虚拟现实基础与VRML编程_2.pptVIP

江西农业大学 计算机与信息工程学院 虚拟现实基础与VRML基础 授课教师：赵应丁 E-Mail:zhaoyingding@163.com 第二讲 虚拟现实硬件设备及技术 1.虚拟现实立体显示技术与设备 2.虚拟现实空间声技术 3.虚拟现实跟踪技术 4.虚拟现实触觉反馈原理 5.虚拟现实交互设备 6.数据衣服 1.虚拟现实立体显示技术与设备 人类左右双眼之间的距离大约是65mm，两只眼睛所看到的立体空间的影像略有差别，这个随空间深度而变化的差别称为双眼视差，正是这个视差为人类提供了空间除平面信息之外的第三维信息，也正是人眼的立体视觉机制所在。 1.1 立体显示原理 平面立体图产生的基本原理是通过对图片深度信息的恢复来实现的。由于一般的二维照片仅保存了部分三维信息，这是信息是通过图像的灰度变化存储的。因此，在人眼的视觉系统中，平面立体图只能获得有限深度信息的恢复。 三维立体图形形成的基本原理是通过让人类左右眼分别接收各自的图像，该图像是对同一场景产生两幅分别对应于左右双眼的不同图像，由于两者具有一定的视差，因而保存了完整的深度立体信息。通过人眼后可以完美地恢复三维立体信息。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 三维立体图像的显示方法： 同时显示左右两幅图像，该技术称之为”同时显示技术”(Time-Paralle)；同时显示技术对两幅图像采用不同的光波长显示，用户需要使用特殊的眼睛，眼睛片则分别配以不同波长的滤波片，使双眼只能看到各自的图像。 以一定频率交替显示两幅图像，该技术称之为”分时显示技术”(Time-Multiplex)。分时显示技术需要生成关于同一场景的立体图像时，然后再将左右眼图像以一定的频率交替扫描在显示屏上；由于人眼的视觉暂留现象，感觉上是同时显示在屏幕上。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 2.台式立体显示装置 台式立体显示装置由立体显示器和立体眼睛组成。 立体显示器有两种工作方式，即标准方式和立体方式。工作在立体方式时，显示器屏幕以一定频率交替显示按立体显示原理生成的左右眼视图，用户需佩戴立体眼睛，使左右眼只能看到屏幕上显示的、对应的左眼视图或右眼视图，从而最终在人眼视觉系统中形成立体影像。 现有两类立体眼睛：有源眼睛，用以构成主动系统(Active System);无源眼睛，用以构成被动系统(Passive System)。 有源立体眼镜的镜框上装有电池及液晶调制器控制的镜片。 无源立体眼镜是根据光学偏振原理设计而成的。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 3.三维显示器 边光显示器：它是将光源从显示器的下面向上发射，通过显示器内部结构的反射与折射，使用户看到立体影像。 还有一种被称之为”透视棱镜”的技术，它是将一层特殊镜面附着在普通的显示屏之前，左右眼分别透过不同镜面观看三维影像。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 4.头盔式立体显示装置 头盔式显示器，顾名思义是安装在头盔上的显示装置，而头盔显示器整体上戴在头部，并采用机械方向固定。当头部运动时，头盔显示器随头部运动而运动，但头盔和头部之间则不产生任何相对运动。头盔上装有位置跟踪器，位置跟踪器实时测量头部的空间位置和朝向，并输入计算机。计算机则根据这些数据生成反映当前位置和朝向的场景图并显示在头盔显示器的屏幕上。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 5.洞穴式立体显示装置 事实上，CAVE是一种由多投影显示屏包围而成的一个像小房子的立体显示装置，是最具沉浸感的虚拟现实立体显示设备。 CAVE中，可以有多个观察者同时分享虚拟现实带来的神奇感受。 CAVE装置的优势在于可以向多用户提供高质量的虚拟环境(大视角、立体、全景式)并允许多人进行交互，这将有助于研究人员更有效和快速地分析并揭示所从事的科学研究的内在规律。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 6.响应工作台式立体显示装置 响应式工作台是一种非沉浸式、支持多用户协同工作的立体显示装置。 响应式工作台为一台式装置，硬件由投影机、一面大的反射镜和一块既做桌面又做显示屏的特种玻璃组成。 允许多用户同时观察虚拟境界；但立体视图只能受控于一位观察者的视点位置和视线方向，其他观察者则通过各自的立体眼镜被动观察虚拟对象，因此响应工作台比较适合于教学，即教师、学生共同参与的工作模式。 1.虚拟现实立体显示技术与设备(续) 7.墙式立体显示装置 墙式立体显示装置的主要目的是为了使更多的观众可以共享虚拟现实带来的奇思妙想。技术上存在的问题： (1)性能指标。并非任何型号的投影显示器都适用于构建墙式立体显示装置，主要的性能指标是要求提供较高的刷新频率(刷新频率大于120Hz)。投影显示器一般由发光器件和液晶光阀组成。发光器件可以是阴极射线管CRT或液晶显示器LCD。 (2)主动及被动系统。立体显示系统有主动系统