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直接操纵及虚拟环境医学
5.6 虚拟和增强的现实 虚拟现实 虚拟现实(简称VR):是以计算机技术为主,综合利用计算机图形、图像、可视化、人机交互、人工智能、计算机网络、高性能计算等许多领域的技术。是一个复杂而庞大的系统。生成一个逼真的三维视觉、触觉以及嗅觉等感觉世界,让用户可以从自己的视点出发,利用自身的功能和一些设备对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察。 虚拟现实的三大特点:浸沉感、交互性和构想性 浸沉感:指的是人浸沉在虚拟环境中,具有和在真实环境中一样的感觉 交互性:指在虚拟环境中体验者不是被动地感受,而是可以通过自己的 动作改变感受的内容 构想性:指虚拟的环境是人构想出来的,因而可用于实现一定目标的用途 5.6 虚拟和增强的现实 虚拟现实系统大体可分为四类: 1、桌面虚拟现实系统 也称窗口中的VR。它可以通过个人计算机和低级工作站进行仿真,将计算机的屏幕作为用户观察虚拟世界的一个窗口。所以成本较低,功能也最简单,主要用于建筑设计、桌面游戏等领域。 5.6 虚拟和增强的现实 2、沉浸式虚拟现实系统 使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。它利用头盔式显示器或其它设备,把参与者的视觉、听觉和其它感觉封闭起来,并提供一个新的、虚拟的感觉空间,并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有:基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统、远程存在系统。 5.6 虚拟和增强的现实 3、分布式虚拟现实系统 它在因特网环境下,充分利用分布于各地的资源,协同开发各种虚拟现实应用。它通常是沉浸式虚拟现实系统的发展,也就是把分布于不同地方的沉浸式虚拟现实系统,通过互联网连接起来,共同实现某种用途。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET(模拟网络),SIMNET由坦克仿真器通过网络连接而成,用于部队的联合训练。 5.6 虚拟和增强的现实 4、增强现实又称混合现实系统 它把真实环境和虚拟环境结合起来,利用虚拟现实技术来增强参与者对真实环境的感受,也就是增强现实中无法感知或不方便的感受。典型的实例是战机飞行员的平视显示器,它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在飞行员面前的穿透式屏幕上,它可以使飞行员不必低头读座舱中仪表的数据,从而可集中精力盯着敌人的飞机或导航偏差。 虚拟和增强的现实应用 飞行模拟器 他们的设计员努力为战斗机和民航的飞行员创建最真实地体验。驾驶舱的显示器和控制器都是真实的。而窗户用高分辨率的计算机显示器代替,精心编制声音,给人真实的发动机启动和反推力的效果。在爬升和转弯期间的振动和倾斜,有液压千斤顶和复杂的悬架系统创建。这样使训练更安全、更有用。 建筑 建筑师一直使用计算机来绘制具有用户生成内容的、建筑物的三维表示。他们的设计工具把建筑物显示在标准的显示器上,但使用投影仪来创建墙面,这样就给预期客户更逼真的效果。现在又通过在踏车上行走增加动画效果,允许客户穿过门或上楼梯。最后用头盔显示器代替投影仪,用头部追踪监视头部移动。 虚拟和增强的现实应用 医生 外科医生能够通过“察看”视频图像而受益,这些图像来自病人心脏内部,通过光纤照相机拍得,使用了将浸入式手术减少到最少的远程直接操纵设备,但是医生似乎不想要那种戴着头盔显示器在病人体内的沉浸式体验。手术计划和远程操作也能用于现实在桌面显示器上并被手持式支架导引的三维“察看”可视化来完成。 虚拟现实的遥现方面打破了空间的物理限制,允许用户表现的似乎他们在别的地方。 虚拟环境已在医学领域获得成功。如:虚拟世界可用于治疗恐高症病人,其方式是给病人一种能控制视角和移动的沉浸式体验。安全的沉浸式环境使患者可以自我调节以适应令人惊惧的刺激。 虚拟和增强的现实 成功的虚拟环境依赖多种技术平滑集成: 视觉显示器 头部位置传感器 手部位置传感器 手持操纵 力反馈与触觉 声音的输入与输出 其他传感器 协同与竞争的虚拟环境 5.6 虚拟和增强的现实 视觉显示器: 处于正常的观看距离、正常尺寸的计算机显示器对向一个大约5°的角度;大屏幕显示器能覆盖20°~30°的范围,头盔显示器覆盖的水平范围为100°、垂直范围是60°。 头盔显示器阻挡其他图像,所以其效果更具有戏剧性,并且头部移动能产生新的图像,所以用户能得到360°覆盖范围的效果。 飞行模拟器也能阻挡外来的图像,但它们不强迫用户戴上有笨重的头盔显示器能做到这点。 另一种方法是装在吊杆上的显示器,它感知用户的位置而不要求他们戴上沉重的护目镜。 5.6 虚拟和增强的现实 头部位置传感: 头盔显示器能够提供依赖于头部位置的不同视图。向右看,能看到森林;向左看,森林被城市
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