biāo)準(zhǔn)相比，JPEG2000在有損壓縮情況下通常也能獲得更高品質(zhì)的圖像效果。6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)2．MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)是運動圖像專家組制定的主要用于音視頻信息壓縮的國際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)采用有損壓縮方法減少數(shù)字媒體中的冗余信息，具有較高的壓縮比，可以大大減小媒體文件大小，傳輸效率高，支持多平臺和多種文件格式，一些公司或機構(gòu)根據(jù)MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了不同的制式，因此市面上出現(xiàn)了很多基于MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的視頻格式，例如WMV9（WMV的第9版）、QuickTime。直到現(xiàn)在，MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)仍廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻、動畫、多媒體系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域。6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)3．H.264、H.265、H.266標(biāo)準(zhǔn)H.264標(biāo)準(zhǔn)H.264標(biāo)準(zhǔn)在MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立開發(fā)，與MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)相比，H.264標(biāo)準(zhǔn)不僅具有更高的壓縮比，同時擁有更高質(zhì)量的畫面效果，經(jīng)H.264標(biāo)準(zhǔn)壓縮的視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中所需的帶寬更少，廣泛應(yīng)用于高清視頻（HDTV）中。H.265標(biāo)準(zhǔn)是基H.264標(biāo)準(zhǔn)，在保留原有的某些技術(shù)的同時，改進另一些相關(guān)的技術(shù)，如提高壓縮效率、降低編碼復(fù)雜度等，并實現(xiàn)更好的視頻質(zhì)量。H.266標(biāo)準(zhǔn)是繼H.265標(biāo)準(zhǔn)之后制定的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，主要面向4K和8K超高清（UHD）視頻應(yīng)用，它基于H.265標(biāo)準(zhǔn)做了進一步的技術(shù)改進，在保持清晰度不變的情況下，數(shù)據(jù)壓縮效率獲得極大提高。H.265標(biāo)準(zhǔn)H.266標(biāo)準(zhǔn)6.1.3數(shù)字媒體壓縮的標(biāo)準(zhǔn)4．MP3標(biāo)準(zhǔn)MP3標(biāo)準(zhǔn)是伴隨MPEG1標(biāo)準(zhǔn)（該標(biāo)準(zhǔn)是運動圖像專家組開發(fā)的第一個視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)）開發(fā)的，它是MPEG1標(biāo)準(zhǔn)的第三部分——MPEGAudioLayerⅢ音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，后來MPEG1標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)上做了一定的技術(shù)改進。MP3標(biāo)準(zhǔn)采用有損壓縮方法壓縮音頻數(shù)據(jù)，壓縮比較高，壓縮后的文件體積小，適于存儲和傳輸，雖然有損壓縮在一定程度上損壞了音頻質(zhì)量，但并不妨礙人們對它的廣泛應(yīng)用，MP3音樂文件至今仍受到大眾歡迎。數(shù)字媒體的壓縮6.16.2數(shù)字媒體的存儲6.3數(shù)字媒體的傳輸6.2.1數(shù)字媒體存儲介質(zhì)硬盤U盤移動硬盤服務(wù)器光盤6.2.2數(shù)字媒體存儲性能指標(biāo)1．存儲容量在存儲二進制數(shù)時，以8位二進制代碼為一個單元存放在一起，稱為一字節(jié)，即1字節(jié)（Byte）=8位（bit）。存儲容量是指存儲介質(zhì)能夠容納的字節(jié)數(shù)。字節(jié)（byte）是計算機中存儲數(shù)據(jù)的基本單位。在計算機中，通常用B（Byte，字節(jié)）、KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）和TB（太字節(jié)）等為單位來表示存儲介質(zhì)的存儲容量或文件大小。存儲單位之間的換算關(guān)系是：1Byte＝8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。存儲介質(zhì)的存儲容量越大，可存儲數(shù)字媒體信息的數(shù)據(jù)量就越大。6.2.2數(shù)字媒體存儲性能指標(biāo)2．傳輸速率傳輸速率是指存儲媒介讀寫數(shù)據(jù)的速度，較高的傳輸速率可以使存儲媒介更快地讀取和寫入數(shù)據(jù)。存儲介質(zhì)的性能指標(biāo)對數(shù)字媒體的存儲起著至關(guān)重要的作用，提高存儲介質(zhì)的性能指標(biāo)在一定程度上將促使數(shù)字媒體技術(shù)的進一步發(fā)展與應(yīng)用。6.2.3數(shù)字媒體存儲方式2．傳統(tǒng)動畫時代云存儲是一種新興的網(wǎng)絡(luò)存儲方式，可以將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類型的存儲設(shè)備集合起來協(xié)同工作，共同對用戶提供數(shù)據(jù)存儲等服務(wù)。通過云存儲，用戶可以在任何時間、任何地點，以任何可連網(wǎng)的裝置連接到云服務(wù)器存取數(shù)據(jù)。百度網(wǎng)盤（網(wǎng)盤又稱網(wǎng)絡(luò)U盤或網(wǎng)絡(luò)硬盤）就屬于云存儲服務(wù)，用戶可以將數(shù)據(jù)上傳到百度網(wǎng)盤中，隨時隨地訪問、查看和管理數(shù)據(jù)。手機中的云盤（有的手機顯示為云空間）也屬于云存儲服務(wù)。6.3數(shù)字媒體的壓縮6.1數(shù)字媒體的存儲6.2數(shù)字媒體的傳輸6.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念（1）互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)無線局域網(wǎng)廣域網(wǎng)現(xiàn)在較常用的網(wǎng)絡(luò)是因特網(wǎng)（Internet），因特網(wǎng)俗稱互聯(lián)網(wǎng)，也稱國際互聯(lián)網(wǎng)，它是一個全球性的網(wǎng)絡(luò)，是由遍布全世界的眾多大大小小的網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的計算機網(wǎng)絡(luò)，它將全世界的計算機聯(lián)系在一起，通過這個網(wǎng)絡(luò)，全世界的用戶相互之間都可以實現(xiàn)數(shù)字媒體信息交換。局域網(wǎng)（LAN）是指將一定區(qū)域內(nèi)各種計算機、外部設(shè)備和數(shù)據(jù)庫連接起來形成的計算機網(wǎng)絡(luò)，覆蓋的范圍有限，地理距離一般是幾米至I0千米以內(nèi)。無線城域網(wǎng)（WMAN）是指在一個城市范圍內(nèi)建立的計算機通信網(wǎng)，采用和局域網(wǎng)類似的技術(shù)，連接的計算機數(shù)量更多，連接距離可以在10~100千米。無線廣域網(wǎng)（WWAN），也稱為外網(wǎng)、公網(wǎng)，是連接不同地區(qū)局域網(wǎng)或無線城域網(wǎng)計算機通信的遠程網(wǎng)，所覆蓋的地理范圍從幾百千米到幾千千米，常以國家或城市為單位進行覆蓋。6.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念（2）萬維網(wǎng)萬維網(wǎng)（WorldWideWeb，WWW），又稱環(huán)球信息網(wǎng)、環(huán)球網(wǎng)和全球瀏覽系統(tǒng)等。萬維網(wǎng)是一種基于超文本的、方便用戶在因特網(wǎng)（Internet）上搜索和瀏覽信息的信息服務(wù)系統(tǒng)，它通過超鏈接把世界各地不同Internet節(jié)點上的相關(guān)信息有機地組織在一起，用戶只需發(fā)出檢索要求，它就能自動地進行定位并找到相應(yīng)的檢索信息。用戶可用萬維網(wǎng)在Internet上瀏覽、傳遞和編輯超文本格式的文件。6.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計算機網(wǎng)絡(luò)硬件（1）傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)常用的無線傳輸介質(zhì)有無線電波、微波和紅外線等。通過無線傳輸介質(zhì)可以擺脫有線介質(zhì)的束縛，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，從而有效擴展通信空間。6.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計算機網(wǎng)絡(luò)硬件（2）光貓光貓是光纖調(diào)制解調(diào)器的簡稱，它是光纖的接入終端，可以將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而實現(xiàn)光纖上網(wǎng)。簡單的說，它的作用是把光纖傳輸過來的光信號變換為適合在路由器、計算機、電視等設(shè)備中傳輸?shù)碾娦盘枴?.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計算機網(wǎng)絡(luò)硬件（3）路由器路由器通常連接在用戶終端設(shè)備和光貓之間，主要功能是用來拓展網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多臺用戶終端設(shè)備共享一個網(wǎng)絡(luò)。