虚拟现实显示设备及技术

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1、虚拟现实显示设备及技术主讲人：时间：2013.4.24视觉显示设备与技术触觉与力觉显示设备内容—视觉感知的几个基本概念—立体视觉—视觉显示设备—常见的力/触觉显示设备“沉浸感”是虚拟现实系统最重要的基木特征。当用户与虚拟环境交互作用时，可以获得与真实世界相同或相似的感知，并产生“身临其境”的感受。所以虚拟现实系统对人的感知系统的作用，直接影响系统的真实感。为了实现虚拟显示的沉浸特性，必须具备人体的感官特性，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等。常有的显示设备包括：视觉显示设备、听觉显示设备、力觉和触觉显示设备等。据统计，人类对客观世界的

2、感知信息75%-80%来至视觉，所以视觉通道是VR系统中最重要的感知接口。所以，视觉显示是本次讲解的主要内容。视觉显示设备与技术视觉感知的几个基本概念视域：一个物体能否被观察者看到，取决于该物体的图象是否落在观察者的视网膜上和落在视网膜上的什么位置。能够被眼睛看到的区域称为视域。在实际中，全景显示产生水平±100°，垂直±30°的视域即可有很强的沉浸感。视角：视觉感知中关于可视目标大小的测量，可视目标在视网膜上的投影大小能够决定视觉感知的质量。一般认为理想的目标提示大小为:在正常光照条件下视角不应该小于15°，在较低光照条件下视角不应

3、该小于21°。这是视景生成和头盔显示过程中的重要参考系数。立体视觉视觉生成外界景物发射或反射光线刺激视网膜感光细胞令视觉神经产生知觉立体视觉生成原理两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的主要原因。空间某个物体在两眼的视图中位置不同就产生了立体视差。人眼利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感,形成立体视觉，由此获得环境的三维信息。人的视觉系统可以通过四种线索得到深度知觉：侧视网膜图象差：也称双目视差，在双目光轴平行时，由于几何位置的差别，两目看同一环境，却得到不同的图像，形成主要的深度感。运动视差：当观察者相对环境运动时，产生的深度感。

4、如果头部运动，就可能发现物体之间的遮挡关系。运动视差是深度感知中的最有力的线索。事实上，许多动物和昆虫主要是靠运动视差识别目标，例如:兔子和蜜蜂.图象大小差异:对己知物体，图像尺寸的变化是透视深度感。人的直觉是，物体越远，看起来越小。如果物体A与B同样大，但A的图象比B的小.同样可认为A比B离观察者更远。纹理梯度:指视野中的物体在网膜上的投影大小和投影密度发生有层次的变化。例如，当你看沙滩上的石头。根据视网膜上纹理梯度的变化，把小而密的事物看成是比较远的，大而疏的物体看成是比较近的虚拟现实视觉的立体显示，仅仅实现双目视差。虚拟现实视觉

5、的立体显示，还没有实现人类其他的深度感。为了实现立体显示，应该为双目提供不同的图像，有双目视差的图像。为此，对同一虚拟环境，由两个虚拟观察点分别透视投影，得到有双目视差的两个图像。立体显示就是给双目提供有双目视差的两个图像.视觉显示设备头盔显示器（HMD）：头盔显示器是3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机相连以接受来自主机的3DVR图形图像信号，借助空间跟踪定位器可进行虚拟现实输出效果观察，同时观察者可做空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强，优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显示，在投影式虚拟现实系统中，

6、头盔显示器作为系统功能和设备的一种补充和辅助。佳能公司最新混合虚拟现实系统通过一个头戴式眼镜带给人虚拟场景和实景混合的体验，并开发出一种专用的头戴式显示器和专用的位置校准软件，软件通过高精度和高速图像处理来获得合成图像，合成的图像大小与现实中的大小无异。而头戴式显示器则采用一种被称为自由曲线棱镜的镜片，确保使用者能够获得宽广的视野和清晰的图像。佳能新式头盔显示器双目全方位显示器（BOOM）是一种偶联头部的立体显示设备，类似使用望远镜，它把两个独立的显示器捆绑在一起，由两个相互垂直的机械臂支撑，这不仅让用户可以在半径2m的球面空间内用手

7、自由操纵显示器的位置，还能降低显示器的重量加以巧妙的平衡而是指始终保持水平，不受平台运动的影响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和HMD一样有实时的观测和交互能力。BOOM全方位显示器3D眼镜显示系统该系统设备包括：立体图像显示器和3D眼镜。立体图像显示器以两倍于正常扫描的速度刷新屏幕，计算机给显示器交替发送两幅有轻微偏差的图像。位于CRT（阴极射线管）显示器顶部的红外发射器与信号同步，以无线方式控制活动眼镜。红外控制器指导立体眼镜的液晶光栅交替地遮挡眼睛视野。大脑记录快速交替的左右眼图像序列，并通过立体视觉将其融合

8、在一起，从而产生深度感。世界杯3D观看红外立体眼镜显示利用红外信号传送同步信号，用于控制液晶眼镜的开关。眼镜上备有轻便的锂电池，眼镜在无线状态下工作：红外立体眼镜显示系统超声波立体眼镜显示除了红外立体眼镜显示中的设备外，