虛擬現(xiàn)實(shí)的空間定位21

虛擬現(xiàn)實(shí)的空間定位09電信許羽東概念、特征與開展歷程技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間定位的實(shí)現(xiàn)運(yùn)用與展望4123提綱目錄虛擬現(xiàn)實(shí)的概念虛擬現(xiàn)實(shí)(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(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供運(yùn)用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓運(yùn)用者好像身歷其境普通，可以及時、沒有限制地察看三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該運(yùn)用戶難以分辨真假，運(yùn)用戶全身心地投入到計(jì)算機(jī)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、嘗起來等一切覺得都是真的，好像在現(xiàn)實(shí)世界中的覺得一樣。虛擬現(xiàn)實(shí)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)境得到反響的自然程度〔包括實(shí)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覺得，并可以覺得物體的分量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的挪動而挪動。虛擬現(xiàn)實(shí)的特征想象性〔Imagination〕強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)具有寬廣的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意想象客觀不存在的甚至是不能夠發(fā)生的環(huán)境。

由于浸沒感、交互性和想象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。開展歷史1961年，MortonHeilig的想象----體驗(yàn)劇場〔Sensorama〕，以布魯克林街道為背景，模擬散步的感受----先驅(qū)者1965年，計(jì)算圖形學(xué)之父IvanSutherlang發(fā)表論文“終極的顯示〞，提出“應(yīng)將計(jì)算的顯示屏進(jìn)化為觀看虛擬世界的窗口〞次年，他開場研制第一個頭盔顯示器，1970年，在猶他大學(xué)勝利演示了它的功能。其他成就：用計(jì)算機(jī)生成的圖形替代了攝制圖像，并開場設(shè)計(jì)場景生成器----圖形加速卡。

開展歷史70-80年代，美國軍方投巨資研討“飛行頭盔〞和其他軍用仿真器，成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展的主要推進(jìn)力。1981年，美國國家航空和宇宙航行局〔NASA〕制造了當(dāng)時最先進(jìn)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在文章中正式運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)這一術(shù)語。

虛擬現(xiàn)實(shí)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，由多個接納天線接納信號并經(jīng)過計(jì)算得到三維的位置坐標(biāo)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納器接納信號，經(jīng)過延遲即可計(jì)算間隔。3.機(jī)械跟蹤器 機(jī)械跟蹤器經(jīng)過精細(xì)的機(jī)械框架和銜接來丈量指定點(diǎn)的位置和指向。4.慣性跟蹤器 慣性跟蹤器采用機(jī)械方法，利用小型陀螺儀丈量傾角、偏角和轉(zhuǎn)角。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件------跟蹤設(shè)備5.光學(xué)跟蹤器 光學(xué)跟蹤器是一種紅外跟蹤器。它利用攝像機(jī)獲取圖像，經(jīng)過立體視覺計(jì)算確定目的位置，并經(jīng)過觀測多個參照點(diǎn)來確定目的的外表指向。6.圖像提取跟蹤器 圖像提取跟蹤器是一種計(jì)算密度最高的跟蹤器。它是最易于運(yùn)用但又最難開發(fā)的跟蹤器。一臺(組)視頻攝像機(jī)拍攝人及其動作，然后由圖像處置技術(shù)來確定人的位置及動作。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件------數(shù)據(jù)手套1.力學(xué)反響手套 力學(xué)反響手套是在計(jì)算機(jī)的控制下，經(jīng)過對手指的運(yùn)動產(chǎn)生阻尼，從而運(yùn)用戶的手產(chǎn)生力感。阻尼的大小由被抓物體的物理屬性決議。力學(xué)反響手套技術(shù)提供應(yīng)用戶一種虛擬手控制系統(tǒng)，運(yùn)用戶可以選擇或支配機(jī)器子系統(tǒng)并能自然覺得到觸覺和力量模擬反響。2.壓力反響系統(tǒng) 當(dāng)一個虛擬物被用戶抓取時，一些虛擬環(huán)境系統(tǒng)要求真正的壓力反響，來防止手穿過固體。壓力反響系統(tǒng)是把壓力加到支配者手上，從而使人可以根據(jù)運(yùn)動及壓力的感受情況進(jìn)展控制。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件------數(shù)據(jù)手套3.外表壓力反響安裝 外表顯示的概念是把虛擬物體本身的外表提供應(yīng)用戶的一個思想，而不是力的感知或與虛擬物體的接觸而產(chǎn)生的觸覺。在虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)中，存在于現(xiàn)實(shí)世界中的用戶和在計(jì)算機(jī)中定義的虛擬物體之間的交互作用不得不經(jīng)過一個力反響設(shè)備調(diào)解。目前這類外表壓力反響安裝包括：點(diǎn)陣式外表壓力反響安裝和SPICE觸覺接口。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件------數(shù)據(jù)手套力覺反響數(shù)據(jù)手套構(gòu)造表示圖超聲波三維空間定位原理利用三角形丈量原理可以實(shí)現(xiàn)三維定位與定向。設(shè)在參考坐標(biāo)系的原點(diǎn)、X軸、Y軸上分別安裝有3個超聲波接納器RO、RX、RY,同時在要檢測的物體(如頭盔或數(shù)據(jù)手套的手指)安裝有3個超聲波發(fā)射器Fa、Fb、Fc.如圖1所示。

超聲波測距原理超聲波發(fā)射與接納系統(tǒng)框圖2所示

超聲波測距原理經(jīng)過繁雜的數(shù)學(xué)推演，可得到超聲波測距公式：

其中,Cultra為聲速;Tprecise為渡越時間,Tenv為丈量時的環(huán)境溫度,fcount為系統(tǒng)時鐘,,fultrasonic為超聲波的發(fā)射頻率.Ldelay是因溫度差別而產(chǎn)生的電路延時虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)的未來展望虛擬現(xiàn)實(shí)開展前景非常誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通訊特性的結(jié)合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改動人們的思想方式，甚至?xí)膭尤藗儗κ澜纭⒈救?、空間和時間的看法。它是一項(xiàng)開展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在運(yùn)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同窗習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的任務(wù)、生活、文娛將更加有情趣。虛擬現(xiàn)實(shí)向人們描