將光貓與路由器連接，路由器不僅可以擴展局域網(wǎng)接口數(shù)量，企業(yè)級路由器的接口可到達上百個，家用的路由器接口數(shù)量一般不超過8個。6.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2．計算機網(wǎng)絡(luò)硬件（4）網(wǎng)卡網(wǎng)卡用于計算機和傳輸介質(zhì)的連接。一般可分為有線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡，顧名思義，有線網(wǎng)卡用于將計算機與有線傳輸介質(zhì)相連，無線網(wǎng)卡用于將計算機與無線傳輸介質(zhì)相連。6.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3．計算機網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是指網(wǎng)絡(luò)中計算機交換信息時的約定，它規(guī)定了計算機在網(wǎng)絡(luò)中互通信息的規(guī)則。互聯(lián)網(wǎng)采用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是TCP/IP。提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的專用軟件該類軟件用于提供一些特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，如文件的上傳與下載服務(wù)、信息傳輸服務(wù)等。010203網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用于管理網(wǎng)絡(luò)軟、硬件資源，常見的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有UNIX、Netware、WindowsNT和Linux等。6.3.2移動通信技術(shù)1．移動通信技術(shù)的發(fā)展移動通信技術(shù)大致經(jīng)歷了第一代移動通信技術(shù)（1G）、第二代移動通信技術(shù)（2G）、第三代移動通信技術(shù)（3G）、第四代移動通信技術(shù)（4G）和第五代移動通信技術(shù)（5G）的發(fā)展。目前，主流的是4G與5G的應(yīng)用。4G是集3G與WLAN于一體的，能夠提供高速數(shù)據(jù)傳輸、高質(zhì)量的音視頻和圖像的技術(shù)。在4G時代，文字不再是主流，視頻資訊的應(yīng)用更加常見，短視頻在微信、微博等平臺中隨處可見。它是整合以往優(yōu)勢技術(shù)后構(gòu)成的綜合性技術(shù)，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性和傳輸速度，理論上，數(shù)據(jù)傳輸速度將比4G提高10倍左右，只需要幾秒便可下載一部高清電影，能夠滿足消費者對虛擬現(xiàn)實、超高清視頻等更高的網(wǎng)絡(luò)體驗需求。4G5G6.3.2移動通信技術(shù)2．移動終端移動終端的操作十分簡單、快捷，只需通過觸摸屏來選擇操作命令與使用應(yīng)用程序，無須接入其他設(shè)備或使用按鈕操作。移動終端具備開放的操作系統(tǒng)平臺，如目前主流的智能手機主要包括安卓（Android）和iOS操作系統(tǒng)平臺。移動終端通過具有高效的網(wǎng)絡(luò)接入能力與信息共享功能，能夠?qū)崟r處理信息。移動終端也叫移動通信終端，從廣義上講，一切可以在移動中使用的計算機設(shè)備都可以看作移動終端，包括手機、平板電腦、筆記本電腦和車載智能終端等，但大部分情況下主要指手機。在顯示技術(shù)、語音識別和圖像識別等多模態(tài)交互技術(shù)越來越成熟的環(huán)境下，移動終端的人機交互功能將越來越完善，未來將朝著以人為核心、更智能化的方向發(fā)展。6.3.2移動通信技術(shù)3．移動互聯(lián)網(wǎng)移動互聯(lián)網(wǎng)是在移動通信和移動終端技術(shù)飛速發(fā)展的情況下產(chǎn)生，是一種通過移動終端，采用移動無線通信方式獲取網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的計算機網(wǎng)絡(luò)。與互聯(lián)網(wǎng)相比，移動互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在它的移動性上，滿足了用戶隨時隨地查看、獲取、傳輸數(shù)字媒體信息的需求。并且移動互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)是相互融合的，一方可以使用手機發(fā)送或接收信息，一方可以使用計算機接收或發(fā)送信息。6.3.3流媒體技術(shù)實時流式傳輸用于實時傳輸數(shù)據(jù)。需要注意的是，要想獲得高質(zhì)量的實時流式傳輸體驗，就需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不佳，流媒體會為了保護流暢度而降低內(nèi)容質(zhì)量。實時流式傳輸順序流式傳輸采用這種方式，數(shù)字媒體在播放時，會預(yù)先下載一段內(nèi)容作為緩沖區(qū)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)實際速度小于播放所耗用文件的速度時，播放程序就會取用緩沖區(qū)內(nèi)的信息進行播放，同時繼續(xù)下載一段新的內(nèi)容到緩沖區(qū)，避免播放中斷。6.3.4數(shù)字媒體文件壓縮、傳輸與轉(zhuǎn)換工具的應(yīng)用1．?dāng)?shù)字媒體文件壓縮工具常見的壓縮工具有WinRAR、360壓縮、7-zip、快壓等，它們的使用方法相似，屬于無損壓縮，可以減少文件數(shù)據(jù)量而不使文件受損。使用360壓縮工具壓縮文件6.3.4數(shù)字媒體文件壓縮、傳輸與轉(zhuǎn)換工具的應(yīng)用2．?dāng)?shù)字媒體文件傳輸工具QQ微信百度網(wǎng)盤上傳文件分享文件6.3.4數(shù)字媒體文件壓縮、傳輸與轉(zhuǎn)換工具的應(yīng)用3．?dāng)?shù)字媒體文件轉(zhuǎn)換工具視頻轉(zhuǎn)換器迅捷視頻轉(zhuǎn)換器格式工廠選擇格式轉(zhuǎn)換類型添加文件設(shè)置輸出位置開始轉(zhuǎn)換文件現(xiàn)代

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編著新技術(shù)數(shù)字第7章融媒體技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論7.1融媒體基礎(chǔ)知識7.2融媒體數(shù)據(jù)中心建設(shè)7.3融媒體廣播電視安全播出7.1.1融媒體的概念本書所理解的融媒體是指將廣播、電視、報紙等傳統(tǒng)媒體與數(shù)字雜志、數(shù)字廣播、數(shù)字電視、數(shù)字電影、手機報、手機短信、手機雜志等新媒體相結(jié)合，通過多種渠道（如電臺、網(wǎng)站、小程序、App等）和平臺（如微信、微博、抖音、今日頭條等）傳播信息內(nèi)容的媒體形態(tài)。7.1.1融媒體的概念融媒體本質(zhì)上是為傳統(tǒng)媒體服務(wù)，將報紙、廣播、電視上的內(nèi)容，轉(zhuǎn)型往互聯(lián)網(wǎng)、移動端發(fā)展，通過新媒體的傳播形式展現(xiàn)出來，這種兩者兼有的形式就是“融媒體”，它使用戶既可以通過傳統(tǒng)媒體也可以通過新媒體獲取信息，并且讓用戶更直觀、更準(zhǔn)確地理解內(nèi)容和服務(wù)。融媒體強調(diào)傳統(tǒng)媒體與新媒體“資源通融、內(nèi)容兼融、宣傳互融、利益共融”，是傳統(tǒng)媒體與新媒體在內(nèi)容、人力、宣傳等方面的全面整合，它通過整合文字、圖片、音頻、視頻等多種形式的媒體資源，以及運用互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等新技術(shù)手段，提供更豐富、更全面的信息，實現(xiàn)信息的多元化傳播和用戶的個性化獲取。7.1.2融媒體的特征媒體信息的多樣性融媒體將文字、圖片、音頻、視頻等多種形式的媒體信息進行整合，使得信息傳播的類型更加豐富多樣。用戶可以通過不同的媒體形式獲取信息，選擇適合自己的方式進行閱讀、收聽或觀看。媒體信息的實時性融媒體可以將互聯(lián)網(wǎng)和移動設(shè)備作為媒體信息的傳播平臺，從而實現(xiàn)信息的即時傳播和反饋。媒體信息的交互性融媒體使信息的生產(chǎn)發(fā)布者和接收者可以方便地、有效地進行雙向交流。媒體信息的個性化融媒體可以根據(jù)用戶的個性化需求，通過分析用戶的瀏覽記錄、點擊行為等數(shù)據(jù)，提供符合用戶興趣和偏好的內(nèi)容，提升用戶體驗。媒體信息的跨平臺傳播無論是電視、廣播、報紙、雜志，還是互聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備，都可以成為融媒體的傳播平臺。這使得媒體信息可以更廣泛地、更高效地傳播，覆蓋更多的受眾群體。7.1.3融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容與應(yīng)用1．融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容（1）數(shù)字媒體處理技術(shù)在融媒體形式下，將傳統(tǒng)媒體的信息內(nèi)容分發(fā)至新媒體平臺，需要數(shù)字媒體處理技術(shù)的支持，主要包括數(shù)字圖像技術(shù)、數(shù)字音頻技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)等。通過數(shù)字媒體處理技術(shù)將圖像、音頻、視頻等信息內(nèi)容數(shù)字化，提高信息內(nèi)容展示的質(zhì)量，編碼壓縮數(shù)字媒體的數(shù)據(jù)量等，使數(shù)字媒體信息內(nèi)容便于存儲和傳輸。同時，還可通過語音合成與語音識別、人機交互、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，為用戶提供更多樣的信息獲取和交互方式，提升用戶體驗。7.1.3融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容與應(yīng)用1．