虚拟现实技术第2章43.pptx

清华大学出版社虚拟现实技术申蔚 曾文琪第2章 虚拟现实技术概论2.1 跟踪定位设备2.2 立体显示设备2.3 手部数据交互设备2.4 虚拟声音输出设备2.5 其他交互设备2.6 虚拟现实硬件系统的集成2.1 跟踪定位设备 典型的工作方式是：由固定发射器发射出信号，该信号将被附在用户头部或身上的机动传感器截获，传感器接收到这些信号后进行解码并送入计算部件处理，最后确定发射器与接收器之间的相对位置及方位，数据随后传输到时间运行系统进而传给三维图形环境处理系统。2.1 跟踪定位设备2.1.1 电磁波跟踪器2.1.2 超声波跟踪器2.1.3 光学跟踪器2.1.4 其他类型跟踪器2.1.5 跟踪传感设备的性能比较2.1 跟踪定位设备2.1.1 电磁波跟踪器 电磁波跟踪器是一种较为常见的空间跟踪定位器，一般由一个控制部件，几个发射器和几个接收器组成。2.1 跟踪定位设备2.1.1 电磁波跟踪器优点是其敏感性不依赖于跟踪方位，基本不受视线阻挡的限制，体积小、价格便宜，因此对于手部的跟踪大都采用此类跟踪器。缺点是其延迟较长，跟踪范围小，且容易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响，从而导致信号发生畸变，跟踪精度降低。2.1 跟踪定位设备2.1.2 超声波跟踪器 超声波跟踪器是声学跟踪技术最常用的一种，其工作原理是发射器发出高频超声波脉冲（频率20KHz以上），由接收器计算收到信号的时间差、相位差或声压差等，即可确定跟踪对象的距离和方位。2.1 跟踪定位设备2.1.2 超声波跟踪器按测量方法的不同，超声波跟踪定位技术可分为：飞行时间（Time Of Flight，TOF）测量法 同时使用多个发射器和接收器，通过测量超声波从发出到反射回来的飞行时间计算出准确的位置和方向。相位相干（Phase Coherent，PC）测量法 通过比较基准信号和发射出去后发射回来的信号之间的相位差来确定距离。2.1 跟踪定位设备2.1.3 光学跟踪器 光学跟踪器可以使用多种感光设备，从普通摄像机到光敏二极管都有。光源也是多种多样的，如自然光、激光或红外线等，但为避免干扰用户的观察视线，目前多采用红外线方式。2.1 跟踪定位设备2.1.3 光学跟踪器光学跟踪器使用的主要三种技术：标志系统 通常是利用传感器（如照相机或摄像机）监测发射器（如红外线发光二极管）的位置进行追踪。模式识别系统 把发光器件按某一阵列排列，并将其固定在被跟踪对象身上，由摄像机记录运动阵列模式的变化，通过与已知的样本模式进行比较从而确定物体的位置。激光测距系统 将激光通过衍射光栅发射到被测对象，然后接收经物体表面反射的二维衍射图的传感器记录。 2.1 跟踪定位设备2.1.3 光学跟踪器 光学跟踪器虽然受视线阻挡的限制且工作范围较小，但其数据处理速度、响应性都非常好，因而较适用于头部活动范围相当受限而要求具有较高刷新率和精确率的实时应用。2.1 跟踪定位设备2.1.4 其他类型跟踪器1、机械跟踪器 通常把参考点和跟踪对象直接通过连杆装置相连，采用刚体框架，一方面可以支撑观察设备，另一方面可以测量跟踪对象的位置和方位。2、惯性跟踪器 惯性跟踪器也是采用机械方法，其原理是利用小型陀螺仪测量跟踪对象在其倾角、偏角和转角方面的数据。3、图像提取跟踪器 一般是由一组摄像机拍摄人及其动作，然后通过图像处理技术的运算和分析来确定人的位置及动作。2.1 跟踪定位设备2.1.5 跟踪传感设备的性能比较跟踪定位器的性能指标主要包括：精度：指检测目标位置的正确性，即误差范围。分辨率：指跟踪定位器所能检测到的最小变化范围，小于此值将检测不到。响应时间：包括采样率、数据率、更新率和延迟时间等4个指标。抗干扰性：指跟踪定位器在相对恶劣的条件下避免出错的能力。2.1 跟踪定位设备2.1.5 跟踪传感设备的性能比较跟踪器类型精 度分 辨 率响 应 时 间跟 踪 范 围电 磁 波3mm±0.1mm1mm±0.03mm50 ms半径1.6m的半球形超 声 波依空气密度变化10mm±0.5mm30 ms4～5m3光 学1 mm2mm±0.02mm 1 ms4～8m3（可扩展至14m3） 3种常用跟踪技术的主要性能指标对比2.2 立体显示设备 人眼立体视觉效应的原理 ：当人在现实生活中观察物体时，双眼之间6～7cm的距离（瞳距）会使左、右眼分别产生一个略有差别的影像（即双眼视差），而大脑通过分析后会把这两幅影像融合为一幅画面，并由此获得距离和深度的感觉。2.2 立体显示设备2.2.1 固定式立体显示设备2.2.2 头盔显示器2.2.3 手持式立体显示设备2.2 立体显示设备 2.2.1 固定式立