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虚拟现实在各行应用六则(三)归类.pdf

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虚拟现实在各行应用六则(三) 一、虚拟现实的计算机技术:计算机体系结构 虚拟现实对计算机系统的要求,只包括了视觉显示对计算机系统的要求。位姿传感器的数据处理,一般不在主计算机上 进行,而是由专用的电子设备完成。听觉显示,力觉触觉显示,研究工作和实际应用还较少,对其计算要求的认识还较 少。听觉显示和力觉触觉显示的计算,往往由专用计算机完成。所以,当前的虚拟现实计算机,主要完成视觉显示的计 算任务。 帧频和延迟时间的要求 VR 要求高帧频和快速响应,这是由于其内在的交互性质。 要求的帧频和延迟一般取决于环境特性。只有慢速运动物体的较静的环境,可以用帧频每秒 8 至 10,和 0.1 秒延迟。如 果环境有高速运动的物体,则要求高帧频( 60Hz )和短延迟。所有情况下,若帧频低于每秒 8 帧,则失去三维环境的 生动感,若延迟大于 0.1 秒,则很难操作环境。因此,帧频必须大于 8 到 10 帧/秒 ,总延迟必须小于 0.1 秒。 帧频概念来自动图像技术。在动图像显示中,每一帧实际上是静止照片。如果新照片快速接替旧照片,就产生连续运动 的幻觉。修改率是在屏幕上的显示改变的速率。为符合基本的动图像技术,理想的修改率是每秒 20 帧(新图像)。 对计算机硬件,帧频有几个含义。它们大致分类为:图形的帧频,计算的帧频,数据存取的帧频。为了维持在 VR 中的 临场和沉浸感,图形帧频是关键的。这些帧频可能是独立的,图像场景可能变化,而没有来自用户视点运动的计算和数 据存取。这时,图形的帧频大于计算的帧频和数据存取的帧频。经验表明,图形帧频率应尽可能高,低于每秒 10 帧的 帧频严重降低临场的幻觉。如果图形显示依靠计算和数据存取,则计算和数据存取帧频必须为 8 到 10 帧/ 秒,维持用户 看到时间演化的幻觉。 如果应用允许交互控制,也要求快速响应。已知,长响应时间(滞后时间,延迟时间)严重降低用户性能。延迟时间是 从用户的动作开始(如用户转动头部),经过位姿传感器感知用户位姿,把位姿信号传送给计算机,计算机计算新的显 示场景,把新的场景传送给视觉显示设备,直到视觉显示设备显示出新的场景为止。这些延迟在计算机系统中来自很多 因素,如数据存取时间、计算时间、绘制时间以及输入设备数据处理时间。类似帧频的情况,延迟的来源分成:数据存 取、计算、图形。虽然延迟与帧频有关,但它们不同。系统可能有高帧频,但有较大的延迟时间,显示的图像和提供的 计算结果是几帧以前的。研究表明,多于几毫秒的延迟会影响用户性能,而多于 0.1 秒的延迟有严重影响。 计算能力和场景复杂性 虚拟现实仿真的计算问题,是一种时间受限的计算。这是因为显示的帧频必须大于 8 到 10 帧/秒。于是,在 0.1 秒内, 必须完成一次场景的计算。如果一个显示的场景中有 10,000 个三角形(或多边形),这个数量就反映了场景复杂性。 这样,在每秒进行的 10 次计算中,就应该计算 100,000 个三角形(或多边形)。这表示了计算能力。 若要求更加逼真的仿真效果,就要增加场景复杂性。显示的场景中有更多的三角形 (或多边形),显示的效果就更逼真。 这就要求更强的计算能力,每秒计算更多的三角形(或多边形)。反之,如果只能使用能力有限的指定的计算机,则限 定了计算能力,也就限定了场景复杂性。每个场景,只能用较少的三角形(或多边形),产生较粗糙的显示。这种考虑 就是,计算能力和场景复杂性的折衷。 北京搜维尔国际贸易有限公司 地址:北京市海淀区上地七街 1 号汇众科技大厦 819、821 室( 100085) E-mail :sale@ 电话: 0086-10网址: 下面几节将介绍用于 VR 的各类计算机。 对这些计算机, 主要的技术指标就是其计算能力, 也就是每秒计算的三角形 (或 多边形)的数目。应该注意,是否加纹理,是否反走样,采用哪一种明暗模型,都会影响到计算能力。加入这些复杂的 功能,就会增加计算复杂性,从而减少每秒计算的三角形(或多边形)的数目。

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