融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容（2）融媒體網(wǎng)絡(luò)傳播技術(shù)融媒體包括多種網(wǎng)絡(luò)傳播方式，如廣電網(wǎng)絡(luò)、電視網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動通信網(wǎng)絡(luò)等。特別是5G移動通信技術(shù)的快速發(fā)展為融媒體帶來了機遇，5G網(wǎng)絡(luò)具有低延時、高傳輸速率、高可靠性等優(yōu)勢，在5G網(wǎng)絡(luò)中，媒體信息傳播更迅速，媒體間的信息共享更加緊密。數(shù)字視頻正朝著超高清的趨勢發(fā)展，超高清使圖像的分辨率和清晰度有了質(zhì)的飛躍，可以在視頻中顯示更多細節(jié)、色彩更豐富，從而為用戶提供更出色的視覺體驗，而5G符合當(dāng)前超高清4K（3840像素×2160像素）或8K（7680像素×4320像素）分辨率的視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸需求。7.1.3融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容與應(yīng)用1．融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容（3）智能媒體技術(shù)大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)是指無法在一定時間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進行管理、處理的數(shù)據(jù)集合，針對大數(shù)據(jù)進行分析的大數(shù)據(jù)技術(shù)，是指為處理、存儲、分析大數(shù)據(jù)而采用的軟件和硬件技術(shù)，也可將其看作面向數(shù)據(jù)的高性能計算系統(tǒng)。人工智能人工智能是計算機科學(xué)的一個分支，是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新興技術(shù)科學(xué)。它在圖像處理、語音合成、語音識別、內(nèi)容檢索、人機交互、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮重要作用。010203云計算云計算是指基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。一般來說，為達到資源整合輸出目的的技術(shù)都可以被稱為云計算。7.1.3融媒體技術(shù)的研究內(nèi)容與應(yīng)用2．融媒體技術(shù)的應(yīng)用廣告營銷影視娛樂教育培訓(xùn)政府公關(guān)服務(wù)新聞媒體融媒體基礎(chǔ)知識7.17.2融媒體數(shù)據(jù)中心建設(shè)7.3融媒體廣播電視安全播出7.2.1數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施供配電系統(tǒng)不間斷電源系統(tǒng)終端配電系統(tǒng)安全系統(tǒng)供配電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心提供基礎(chǔ)的電力資源。不間斷電源系統(tǒng)蛀牙是為信息處理系統(tǒng)提供不間斷的電源。終端配電系統(tǒng)是直接服務(wù)于信息處理系統(tǒng)的末端配電設(shè)施。包括安防、滅火、監(jiān)控等設(shè)施，為信息處理系統(tǒng)設(shè)備的運行安全、連接及維護提供基本的保障。為信息處理系統(tǒng)提供所需要的冷量，確保信息處理系統(tǒng)正常工作?？照{(diào)系統(tǒng)7.2.2信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運作軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，DBMS）是一種用于建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫的大型軟件。它對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一的管理和控制，以保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。服務(wù)器用于運行軟件和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，是進行數(shù)據(jù)處理、存儲、傳輸?shù)鹊母咝阅苡嬎銠C（具備強大的計算能力、更大的存儲空間），在網(wǎng)絡(luò)中為其他客戶機（如個人計算機、智能手機等終端設(shè)備）提供應(yīng)用服務(wù)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)管理計算機的軟硬件資源，應(yīng)用軟件是解決實際應(yīng)用問題的計算機程序。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是指用來連接服務(wù)器和其他客戶機，構(gòu)成信息通信網(wǎng)絡(luò)的硬件設(shè)備，如路由器、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)等。7.2.2信息處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運作信息處理系統(tǒng)可以為用戶提供多種服務(wù)，如視頻點播、云存儲、網(wǎng)站訪問等，以視頻點播為例，用戶通過個人計算機或手機聯(lián)網(wǎng)，訪問信息處理系統(tǒng)中的服務(wù)器，并向數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)發(fā)出視頻點播服務(wù)的請求，服務(wù)器響應(yīng)后，根據(jù)用戶的需求，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的資源，以較快的速度傳輸相應(yīng)的視頻文件，并通過緩存技術(shù)，提高用戶的觀看體驗。7.3融媒體基礎(chǔ)知識7.1融媒體數(shù)據(jù)中心建設(shè)7.2融媒體廣播電視安全播出7.3.1融媒體廣播電視安全播出需求廣播電視是一種通過無線電波發(fā)送音頻和視頻信號的媒體形式。它的優(yōu)點是覆蓋范圍廣，可以傳遞新聞、教育、娛樂等信息，而且可以同時傳輸音頻和視頻信息。所謂的廣播電視安全播出需求，是保證廣播電視在播出過程中保持安全穩(wěn)定的狀態(tài)，使信息得到高效傳播，使人們順利地獲取流暢的、真實的媒體信息內(nèi)容，這不僅需要做到信號傳輸安全，播出內(nèi)容真實無誤，還要提供高質(zhì)量的聲畫效果，并保證人們能夠接收穩(wěn)定的信號。7.3.2融媒體廣播電視安全播出標(biāo)準(zhǔn)及政策《廣播電視管理條例》為應(yīng)對影響或威脅廣播電視正常播出和傳輸?shù)耐话l(fā)事件，如破壞侵?jǐn)_事件（包括干擾插播、攻擊破壞等）、信息安全事件，包括有害程序、網(wǎng)絡(luò)攻擊、信息破壞、信息內(nèi)容安全、設(shè)備設(shè)施故障等。國務(wù)院頒布了我國第一部全面規(guī)范廣播電視活動的行政法規(guī)《廣播電視管理條例》，用以加強廣播電視法制建設(shè)，規(guī)范廣播電視行為，依法管理、建設(shè)廣播電視，促進中國特色的廣播電視事業(yè)蓬勃發(fā)展。7.3.2融媒體廣播電視安全播出標(biāo)準(zhǔn)及政策《廣播電視安全播出管理規(guī)定》《廣播電視安全播出管理規(guī)定》明確了廣播電視安全播出工作應(yīng)當(dāng)堅持不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟又安全的方針，安全播出責(zé)任單位的技術(shù)系統(tǒng)配置應(yīng)當(dāng)符合以下規(guī)定：符合國家、行業(yè)相關(guān)技術(shù)規(guī)范和國務(wù)院廣播影視行政部門規(guī)定的安全物理環(huán)境分級配置要求：針對播出系統(tǒng)特點采取相應(yīng)的防范干擾、插播、阻斷、篡改、攻擊等惡意破壞的技術(shù)措施；采用聲音、圖像、碼流錄制或者保存技術(shù)監(jiān)測信息等方式對本單位播出、傳輸、發(fā)射的節(jié)目信號的質(zhì)量和效果，以及相關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)進行記錄。記錄方式應(yīng)當(dāng)符合省、自治區(qū)、直轄市以上人民政府廣播電視行政部門的有關(guān)規(guī)定，記錄信息應(yīng)當(dāng)保存一周以上，異態(tài)節(jié)目記錄信息應(yīng)當(dāng)保存一年以上；使用依法取得廣播電視設(shè)備器材入網(wǎng)認(rèn)定的設(shè)備、器材和軟件，并建立設(shè)備更新機制，提高設(shè)備運行可靠性；省級以上廣播電臺、電視臺、衛(wèi)星地球站應(yīng)當(dāng)配置完整、有效的容災(zāi)系統(tǒng)，保證特殊情況下主要節(jié)目安全播出。7.3.3融媒體廣播電視安全播出機制一是注重從業(yè)人員職業(yè)道德素質(zhì)教育，使其建立正確的價值觀念，強化大局意識、責(zé)任意識，不斷提升思想道德水平；二是加強培訓(xùn)廣播電視安全播出人員的業(yè)務(wù)能力，擴展新知識、新技術(shù)的獲取渠道，提高其專業(yè)技能和安全意識，確保安全播出目標(biāo)實現(xiàn)。完善安全播出管理制度完善安全播出管理制度，通過安全管理機制，明確不同部門與崗位的責(zé)任。加大制度約束力度，落實各崗人員職責(zé)，以兔出現(xiàn)無人負(fù)責(zé)情況。聯(lián)合廣播電視安全技術(shù)管理情況，圍繞市場特點、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過安全管理技術(shù)，消除安全隱患。同時，注重提升廣播電視監(jiān)督與管理水平。不只利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)、防火墻技術(shù)、防病毒技術(shù)等傳統(tǒng)手段建立安全防御系統(tǒng)。還要借助5G、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，推進廣播電視行業(yè)邁向更高層次的發(fā)展，使廣播電視運用現(xiàn)有的科技成果，打造一個智能化的安全播出系統(tǒng)，提升信息傳輸效率和數(shù)據(jù)安全性，以提升節(jié)目播出的品質(zhì)。加強安全播出技術(shù)創(chuàng)新提高從業(yè)人員綜合素質(zhì)現(xiàn)代

