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、特征與發(fā)展歷程技術(shù)實現(xiàn)空間定位的實現(xiàn)

應(yīng)用與展望4123提綱目錄虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實的特征浸沒感（Immersion）

又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。

虛擬現(xiàn)實的特征交互性（Interactivity）

指用戶對模擬環(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（包括實時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

虛擬現(xiàn)實的特征構(gòu)想性（Imagination）

強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

由于浸沒感、交互性和構(gòu)想性三個特性的英文單詞的第一個字母均為I，所以這三個特性又通常被統(tǒng)稱為3I特性。發(fā)展歷史1961年，MortonHeilig的設(shè)想----體驗劇場（Sensorama），以布魯克林街道為背景，模擬漫步的感受----先驅(qū)者1965年，計算圖形學(xué)之父IvanSutherlang發(fā)表論文“終極的顯示”，提出“應(yīng)將計算的顯示屏進化為觀看虛擬世界的窗口”次年，他開始研制第一個頭盔顯示器，1970年，在猶他大學(xué)成功演示了它的功能。其他成就：用計算機生成的圖形代替了攝制圖像，并開始設(shè)計場景生成器----圖形加速卡。

發(fā)展歷史70-80年代，美國軍方投巨資研究“飛行頭盔”和其他軍用仿真器，成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的主要推動力。1981年，美國國家航空和宇宙航行局（NASA）制作了當時最先進的液晶顯示器頭盔。80年代中期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier發(fā)明了數(shù)據(jù)手套。1989年組建VPLResearch公司同年JaronLanier在文章中正式使用虛擬現(xiàn)實這一術(shù)語。

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件------跟蹤設(shè)備1.電磁波跟蹤器 此類跟蹤器利用小型天線發(fā)出的磁場，由多個接收天線接收信號并通過計算得到三維的位置坐標和方向。2.超聲波跟蹤器 超聲波跟蹤器發(fā)出高頻超聲波脈沖，由裝在天花板上的三個接收器接收信號，通過延遲即可計算距離。3.機械跟蹤器 機械跟蹤器通過精密的機械框架和連接來測量指定點的位置和指向。4.慣性跟蹤器 慣性跟蹤器采用機械方法，利用小型陀螺儀測量傾角、偏角和轉(zhuǎn)角。虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實系系統(tǒng)統(tǒng)的的硬硬件件------跟蹤蹤設(shè)設(shè)備備5.光學(xué)學(xué)跟跟蹤蹤器器光學(xué)學(xué)跟跟蹤蹤器器是是一一種種紅紅外外跟跟蹤蹤器器。。它它利利用用攝攝像像機機獲獲取取圖圖像像，，通通過過立立體體視視覺覺計計算算確確定定目目標標位位置置，，并并通通過過觀觀測測多多個個參參照照點點來來確確定定目目標標的的表表面面指指向向。。6.圖像像提提取取跟跟蹤蹤器器圖像像提提取取跟跟蹤蹤器器是是一一種種計計算算密密度度最最高高的的跟跟蹤蹤器器。。它它是是最最易易于于使使用用但但又又最最難難開開發(fā)發(fā)的的跟跟蹤蹤器器。。一一臺臺(組)視頻頻攝攝像像機機拍拍攝攝人人及及其其動動作作，，然然后后由由圖圖像像處處理理技技術(shù)術(shù)來來確確定定人人的的位位置置及及動動作作。。虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實系系統(tǒng)統(tǒng)的的硬硬件件------數(shù)據(jù)據(jù)手手套套1.力學(xué)學(xué)反反饋饋手手套套力學(xué)學(xué)反反饋饋手手套套是是在在計計算算機機的的控控制制下下，，通通過過對對手手指指的的運運動動產(chǎn)產(chǎn)生生阻阻尼尼，，從從而而使使用用戶戶的的手手產(chǎn)產(chǎn)生生力力感感。。阻阻尼尼的的大大小小由由被被抓抓物物體體的的物物理理屬屬性性決決定定。。力學(xué)學(xué)反反饋饋手手套套技技術(shù)術(shù)提提供供給給用用戶戶一一種種虛虛擬擬手手控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)，，使使用用戶戶可可以以選選擇擇或或操操縱縱機機器器子子系系統(tǒng)統(tǒng)并并能能自自然然感感覺覺到到觸觸覺覺和和力力量量模模擬擬反反饋饋。。2.壓力力反反饋饋系系統(tǒng)統(tǒng)當一一個個虛虛擬擬物物被被用用戶戶抓抓取取時時，，一一些些虛虛擬擬環(huán)環(huán)境境系系統(tǒng)統(tǒng)要要求求真真正正的的壓壓力力反反饋饋，，來來防防止止手手穿穿過過固固體體。。壓壓力力反反饋饋系系統(tǒng)統(tǒng)是是把把壓壓力力加加到到操操縱縱者者手手上上，，從從而而使使人人能能夠夠根根據(jù)據(jù)運運動動及及壓壓力力的的感感受受情情況況進進行行控控制制。。虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實系系統(tǒng)統(tǒng)的的硬硬件件------數(shù)據(jù)據(jù)手手套套3.表面面壓壓力力反反饋饋裝裝置置表面面顯顯示示的的概概念念是是把把虛虛擬擬物物體體本本身身的的表表面面提提供供給給用用戶戶的的一一個個思思想想，，而而不不是是力力的的感感知知或或與與虛虛擬擬物物體體的的接接觸觸而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的觸觸覺覺。。在在虛虛擬擬環(huán)環(huán)境境的的實實現(xiàn)現(xiàn)中中，，存存在在于于現(xiàn)現(xiàn)實實世世界界中中的的用用戶戶和和在在計計算算機機中中定定義義的的虛虛擬擬物物體體之之間間的的交交互互作作用用不不得得不不通通過過一一個個力力反反饋饋設(shè)設(shè)備備調(diào)調(diào)解解。。目目前前這這類類表表面面壓壓力力反反饋饋裝裝置置包包括括：：點點陣陣式式表表面面壓壓力力反反饋饋裝裝置置和和SPICE觸覺覺接接口口。。虛擬擬現(xiàn)現(xiàn)實實系系統(tǒng)統(tǒng)的的硬硬件件------數(shù)據(jù)據(jù)手手套套力覺覺反反饋饋數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)手手套套結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意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?、自自己、空空間和時時間的看看法。它它是一項項發(fā)展中中的、具具有深遠遠的潛在在應(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