虚拟现实与VRML－第二章 虚拟现实的接口设备.ppt

虚拟现实与VRML 第二章 虚拟现实的接口设备 第一节　位姿传感器 2、各种位姿跟踪器的比较如下 第二节　视觉显示 1、 视觉显示概述 　理想的视觉显示与日常经历中的场景对比，在质量、修改率和范围方面应该是无法区分的。但是当前的技术还不支持这种高真实度的视觉显示，而且也不清楚是否多数应用要求这种高真实度。对任何给定的应用，必须认真评价各种显示特性的重要性，这包括视觉特性（视场、分辨率、亮度、对比和彩色），人类工程学，安全，可靠和价格。视觉显示的基本要求是提供立体视觉。 下图表示，立体视觉的基本原理。图中表示两眼光轴平行的情况，相当于两眼注视远处。内瞳距（IPD）是两眼瞳孔之间的距离。两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的原因。F是距离人眼较近的物体B上的一个固定点。右面的两眼的视图说明，F点在视图中的位置不同。这种不同就是立体视差。人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感。这就是人类的立体视觉，由此获得环境的三维信息。 人眼的另一种工作方式是注视近处的固定点F。这时两眼的光轴都通过点F。两个光轴的交角就是图中的会聚角。因为两眼的光轴都通过点F，所以F点在两个视图中都在中心点。这时，与F相比距离人眼更远或更近的其他点，会存在视差。人眼也可以利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感。 2、 视觉显示的显示表面 对虚拟现实（VR），最常用的技术成熟的显示类型是阴极射线管（CRT）和背光液晶显示（LCD）。虽然这些技术对近期的虚拟现实应用是很有用的，但几个缺点却妨碍其长期的发展。 　（1）CRT类显示 　（2）LCD类显示 在普通的屏幕显示中，受控的光线或光发射元素组成高密集的阵列，这个阵列投影到各个象素。但在VRD的显示中，不存在其他屏幕，象素流直接投影到视网膜。VRD中不具备象素持续性质，只有视网膜上光接受器的光收集特性。因此，在VRD提供的光线和人脑产生的图像质量之间的关系，就是很重要的了。源图像直接进入驱动电子设备中，去调制红绿兰三色的光线。每个象素通过水平和垂直扫描器，在视网膜上产生光栅化的图像。视网膜没有持续性质，因此没有闪烁。产生的图像很亮，有很高的分辨率，有很宽的视场。每个象素投影在视网膜上的时间很少，30-40ns。此外，该设备只消耗很少能量 VRD的主要指标如下： ①分辨率只取决于光源的衍射和像差， ②亮度可达很高和很低，所以对比度就很大， ③传统的显示器不会发出很强的光，所以很难在很亮的环境下看到，VRD的显示可以在很亮的环境下看到， ④CRT只能反射可见彩色光中的一部分，VRD发射高饱和的纯彩色光，其彩色逼真度极高， ⑤CRT未把电能有效地转成光能，VRD把所有产生的光线投在视网膜，所以允许很强的亮度和很小的能耗， ⑥VRD很容易改进性能， ⑦VRD提供通用的方法，适用于各类应用，有潜力降低价格， ⑧VRD包括很简单的子系统，将以低价格进行大批量生产。 3．VRD类显示 VRD的应用包括用于军事，头盔，移动电话，以及医学上 4．VLSI类显示 　　MIT AI实验室用硅VLSI芯片技术实现这种显示特征。比较液晶显示可达到的分辨率和基于硅技术的图像传感器商品的密度，就可以看到密度和性能的潜力。LCD最大分辨率约640×400，象素间距约330m，产生200mm×130mm的显示。硅传感器制造的分辨率为4000×4000象素，点距11m。更小的象素尺寸是可能印制的，但光密度要求用较大的象素区。当前技术下合适的方案是2000×2000图像显示，象素间距8m，产生16mm×16mm的显示 5．全息显示 　　计算机生成的立体图是三维场景的一系列二维视场的光学记录。最后的全息图投影每个二维图像在观看区域中，于是可以看到有水平视差的立体视场。可以产生全色高分辨率图像，以及大的宽视场全息图。然而，这是非实时图像技术，它要求离线记录。为产生全息图要求大量信息，因为必须产生每个视场（一般100到300个视场）。 　　计算生成的绕射模式,这种方法是复杂的，计算量大的。 　　直到最近，计算机生成的全息图还只是用于绘图或打印技术记录，用作为离线过程。但是一个新方法允许全息图像实时显示，由快速帧缓冲存储器显示。全息图信号可以实时扫描并发送，这个系统是MIT发明的全息录像 2．2．3 视觉显示的光学系统 VR应用有两类主要的视觉显示光学系统：头盔显示和非头盔显示。它们显示的图像直接联系到用户头部运动（用传感器测量头部位姿），或间接联系头部运动（用手柄等控制设备或语音输入）。 非头盔立体眼镜方式显示还不完善。如果不提供环绕的观看体积，就要求头部跟踪。计算机生成的图像必须被用户跟踪，显示表面必须伺服控制。最后，显示系统的体积重量大于头盔显示 切片堆积方法描绘一个照亮的体积，使物体是透明的，而被遮档的