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編著新技術(shù)數(shù)字第8章人機交互技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論8.1融媒體基礎(chǔ)知識8.2人機交互模式8.3人機界面設(shè)計8.1.1人機交互的概念人機交互領(lǐng)域?qū)＜壹s翰·卡羅爾（JohnM.Carroll）認(rèn)為：人機交互指的是有關(guān)可用性的學(xué)習(xí)和實踐，是關(guān)于理解和構(gòu)建用戶樂于使用的軟件和技術(shù)，并能在使用時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有效性的學(xué)科。美國計算機協(xié)會（AssociationforComputingMachinery，ACM）的定義人機交互是有關(guān)交互式計算機系統(tǒng)的設(shè)計、評估、實現(xiàn)以及與之相關(guān)現(xiàn)象的學(xué)科。艾倫·迪克斯（AlanDix）教授在《人機交互》一書中如此定義人機交互是研究人、計算機以及他們之間相互作用方式的學(xué)科，學(xué)習(xí)人機交互的目的是使計算機技術(shù)更好地為人類服務(wù)。8.1.1人機交互的概念人機交互是通過計算機輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。人機交互是一門研究系統(tǒng)與用戶之間交互關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統(tǒng)和軟件。人機交互是研究人、計算機以及它們之間相互影響的技術(shù)。人機交互是一個多學(xué)科的研究領(lǐng)域，專注于計算機技術(shù)的設(shè)計和使用，特別是探索人和計算機之間的交互，使計算機和人類之間形成更好的交流。通俗地理解，人機交互即用戶和計算機之間雙向的信息交換，包括人到計算機和計算機到人的信息交換兩部分。實現(xiàn)人機交互功能主要通過計算機輸入輸出的外部設(shè)備和相應(yīng)的軟件完成。8.1.2人機交互的研究內(nèi)容人機交互界面的優(yōu)劣直接影響開發(fā)人機交互系統(tǒng)的成敗。因此，開發(fā)高質(zhì)量的人機交互界面離不開研究交互模型及其設(shè)計方法。人機交互界面表示模型與設(shè)計方法可用性分析與評估多模態(tài)交互可用性是人機交互系統(tǒng)的重要內(nèi)容，它不僅關(guān)系人機交互的實現(xiàn)，更關(guān)系到人機交互能否達到用戶期待的目標(biāo)，以及實現(xiàn)這一目標(biāo)的工作效率和使用的便捷性。人機交互系統(tǒng)的可用性分析與評估的研究，主要涉及支持可用性的設(shè)計原則和可用性的評估方法等方面。多模態(tài)交互是一種使用多種方式（如文字、語音、視覺、動作、環(huán)境等）與計算機通信的人機交互方式，即多模態(tài)交互就是融合多種交互方式的交互模式。對多通道交互的研究，可以使用戶在同一個人機交互系統(tǒng)中使用多種交互方式與計算機進行通信。8.1.2人機交互的研究內(nèi)容智能用戶界面的最終目標(biāo)是實現(xiàn)人與計算機的交互，能夠像人與人之間交互那樣自然、方便。手勢識別、動作捕捉、眼動跟蹤、三維輸入、語音識別、自然語言理解等技術(shù)都是開發(fā)智能用戶界面需要攻克的難題。智能用戶界面計算機協(xié)同工作環(huán)境信息可視化設(shè)計計算機協(xié)同工作環(huán)境主要研究在計算機技術(shù)支持的環(huán)境下，特別是計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一個群體如何協(xié)同工作完成一項共同的任務(wù)，涉及個人與群體之間的信息傳遞、群體成員之間的信息共享，及自動化辦公過程的協(xié)調(diào)等交互活動。計算機協(xié)同工作環(huán)境的最終目標(biāo)是要設(shè)計出能支持各種各樣協(xié)同工作的應(yīng)用程序和系統(tǒng)，以及研究實現(xiàn)它們的方法。人機交互的最終目的是使人們通過計算機輕松完成想做的事情，同時提高制作效率。信息可視化設(shè)計是人機交互重要的一環(huán)，可視化設(shè)計是指通過視覺語言來傳遞信息和表達想法，其目的是使用戶在交互界面上獲得更好的用戶體驗。8.1.3人機交互的發(fā)展歷史1．人工操縱交互階段由于受到制造技術(shù)和成本等原因限制，初期的人機交互設(shè)計強調(diào)輸入、輸出信息的精確性，而較少考慮人的因素（即人操作設(shè)備的便捷性、易用性等），導(dǎo)致設(shè)備的使用不夠自然和高效。因此，早期的人機交互是十分“笨拙”的。霍華德·艾肯（HowardAiken)教授，在1944年開發(fā)完成的大型自動數(shù)字計算機“馬克一號（MarkI）”，需要通過人工操作由指示燈和機械開關(guān)組成的操縱界面，來讓計算機執(zhí)行相應(yīng)的命令。8.1.3人機交互的發(fā)展歷史2．命令行界面交互階段小型計算機鍵盤的廣泛應(yīng)用將人機交互帶入了命令行界面交互（Command-lineInterface,CLI）階段，命令行界面交互階段的主要特點是計算機的使用者可以通過鍵盤輸入字符命令行與計算機進行通信，讓計算機執(zhí)行相應(yīng)指令。鍵盤輸入準(zhǔn)確率相對較高，以及幾乎不需要冗余的操作。命令行界面交互需要使用者記憶許多命令和熟練敲擊鍵盤，有時甚至需要具備計算機領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能，才能達到較高的使用效率。8.1.3人機交互的發(fā)展歷史3．圖形用戶界面交互階段圖形顯示器的誕生與發(fā)展，鼠標(biāo)的誕生與發(fā)展，推進了人機交互方式的變革，圖形用戶界面逐漸取代命令行界面。圖形用戶界面（GraphicalUserInterface，GUI）又稱圖形用戶接口，是指采用圖形方式顯示的計算機操作用戶界面。它允許用戶使用鼠標(biāo)、鍵盤等設(shè)備操縱屏幕上的圖標(biāo)、按鈕或菜單選項，以選擇命令、調(diào)用文件、啟動程序或執(zhí)行其他日常任務(wù)等操作。圖形用戶界面交互方式直觀明了、簡單易學(xué)，使不懂計算機的普通用戶也可以熟練地使用，開拓了用戶人群。特別是20世紀(jì)80、90年代，鼠標(biāo)在個人計算機中的廣泛使用，使信息產(chǎn)業(yè)得到空前的發(fā)展。8.1.3人機交互的發(fā)展歷史4．自然和諧的交互階段人們與計算機的交互需求不再局限于追求圖形用戶界面美學(xué)形式的創(chuàng)新，用戶更希望在使用終端設(shè)備時，有著更便捷、更符合人們使用習(xí)慣的交互方式。帶著這樣的目的，人們將人機交互推進到自然和諧的人機交互時期。在自然和諧的交互階段，人機交互的發(fā)展可謂空前繁榮，交互方式多種多樣，使人們不僅可以使用傳統(tǒng)的方式與計算機產(chǎn)生交互，還可以通過聲音、姿勢、表情、視線等方式輸入信息，與計算機完成交互。隨著網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，輸入、輸出設(shè)備以及各種相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，促進了人機交互技術(shù)的進一步發(fā)展。8.1.4人機交互的發(fā)展趨勢智能化通過人機交互領(lǐng)域的相關(guān)機構(gòu)來制定、發(fā)布國際標(biāo)準(zhǔn)，并隨著社會需求的變化而不斷變化，以指導(dǎo)交互產(chǎn)品的設(shè)計、測試和可用性評估等。集成化集成各種交互方式，并提高各種交互方式的兼容性和可靠性，使用戶可以選擇通過不同的方式與計算機交互標(biāo)準(zhǔn)化使計算機更好地了解人的信息意圖，并做出合適的反饋或動作，提高交互的效率和自然性，使人與計算機之間的通信像人與人交流那樣自然、方便，使計算機技術(shù)更好地為人類服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)化完善在不同交互設(shè)備、不同網(wǎng)絡(luò)（有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)、移動通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)等）之間的連接和擴展，使用戶可以通過跨地域的網(wǎng)絡(luò)，在世界各地通過任意方式進行人機交互，同時支持多個用戶之間以協(xié)作的方式進行交互。融媒體基礎(chǔ)知識8.18.2人機交互模式8.3人機界面設(shè)計8.2.1傳統(tǒng)的圖形用戶界面交互傳統(tǒng)的圖形用戶界面交互是基本的人機交互方式，它將鼠標(biāo)、鍵盤等傳統(tǒng)硬件設(shè)備作為輸入工具，通過圖形用戶界面完成人機交互。直到現(xiàn)在，在個人計算機領(lǐng)域，用戶大多仍采用這種交互方式，用戶可以使用鼠標(biāo)和鍵盤在計算機窗口、網(wǎng)頁界面等圖形用戶界面中點擊菜單、圖標(biāo)、按鈕，執(zhí)行打開網(wǎng)頁、輸入文本信息、播放音視頻文件等操作，以此與計算機進行交互，完成各項工作。8.2.2觸控交互觸控交互方式主要通過觸碰屏幕的方式與計算機進行交互。觸控交互的實現(xiàn)和發(fā)展得益于實現(xiàn)觸控功能與顯示器的一體化，使顯示器從僅向用戶輸出可視信息成為一種交互界面設(shè)備。常用的觸控交互設(shè)備是觸摸屏，觸摸屏又稱觸控屏、觸控面板，主要由觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器組成，觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，并將位置信息傳送給觸摸屏控制器，觸摸屏控制器接收信號后將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)傳送給計算機的CPU，同時接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。操作簡便界面友好響應(yīng)快速8.2.2觸控交互近年來，觸控交互技術(shù)已從單點觸控發(fā)展到多點觸控，單點觸控只能辨認(rèn)和支撐每次一個手指的觸控，如點擊、雙擊；而多點觸控實現(xiàn)了多用戶、多根手指的觸控，方便縮放窗口等操作。從首款觸摸屏誕生至今，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，觸控交互已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動設(shè)備，也常用于銀行、醫(yī)院、政務(wù)中心等場所的業(yè)務(wù)查詢。8.2.3語音交互1．語音交互的主要技術(shù)語音合成語音合成將輸入的文本信息經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，盡可能輸出具有豐富表現(xiàn)力和高自然度的語音，使計算機或相關(guān)的系統(tǒng)能夠發(fā)出像“人”一樣自然流利的聲音；自然語言處理自然語言處理（NaturalLanguageProcessing,NLP）是指使用自然語言同計算機進行通信的技術(shù)，它的主要研究內(nèi)容是讓計算機“理解”自然語言，這樣人與計算機之間的交互才能像人與人之間的交流那樣自然、流暢。010203語音識別語音識別將音頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為文本或其他計算機可以處理的信息；8.2.3語音交互2．語音交互的應(yīng)用場景虛擬服務(wù)機器人人工智能的發(fā)展及計算機處理能力的增強，使語音交互被廣泛應(yīng)用于各種虛擬服務(wù)機器人（虛擬服務(wù)機器人即沒有實體的機器人）。例如，百度的“度秘”、蘋果的Siri、微軟的“小冰”。接引類智能服務(wù)機器人語音交互也可應(yīng)用于各種場合的接引類智能服務(wù)機器人，用戶可通過對話的方式向它們發(fā)出指令與其產(chǎn)生交互。8.2.3語音交互2．語音交互的應(yīng)用場景智能家居領(lǐng)域語音交互還常用于智能家居領(lǐng)域，例如，思必馳公司推出的一款“大屏智能面板”產(chǎn)品，它支持語音交互，可幫助用戶實現(xiàn)對室內(nèi)照明、影音、安防、暖通設(shè)備的開關(guān)和調(diào)控，并將設(shè)備的反饋結(jié)果顯示于屏幕上。8.2.4動作交互1．手勢交互VS靜態(tài)手勢識別即識別靜止?fàn)顟B(tài)下人手或者手和手臂相結(jié)合所產(chǎn)生的各種姿勢。動態(tài)手勢識別即識別人手的運動過程，由一系列的姿勢組成。例如，將人手從上到下垂直運動的過程、從左向右的水平運動的過程的語義分別定義為“從上到下移動/滑動”、“從左向右移動/滑動”操作指令，從而實現(xiàn)基于動態(tài)手勢識別的交互應(yīng)用。靜態(tài)手勢識別動態(tài)手勢識別8.2.4動作交互1．手勢交互手勢識別有了一些簡單的交互應(yīng)用，如在智能車載系統(tǒng)中通過不同的手勢，調(diào)節(jié)影音播放的音量大小、播放下一首，以及撥打電話等。將手勢識別應(yīng)用到駕駛輔助系統(tǒng)中，使用手勢來控制車內(nèi)的各種功能、參數(shù)，可以讓駕駛員將雙眼的注意力更多地放在道路上，提升駕車安全性。在視頻直播或拍照過程中，用戶通過"點贊"、"比心"的手勢，可實時增加相應(yīng)的貼紙或特效，豐富交互體驗。另外，手勢識別還可用于智能終端頁面瀏覽過程中的上下切換頁面。手勢識別在智能車載系統(tǒng)中的交互應(yīng)用手勢識別在視頻直播中的交互應(yīng)用8.2.4動作交互2．動作捕捉數(shù)據(jù)傳輸傳感器采集到的人體動作數(shù)據(jù)可以通過線纜或無線傳輸技術(shù)（如藍牙、WiFi等），傳輸?shù)接嬎銠C系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)處理計算機系統(tǒng)接收傳感器采集的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過計算機軟硬件處理，確定人體運動軌跡和人體動作姿態(tài)，從而實現(xiàn)人體動作的識別和人機交互。010203傳感器部署傳感器是一種檢測、跟蹤裝置，用于檢測被測量物體的動態(tài)信息。根據(jù)檢測目標(biāo)，在所需人體骨骼關(guān)鍵部位部署傳感器，可實時采集人體的動作數(shù)據(jù)。（1）基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉是指通過配置如萊卡服、T恤、綁帶、束發(fā)帶、頭套、手套、手環(huán)等穿戴設(shè)備，在人體骨骼關(guān)鍵部位放置傳感器，實現(xiàn)人體全身的動作捕捉。8.2.4動作交互2．動作捕捉（1）基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉攝像機連續(xù)拍攝表演者的動作，并將圖像序列保存下來，然后進行分析和處理，識別其中的反光標(biāo)識點，并計算其在每一瞬間的空間位置，進而可得到人體的運動軌跡。基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉的主流技術(shù)是光學(xué)式動作捕捉。光學(xué)式動作捕捉通過對目標(biāo)上特定光點的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務(wù)010203在進行人體動作捕捉時，首先在表演場地部署多臺攝像機，這些攝像機的視野重疊區(qū)域就是表演者的運動范圍，作為表演者一般要求穿上單色的服裝，并在身體的關(guān)鍵部位，如關(guān)節(jié)、髖部、肘、腕等位置貼上反光標(biāo)識點，反光標(biāo)識點由特殊材料制成，具有反射光源的作用，易于識別。8.2.4動作交互2．動作捕捉（1）基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉在游戲、影視特效中的應(yīng)用在游戲、影視特效中，動作捕捉主要用于生成虛擬人物、制作特效，即實時記錄和測量人體的運動軌跡和動作姿態(tài)，進一步在三維空間中重建人體動作的過程。動作捕捉在游戲中的應(yīng)用動作捕捉在生成影視虛擬人物中的應(yīng)用動作捕捉在影視特效制作中的應(yīng)用8.2.4動作交互2．動作捕捉（1）基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉在體育訓(xùn)練、智能健身、康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用在體育訓(xùn)練、智能健身、康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域中，借助穿戴設(shè)備和傳感器動作捕捉人體，可記錄、分析、統(tǒng)計人體的動作數(shù)據(jù)，使運動員、健身人員、傷病人員了解自身運動的量化數(shù)據(jù)，從而知道自己的運動動作和運動量是否達到標(biāo)準(zhǔn)，以便及時糾正不符合要求的動作和行為。步態(tài)分析系統(tǒng)360°運動模擬平臺設(shè)備8.2.4動作交互2．動作捕捉（2）直接識別人體特征的動作捕捉直接識別人體特征的動作捕捉實時性好、穩(wěn)定性強，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對動作捕捉環(huán)境的要求不高。直接識別人體特征的動作捕捉不需要配置專門的穿戴設(shè)備和傳感器。010203它首先通過部署多臺攝像機從不同角度采集人體動作的圖像，然后利用計算機視覺等技術(shù)處理采集到的圖像，以獲取人體運動位置信息，并進行人體特征識別和分類，從而實現(xiàn)人體動作識別和交互。8.2.4動作交互2．動作捕捉（2）直接識別人體特征的動作捕捉基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉與直接識別人體特征的動作捕捉在應(yīng)用場景上并無太大差別。雖然直接識別人體特征的動作捕捉擺脫了穿戴設(shè)備和專用傳感器的束縛，但直接識別人體特征的動作捕捉技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜，相對而言，基于穿戴設(shè)備和傳感器的動作捕捉技術(shù)更為成熟，目前在游戲、影視特效等領(lǐng)域中大多還是采用光學(xué)式動作捕捉完成相應(yīng)工作。動作捕捉技術(shù)完成了將表情和動作數(shù)字化的工作，提供了新的人機交互手段，為實現(xiàn)操作者以自然的動作和表情直接控制計算機，以及最終實現(xiàn)可以理解人類表情、動作的計算機系統(tǒng)和機器人提供了技術(shù)基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的遙控方式相比，這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)更為直觀、細致、復(fù)雜、靈活而快速的動作控制，大大提高機器人應(yīng)對復(fù)雜情況的能力。8.2.5眼動交互1．眼動交互的裝置VS頭戴式眼動儀外觀像一副眼鏡，也可稱為“眼動追蹤眼鏡”，用戶可直接佩戴，便攜性好，可應(yīng)用于室內(nèi)、室外。桌面式眼動儀檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高，適用于室內(nèi)，通常安裝在計算機顯示器下方，便于計算出用戶在屏幕上注視的位置。頭戴式眼動儀桌面式眼動儀8.2.5眼動交互2．眼動交互的方式注視眨眼眼跳當(dāng)注視點的停留時間達到一定程度后（一般至少持續(xù)0.1s），可以利用視線代替鼠標(biāo)或鍵盤等傳統(tǒng)輸入設(shè)備，觸發(fā)相應(yīng)的執(zhí)行操作。大多數(shù)眼動信息只有在注視時才能獲得并進行加工，因此，注視是一種主要的眼動交互方式，多用于控制圖形界面或定位鼠標(biāo)光標(biāo)等。使用眨眼行為進行交互時，需要識別有意識的眨眼。眨眼交互方式較為簡單，但是當(dāng)人眼處于長時間閉合狀態(tài)時，由于眼動儀無法捕捉瞳孔，可能會導(dǎo)致注視點的丟失，在一定程度上會影響眼動交互的精度。在正常的視覺觀察過程中，眼動表現(xiàn)為在一系列被觀察目標(biāo)上的注視，及在這些注視點之間的飛速跳躍。在注視點之間的飛速跳躍稱為眼跳，不同路徑的眼跳可以映射為不同的交互指令。8.2.5眼動交互3．眼動交互的應(yīng)用場景游戲交互用于飛行類游戲的方向控制、射擊類游戲的眼動瞄準(zhǔn)等。手機交互通過注視點定位完成手機解鎖，相機對焦拍攝；閱讀瀏覽時，根據(jù)眼動情況自動翻頁等。駕駛疲勞監(jiān)測識別駕駛員的行為狀態(tài)，在疲勞早期及時發(fā)出預(yù)警。智能輔助溝通智能輔助溝通是眼動交互的重要開發(fā)領(lǐng)域。例如，七鑫易維公司開發(fā)的眼控平板電腦一體機，這是一款將Windows平板電腦與眼控儀相結(jié)合的輔助溝通產(chǎn)品，幫助用戶不僅可以使用傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤操作計算機，也可以通過眼部運動實現(xiàn)操作計算機。8.2.6腦機交互1．腦機交互的方式與面臨的問題VS在大腦中植入芯片，直接測量大腦活動，這種方式捕獲大腦神經(jīng)活動信號的實時性和精確度較高，但存在感染風(fēng)險和創(chuàng)傷問題。主要通過讓用戶戴上裝載有感應(yīng)器的穿戴設(shè)備來采集大腦神經(jīng)活動信號，這種方式操作方便、易于使用、無創(chuàng)傷問題，但信號捕獲的精度和實時性可能不如侵入式腦機交互。侵入式腦機交互是非侵入式腦機交互8.2.6腦機交互1．腦機交互的方式與面臨的問題通過侵入性腦機交互方式捕捉大腦神經(jīng)活動信號，會涉及手術(shù)過程，給人體帶來風(fēng)險隱患。因此，研究人員將更多地探索非侵入性腦機交互技術(shù)，以提高技術(shù)的可接受性和可用性。信號解讀準(zhǔn)確性問題解讀大腦神經(jīng)活動信號并將其轉(zhuǎn)化為計算機可理解的指令是一個復(fù)雜的過程，并且不同人的大腦活動模式存在個體差異，因此需要更多的研究來提高系統(tǒng)對不同個體大腦信號的解讀能力和信號解讀的準(zhǔn)確性。目前的腦機交互系統(tǒng)對腦神經(jīng)活動信號的捕捉和解讀速度還有所限制，導(dǎo)致交互的實時性受到限制。提高腦機交互數(shù)據(jù)傳輸速度是一個挑戰(zhàn)，但也是推動該技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。數(shù)據(jù)傳輸速度問題設(shè)備侵入性問題8.2.6腦機交互2．腦機交互的應(yīng)用場景游戲娛樂在專業(yè)技能訓(xùn)練方面，可以利用腦機交互技術(shù)讀取學(xué)習(xí)者的大腦活動信號，進行專業(yè)技能評估和培養(yǎng)；在智能化教學(xué)方面，可以利用腦機交互技術(shù)讀取學(xué)習(xí)者的大腦活動信號，實時評估和調(diào)整學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)。醫(yī)療康復(fù)殘疾人士可以通過腦機交互技術(shù)進行康復(fù)訓(xùn)練。例如，對于截肢或運動障礙的患者，可以通過腦機交互來操控假肢，讓癱瘓病人實現(xiàn)自己喝水、吃飯、打字。教育用戶通過腦機交互技術(shù)可以實現(xiàn)控制游戲角色。例如，通過“移動”“跳躍”的思維活動控制游戲角色的移動、跳躍等操作。智能家居用戶可以通過腦機交互技術(shù)控制家電設(shè)備。例如，控制家電設(shè)備的開關(guān)、音量，通過家電設(shè)備調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、光亮等。8.2.7多模態(tài)交互互補型等效型專業(yè)型并發(fā)型信息輸入方式互為補充，也就是說，用戶需使用兩種或多種輸入方式實現(xiàn)特定交互任務(wù)。完成特定交互任務(wù)時，兩種或多種輸入方式是等效的，即可以相互替代，且輸出結(jié)果相同。完成某一特定交互任務(wù)時只能采用指定的輸入方式，其他輸入方式不可替代。當(dāng)兩種或多種輸入方式在同一時間發(fā)出不同的指令時，它們是并發(fā)的。8.3融媒體基礎(chǔ)知識8.1人機交互模式8.2人機界面設(shè)計8.3.1人機界面與人機界面設(shè)計人機界面也稱為用戶界面（UserInterface，UI），簡稱“界面”。從字面上看，人機界面的意思是人與計算機（包括計算機化的系統(tǒng)、機器、設(shè)備）之間的接觸面，但實際上它包含了用戶與界面之間的交互關(guān)系，是指用戶與計算機之間通信的媒介。凡是存在人機信息交換的領(lǐng)域都存在著人機界面。1．人機界面硬件界面軟件界面8.3.1人機界面與人機界面設(shè)計1．人機界面8.3.1人機界面與人機界面設(shè)計2．人機界面設(shè)計人機界面設(shè)計不是單純的美術(shù)繪畫，它需要通過協(xié)調(diào)界面上各個組成部分和它們之間的操作邏輯，優(yōu)化和簡化用戶與計算機系統(tǒng)交流的過程和步驟，在滿足用戶需求前提下，提高用戶使用計算機的效率，它是系統(tǒng)性的、科學(xué)性的藝術(shù)設(shè)計。人機界面設(shè)計就是軟件產(chǎn)品的“框架”和“外形”設(shè)計，是設(shè)計軟件界面的顏色、文字、圖標(biāo)、按鈕、菜單等元素，使用戶能夠更加方便、快捷、舒適地使用產(chǎn)品。人機界面設(shè)計即UI設(shè)計，它是指通過一定的手段對用戶界面有目標(biāo)和計劃的一種創(chuàng)作活動，其目的是使用戶能夠方便高效地操作計算機系統(tǒng)以達成信息雙向交互。移動界面設(shè)計網(wǎng)頁界面設(shè)計窗口界面設(shè)計8.3.2人機界面設(shè)計的原則易學(xué)性易用性容錯性可訪問性反饋性一致性易記性可定制性8.3.3人機界面設(shè)計的流程1．用戶需求分析階段使用者使用環(huán)境使用方式明確什么人用（用戶的年齡、性別、愛好、收入、教育程度等）在什么地方用（辦公室、家庭、廠房車間、公共場所等）如何用（鼠標(biāo)鍵盤、遙控器、觸摸屏等）以上任何一個因素發(fā)生改變，界面設(shè)計結(jié)果也應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整。同時，分析市場上類似的產(chǎn)品和產(chǎn)品用戶群體，對界面設(shè)計也有借鑒意義。8.3.3人機界面設(shè)計的流程2．信息架構(gòu)設(shè)計階段完成用戶需求分析后，便進入信息架構(gòu)設(shè)計階段，即根據(jù)用戶需求，設(shè)計人機界面的信息結(jié)構(gòu)、組織方式和內(nèi)容布局。信息架構(gòu)設(shè)計就是搭建界面設(shè)計的框架，考慮將“導(dǎo)航欄”、“菜單欄”“工具欄”、“功能面板”等組成部分分別置于界面的哪些位置，占用界面空間的大小是多少等。8.3.3人機界面設(shè)計的流程3．視覺設(shè)計階段完成信息架構(gòu)設(shè)計后，接下來可進行視覺設(shè)計，也就是在信息架構(gòu)基礎(chǔ)上填充視覺元素，包括設(shè)計人機界面的顏色、字體、圖標(biāo)、圖像和其他視覺元素，以提高界面美觀度和用戶體驗。8.3.3人機界面設(shè)計的流程4．交互設(shè)計階段完成信息架構(gòu)設(shè)計和視覺設(shè)計后，可開始設(shè)計人機界面的交互方式，包括如何讓用戶與系統(tǒng)互動，如何反饋用戶輸入與操作結(jié)果等。信息架構(gòu)設(shè)計、視覺設(shè)計和交互設(shè)計可以統(tǒng)歸于方案設(shè)計階段，在設(shè)計人機界面時可預(yù)備多個設(shè)計方案，以便經(jīng)過測試與評估階段后選擇最終的方案。8.3.3人機界面設(shè)計的流程5．測試與評估階段6．改進階段檢驗界面設(shè)計的好壞不取決于設(shè)計師或項目負(fù)責(zé)人的評價，而是用戶的感受和評價，更適合用戶的就是好的。同時，界面設(shè)計是一個不斷發(fā)展和改進的過程，需要不斷聽取用戶的反饋和意見，并進行改進和優(yōu)化，最終設(shè)計出令用戶滿意的高實用性產(chǎn)品。完成設(shè)計后，需要測試和評估產(chǎn)品，以檢查人機界面的性能、可用性和可靠性，確保能夠滿足用戶需求和適配使用場景。現(xiàn)代

編著新技術(shù)數(shù)字祝學(xué)習(xí)進步?。?shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論現(xiàn)代

編著新技術(shù)數(shù)字第9章虛擬現(xiàn)實技術(shù)數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論9.1虛擬現(xiàn)實概述9.2虛擬現(xiàn)實的設(shè)備9.3虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)9.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用9.1.1虛擬現(xiàn)實的特征想象性多感知性是指虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠提供很多感知方式，如視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等等。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所實現(xiàn)的感知功能主要是視覺、聽覺、觸覺和運動感知。沉浸性所謂沉浸性，就是讓用戶全神貫注融入虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)造的虛擬環(huán)境中，使其在心理上感受到自己是這個虛擬環(huán)境中的一部分，感覺如同進入真實世界。用戶心理上沉浸的程度和滿足程度取決于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展程度。多感知性想象性也稱構(gòu)想性，一方面，虛擬環(huán)境是開發(fā)者想象出來的，這種想象力也體現(xiàn)出了開發(fā)者的思想；另一方面，使用者在虛擬環(huán)境中與周圍物體進行互動，可以拓寬認(rèn)知范圍，創(chuàng)造客觀世界不存在的場景。交互性交互性是指用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度，用戶進入虛擬空間，相應(yīng)的技術(shù)讓用戶跟環(huán)境產(chǎn)生交互，用戶可以直接觀察、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，并且當(dāng)用戶進行某種操作時，周圍的環(huán)境也會做出某種反應(yīng)。9.1.2虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史1．蘊涵虛擬現(xiàn)實技術(shù)思想的階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)究其根本是對生物在自然環(huán)境中的感官和動作等行為的一種模擬交互技術(shù)，它與仿真技術(shù)息息相關(guān)。中國春秋戰(zhàn)國時期發(fā)明的風(fēng)箏，就是模擬飛行動物和人之間互動的場景，風(fēng)箏的擬真、擬聲、互動的行為是仿真技術(shù)在中國的早期應(yīng)用，它也被普遍認(rèn)為是世界上最早的飛行器。1929年，埃德溫·林克（EdwinLink）設(shè)計出了世界上第一臺商業(yè)化機械式的飛行模擬器——“林克訓(xùn)練器”，讓操作者能有乘坐真正飛機的感覺，主要用于飛機駕駛員的飛行訓(xùn)練。1956年，莫頓·海里格（MortonHeilig）利用他多年的電影拍攝經(jīng)驗開發(fā)出多通道仿真體驗機器“Sensorama”，這臺機器結(jié)合多種技術(shù)可以使用戶沉浸在人造的視覺效果、聲音、氣味和振動中。林克訓(xùn)練器Sensorama9.1.2虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史2．虛擬現(xiàn)實技術(shù)的萌芽階段1965年，“計算機圖形學(xué)之父”伊凡·薩瑟蘭（IvanSutherland）發(fā)表論文《TheUltimateDisplay(終極的顯示)》，提出利用頭戴式設(shè)備構(gòu)建一個逼真的三維虛擬世界，用戶可以直接操作和感知虛擬物體，這篇文章被認(rèn)為是研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開端。之后，伊凡·薩瑟蘭在1968主持設(shè)計和開發(fā)了計算機圖形驅(qū)動的頭盔式立體顯示器和頭部運動跟蹤系統(tǒng)，如圖9-3所示，當(dāng)用戶的頭部運動時，顯示器的顯示畫面隨之改變，以匹配用戶視角的變化，該系統(tǒng)在用戶界面和視覺真實感方面都很原始，構(gòu)成虛擬環(huán)境的圖形是簡單的線框模型，同時頭盔顯示器很重，以至于不得不懸掛在天花板上。伊凡·薩瑟蘭開發(fā)的頭戴式顯示系統(tǒng)在當(dāng)時是超前的技術(shù)應(yīng)用，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展史上一個重要的里程碑，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本思想產(chǎn)生和理論發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。9.1.2虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史3．虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段20世紀(jì)70年代中期，邁倫·克魯格（MyronKrueger）提出了“人工現(xiàn)實”（ArtificialReality）的概念，并設(shè)計開發(fā)了名為Videoplace的“并非存在的一種概念化環(huán)境”，提供了一種全新的交互體驗。20世紀(jì)80年代中期，美國航空航天局（NASA）埃姆斯研究中心的研究人員開發(fā)了用于探測火星的虛擬環(huán)境視覺顯示器“VIVED”。虛擬環(huán)境視覺顯示器“VIVED”在與美國航空航天局合作的過程中，杰倫·拉尼爾（JaronLanier）等人創(chuàng)辦了VPL公司，開創(chuàng)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)從軍用轉(zhuǎn)向民用的新時代。在20世紀(jì)80年代末，VPL公司推出了市場上第一款民用虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品“EyePhone”，同時VPL公司的創(chuàng)始人杰倫·拉尼爾首次提出“虛擬現(xiàn)實”（VirtualReality，VR）的概念，意指“計算機產(chǎn)生的三維交互環(huán)境，在使用中用戶是“投入”到這個環(huán)境中去的”。9.1.2虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史4．虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論的完善和應(yīng)用階段OculusRift早期模型20世紀(jì)90年代開始，虛擬現(xiàn)實技術(shù)從研究型階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用型階段，逐漸為各界所關(guān)注，并在商業(yè)領(lǐng)域得到了進一步的發(fā)展。其中，具有代表性的VR產(chǎn)品是1995年任天堂公司推出的首個可顯示三維圖形的便攜頭戴式游戲機“VirtualBoy”。01022012年，“虛擬電影工作室”O(jiān)culus登陸眾籌網(wǎng)站kickstarter發(fā)布OculusRift項目（OculusRift是一款為電子游戲設(shè)計的頭戴式顯示器雖沒能成功集資，但獲得了1600萬美元的風(fēng)險投資，完成了首輪資本累積。兩年后，Oculus被Facebook花費20億美元收購。這次高調(diào)收購事件使蟄伏十幾年的虛擬現(xiàn)實再次成為業(yè)界焦點。Oculus的成功，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)重新回歸大眾視野。VirtualBoy游戲機之后，越來越多的公司加入研發(fā)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的陣列，更多的VR產(chǎn)品涌現(xiàn)出來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)突破性的發(fā)展，技術(shù)理論日趨成熟，并在各個行業(yè)大放異彩。039.1.3虛擬現(xiàn)實的發(fā)展趨勢2．?dāng)?shù)字媒體產(chǎn)品成本下降、應(yīng)用更普及應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛互動體驗更真實多平臺化方向發(fā)展9.2虛擬現(xiàn)實概述9.1虛擬現(xiàn)實的設(shè)備9.3虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)9.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用9.2.1三維建模設(shè)備1．3D攝像機3D攝像機一般由兩個或多個鏡頭組成，兩個鏡頭間的距離和人的雙眼間距相近。當(dāng)物體在該攝像機區(qū)域內(nèi)時，通過不同鏡頭的間距和夾角記錄影像的變化，從而形成三維立體效果。3D攝像機又稱為立體攝像機，它是利用人眼的雙眼視差效應(yīng)拍攝景物的設(shè)備，可以通過獲取物體的形狀、大小、深度、色彩等信息生成類似人眼所見的、具有真實感的三維圖像。手持式3D攝像機的外觀圖肩扛式3D攝像機的外觀圖9.2.1三維建模設(shè)備2．3D掃描儀接觸式3D掃描儀通過探針接觸物體表面，進而獲得物體觸碰點的位置坐標(biāo)，然后進行建模，如三維坐標(biāo)測量機（CoordinateMeasuringMachine，CMM）即典型的接觸式3D掃描儀。由于接觸式3D掃描儀需要一點一點接觸物體所有表面，所以模型精度極高，但是它的體積較大、成本較高、掃描耗時長，而且其在掃描過程中必須接觸物體，物體可能遭到損壞。（1）接觸式3D掃描儀9.2.1三維建模設(shè)備2．3D掃描儀（2）非接觸式3D掃描儀主動掃描主動掃描方式即向物體表面投射激光光源，通過測量激光束從物體反彈并返回所需的時間，來測算物體與儀器之間的距離，從而構(gòu)建物體的空間坐標(biāo)信息。被動掃描被動掃描方式即利用光線感應(yīng)器來捕捉物體表面的自然光，從而構(gòu)建物體的空間坐標(biāo)信息，然后進行建模。9.2.2立體顯示設(shè)備頭戴式顯示器（HeadMountedDisplay，HMD）簡稱“頭顯”或“VR頭顯”，可將人對外界的視覺、聽覺封閉，并引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的感覺，因其外觀像眼鏡，人們又習(xí)慣性稱其為“VR眼鏡”。頭顯通常安裝在用戶頭部，配有位置跟蹤器，可以實時檢測出頭部的位置，能在屏幕上顯示出反映當(dāng)前位置的場景圖像。頭顯由左右兩個屏幕分別向用戶的左右眼提供圖像，利用人眼的雙眼視差效應(yīng)，用戶可以觀看到三維立體圖像。立體顯示設(shè)備是指用于顯示三維視覺效果的輸出設(shè)備?，F(xiàn)階段主要的立體顯示設(shè)備是頭戴式顯示器。9.2.2立體顯示設(shè)備1．移動端頭顯人們一般將移動端頭顯稱為“VR眼鏡盒”或“VR眼鏡盒子”。它以手機為運算、顯示和儲存設(shè)備，用戶在使用該類設(shè)備時，需要將手機嵌入設(shè)備中，即將手機放入設(shè)備的“盒子”組件中，然后通過設(shè)備的鏡頭觀看手機的播放內(nèi)容，以獲得三維圖像效果。把手機嵌入VR眼鏡盒VR眼鏡盒三星GearVR蘋果ViewMaster谷歌Homido暴風(fēng)魔鏡千幻墨鏡9.2.2立體顯示設(shè)備2．外接式頭顯自帶顯示屏幕，但需要使用線纜或采用無線方式（如WIFI、藍牙）連接計算機或手機使用，將計算機或手機作為它的計算單元，由計算機或手機進行數(shù)據(jù)運算與傳輸，驅(qū)動頭顯生成三維立體圖像。外接式頭顯的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，功能較強大，搭配豐富的遙控套件，可以為用戶提供更具真實感、沉浸感的虛擬環(huán)境。9.2.2立體顯示設(shè)備3．一體式頭顯一體式頭顯即指VR一體機，其外觀與外接式頭顯并無差別，它內(nèi)置處理器和存儲器，集成顯示、交互、計算等功能于一體的頭顯，使用時無需外接計算機或手機。VR一體機具有便攜性、移動性的特點，同時價格適中，一般高于VR眼鏡盒、低于外接式頭顯，是目前國內(nèi)市場很流行的VR產(chǎn)品。9.2.3交互設(shè)備1．VR手柄VR手柄上有若干按鍵，分別用于控制設(shè)備連接、方向遙感、翻頁等操作，可基本滿足用戶各種操作，同時VR手柄前端配置有定位環(huán)，可以識別用戶的手勢和動作順序，用戶可以“真實地”參與游戲，并且更加自然地和游戲世界互動。9.2.3交互設(shè)備2．?dāng)?shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套通過與VR系統(tǒng)連接運用手套上的彎曲、扭曲傳感器實時記錄并模擬手部動作，讓使用者通過頭顯觀察虛擬環(huán)境的同時，通過手部動作實現(xiàn)與虛擬物體的真實互動，它就像一雙虛擬的手一樣，可在虛擬場景中進行物體的抓取、移動、旋轉(zhuǎn)、裝配等動作。通過數(shù)據(jù)手套與力覺反饋裝置搭配，還可以將虛擬物體的大小和材質(zhì)信息實時反饋給用戶，讓用戶可以像握住真實物體一樣充分感受到虛擬物體的質(zhì)感、大小和接觸物體時的觸感。9.2.3交互設(shè)備4．VR跑步機VR跑步機又稱VR萬向跑步機，是一種新興的自由移動設(shè)備。它的專業(yè)稱謂是萬向行動平臺（Omni-directionalTreadmill，ODT），可實現(xiàn)360°的自由運動。在使用時，用戶站在VR跑步機底部的平臺上，通常除了戴上頭顯設(shè)備外，還要穿上專用的鞋子并綁上安全帶（或用設(shè)備組件固定用戶活動區(qū)域）。VR跑步機的出現(xiàn)可以解決用戶在狹小的室內(nèi)空間進行走、跑、跳、轉(zhuǎn)身、下蹲等運動。9.3虛擬現(xiàn)實概述9.1虛擬現(xiàn)實的設(shè)備9.2虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)9.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用9.3.1三維建模技術(shù)1．軟件建模使用三維建模軟件建造虛擬環(huán)境或物體時，既可以通過建模軟件的固有功能生成，也可以通過網(wǎng)格變形功能或手動創(chuàng)建。創(chuàng)建模型，添加設(shè)置材質(zhì)、燈光、顏色效果后，可以將模型渲染輸出為高質(zhì)量的、更具真實感的三維場景模型。三維建模軟件：3dMax、SketchUp、AutoCAD、Maya、Cinema4D、Modo、CATIA……9.3.1三維建模技術(shù)1．軟件建模使用Maya創(chuàng)建三維建模的場景三維模型渲染輸出后的效果示意圖9.3.1三維建模技術(shù)2．三維建模設(shè)備輔助建模3D掃描儀掃描得到的是三維數(shù)字模型，適宜于對小范圍內(nèi)的場景或單個物體進行靜態(tài)的三維建模，通過3D掃描儀掃描獲取場景或物體的三維數(shù)字模型后，利用專業(yè)三維建模軟件，進一步完成對場景或物體的三維構(gòu)建。3D攝像機拍攝3D攝像機拍攝獲取的是瞬間的圖像信息或動態(tài)的影像信息，適宜于捕捉大范圍內(nèi)的動態(tài)影像，通過3D攝像機拍攝獲取場景和物體的數(shù)據(jù)后，可進行圖像處理如增強圖像，然后利用三維建模軟件進一步分析原始數(shù)據(jù)，完成三維模型構(gòu)建工作。9.3.2實時三維圖形繪制技術(shù)1．基于圖形的實時繪制技術(shù)場景分塊在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中不管用戶的視角在哪個位置，該視角方向上都只能看到一定范圍的場景。如果將整個場景導(dǎo)出，計算機系統(tǒng)會實時渲染整個場景的模型?？梢娦蕴蕹谟脩舻囊朁c和視角方向，決定場景中哪些物體的表面是可見的，哪些物體的表面是被遮擋而不可見的。使計算機系統(tǒng)只顯示用戶當(dāng)前能“看見”的場景，以提高三維圖形的實時繪制速度。多細節(jié)層次根據(jù)物體模型在虛擬環(huán)境中所處的位置和重要度，決定物體渲染的資源分配，降低非重要物體的渲染程度，這樣可以簡化模型中微小，不重要的部分和遠端的場景，從而獲得高效率的渲染運算，以提高三維圖形的實時繪制速度，但要保證場景內(nèi)容不會嚴(yán)重失真。0102039.3.2實時三維圖形繪制技術(shù)2．基于圖像的實時繪制技術(shù)以攝像機拍攝的實景圖像為樣本，利用圖像處理技術(shù)和計算機視覺計算的方法，直接構(gòu)建三維虛擬場景。采用這種方式，不用像基于圖形實時繪制那樣經(jīng)歷繁瑣的建模和繪制過程，拍攝的圖像也可以保留場景的真實度，方便添加特殊視覺效果，但是圖像集成的豐富信息可能導(dǎo)致模型加載速度變慢，同時缺乏像圖形三維建模那樣從無到有構(gòu)建場景的能力。先利用基于圖像的繪制方法構(gòu)建逼真的場景效果，再利用基于圖形的繪制方法構(gòu)建與用戶產(chǎn)生交互的物體模型，這樣集合了兩者的優(yōu)點，可提高實時性和交互性，但技術(shù)實現(xiàn)較困難。方式一方式二9.3.3三維虛擬聲音技術(shù)1．三維虛擬聲音概念與作用VS立體聲雖然有左右聲道之分，但就聲音效果而言，立體聲來自聽者面前的某個平面三維虛擬聲音則是來自圍繞聽者雙耳的一個球形空間中的任何地方，即聲音出現(xiàn)在聽者頭部的上方、后方或前方。立體聲音三維虛擬聲音在虛擬世界中的能使用戶準(zhǔn)確地判斷出聲源的精確位置、符合人們在現(xiàn)實環(huán)境中聽覺系統(tǒng)的聲音稱為三維虛擬聲音。9.3.3三維虛擬聲音技術(shù)2．三維虛擬聲音的關(guān)鍵技術(shù)（1）基于對象的音頻技術(shù)基于對象的音頻技術(shù)是創(chuàng)建三維虛擬聲音的理論基礎(chǔ)，它允許將聲音視為可以定位在三維空間中的單個對象。這種把摸不著看不見的聲音“實體化”的處理方法，使音響工程師能夠利用各種方法分析聲音對象的聲學(xué)特性，模擬來自不同方向和距離的聲音，以響應(yīng)環(huán)境的變化，創(chuàng)建出更準(zhǔn)確和逼真的聲音效果。9.3.3三維虛擬聲音技術(shù)2．三維虛擬聲音的關(guān)鍵技術(shù)（2）聲音定位技術(shù)聲音定位技術(shù)是創(chuàng)建三維虛擬聲音的核心技術(shù)，它使VR系統(tǒng)可以利用頭部追蹤技術(shù)確定用戶的頭部方向和位置，然后根據(jù)頭部的位置和方向定位聲音在空間中的方向和位置，最終通過耳機等聲音輸出設(shè)備將三維虛擬聲音傳送到用戶的耳朵中。這樣，用戶就可以聽到來自不同方向的聲音，并且可以判斷聲源的距離和空間位置。0102目前大多數(shù)聲音定位技術(shù)的實現(xiàn)都基于頭部相關(guān)傳輸函數(shù)（HeadRelatedTransferFunctions，HRTF）。人的頭部、肩頸、軀干會對來自不同方向的聲音產(chǎn)生不同的作用，形成反射、遮擋或衍射。尤其是外耳，通過耳廓上不同的褶皺結(jié)構(gòu)，對來自不同方向的聲音產(chǎn)生不同的反射或遮擋，形成不同的濾波效果，大腦可通過這些不同的濾波效果判斷聲源的方向和位置，頭部相關(guān)傳輸函數(shù)就是基于此所建立的一種數(shù)學(xué)模型，它為聲音定位提供了運算方法，它描述聲波從聲源傳播到耳道時的轉(zhuǎn)換原理和過程。9.3.4立體顯示和傳感器技術(shù)1．立體顯示技術(shù)立體顯示技術(shù)就是利用一系列光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差，從而在同一場景觀看到兩幅略有不同的影像，在大腦中形成立體效果的技術(shù)?，F(xiàn)階段主要的立體顯示設(shè)備是頭顯，因此，與虛擬現(xiàn)實密切相關(guān)的立體顯示技術(shù)是頭顯顯示技術(shù)。頭顯顯示技術(shù)采用了特殊的透鏡設(shè)計，讓影像透過棱鏡反射之后，進入人的雙眼并在視網(wǎng)膜中成像，使用戶能夠看到更廣闊的視野，營造出在近距離看超大屏幕的效果。9.3.4立體顯示和傳感器技術(shù)1．立體顯示技術(shù)外接式頭顯和一體式頭顯對于自帶屏幕的外接式頭顯和一體式頭顯（VR一體機），通常擁有兩個顯示屏，每個屏幕對著一只眼睛，兩個顯示屏由計算機分別驅(qū)動顯示不同的內(nèi)容，這樣向兩只眼睛提供不同的圖像就形成了雙眼視差，再通過人的大腦將兩個圖像融合以獲得深度感知，從而得到立體效果。移動端頭顯（VR眼鏡盒）移動端頭顯（VR眼鏡盒）通常它沒有內(nèi)置顯示屏，需要嵌入手機觀看手機內(nèi)容，而手機屏幕只有一個，為了得到立體效果，一般是將手機屏幕分屏，屏幕左右的圖像同步且各自獨立分開分別顯示左右眼的圖像，然后通過移動端頭顯的兩個鏡片觀看獲得立體視覺效果。9.3.4立體顯示和傳感器技術(shù)2．傳感器技術(shù)（1）傳感器的類型磁感應(yīng)傳感器也叫磁力計，是用于測試磁場強度和方向的一類傳感器，可以測量出當(dāng)前設(shè)備與東南西北四個方向上的夾角，以定位設(shè)備的方位。磁力計常被集成到加速度傳感器中。加速度傳感器也叫加速度計，可通過測量物體在加速過程中作用在物體上的力，測量物體加速度。通過測量加速度，可以計算和分析物體相對于水平面的傾斜角度和移動的方式等。角速度傳感器也叫陀螺儀，它的工作原理是通過測量三維坐標(biāo)系內(nèi)陀螺轉(zhuǎn)子的垂直軸與設(shè)備之間的夾角，并計算角速度，通過夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態(tài)。光敏傳感器是對外界光信號或光輻射有響應(yīng)或轉(zhuǎn)換功能的一類傳感器，可用于測量物體運動狀態(tài)。力覺傳感器通過檢測彈性體變形來間接測量所受力。力覺傳感器的應(yīng)用原理是計算機通過力反饋系統(tǒng)對用戶的手、腕、臂等運動產(chǎn)生阻力，從而使用戶感受到作用力的方向和大小，使用戶產(chǎn)生觸覺感和力反饋感。磁感應(yīng)傳感器加速度傳感器角速度傳感器光敏傳感器力覺傳感器9.3.4立體顯示和傳感器技術(shù)2．傳感器技術(shù)（2）傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨力重復(fù)性穩(wěn)定性動態(tài)范圍采樣頻率靈敏度9.3.5系統(tǒng)集成技術(shù)硬件系統(tǒng)集成虛擬現(xiàn)實的硬件系統(tǒng)以高性能計算機為核心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以頭顯為核心的視覺系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等交互設(shè)備為主體信息反饋系統(tǒng)等系統(tǒng)構(gòu)成。它們之間通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各個分離的設(shè)備集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使資源達到充分共享，實現(xiàn)集中、高效、便利的管理。應(yīng)用軟件集成應(yīng)用系統(tǒng)集成是系統(tǒng)集成的核心，它以系統(tǒng)的高度為