直接操纵与虚拟环境汇编资料

1、5.6 虚拟(xn)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(nirng)构想性：指虚拟的环境是人构想出来的，因而可用于实

2、现一定目标的用途共二十页5.6 虚拟和增强(zngqing)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(zuwi)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。共二十页5.6 虚拟(xn)和增强的现实2、沉浸式虚拟现实系统(xtng)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

3、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。共二十页5.6 虚拟(xn)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(mqin)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。共二十页5.6 虚拟(xn)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

4、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(mio zhn)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。共二十页虚拟和增强(zngqing)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(jngxn)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

5、。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。共二十页虚拟和增强(zngqing)的现实应用医生 外科医生能够通过“察看(chkn)”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

6、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。共二十页虚拟(xn)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(wi zhi)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共二十页5.6 虚拟和增强(zngqing)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

7、覆盖2030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(wili)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。共二十页5.6 虚拟和增强(zngqing)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，森林被城市替代。有些头部跟踪器戴起来可能很笨重，但嵌入帽子或眼睛中的较小变体便于移动。头部位置的视频识别时可能的

8、。传感器精度应该是高且快的。识别注意点的眼动跟踪可能是有用的，但当用户正在移动和正在戴头盔显示器时，却难以完成。手部位置传感：数据手套是一项被持续改进的创新发明(fmng)，其改进是针对舒适性、准确性和采样率。手指位置的准确测量仅关系到1个或2个手指甚至1个或2个关节。装在手套或手腕上的6自由度跟踪器提供手的方位。人体其他部位，如膝盖、臂或腿的传感器正用于体育训练和移动捕捉。共二十页5.6 虚拟和增强(zngqing)的现实手持操作：富于想象力的方法包括了电动(din dn)手术工具和小玩偶。用户能够操作这些物体产生输入、运行设备、创作绘画或制作雕塑。一种变体，经常称为“微型世界”，它有房子或

9、科学仪器的小模型，用户能够操纵它们来创建在更大的现实世界物体上的操作，通常在远距离位置。力反馈与触觉：用于完成化学实验室的实验或处理核原料的手动远程控制设备提供力反馈，给予用户抓住或碰到物体时的良好感觉。对汽车司机和飞行员的力反馈，精心配置以提供真实有用的触觉信息。软件模型的反馈在加速执行具有复杂分子的对接任务方面是成功的。对外科医生来说，在他们进行困难的手术时感受到力反馈，可能是有帮助的。共二十页5.6 虚拟和增强(zngqing)的现实声音的输入与输出：声音的输出增加了弹跳的球、跳动的心脏或掉下的花瓶的真实性，视频游戏设计人员早就发现了这一点。在正确的时刻发出具有全三维效果的、使人信服的声

10、音是可能的，但也是一项困难的工作。数字声音硬件是足够的，但软件工具仍不足够。虚拟乐器的音乐输出是有希望的；这个领域(ln y)中的大多数早期工作是模拟现有的乐器，但新奇的的乐器也已经出现了。用于启动动作和做出菜单选择的语音识别可能是有用的，因为键盘和鼠标的使用是受限制的。共二十页5.6 虚拟(xn)和增强的现实其他传感器：飞行模拟器的倾斜和振动可能为一些设计人员提供灵感。倾斜且振动的虚拟过山车已经存在，如果用户以每小时60,600或6000英里(yngl)的速度飞驰，并冲过高山或进入轨道，那么甚至能变得更流行。为什么不包含带有雨滴的、真实的阵风，让它变热或变冷来表达虚拟天气呢？最好，嗅觉计算已

11、被尝试过，但还没有发现和开发恰当的实际的应用。共二十页5.6 虚拟和增强(zngqing)的现实协同与竞争的虚拟环境：协同是一个活跃的研究领域，协同虚拟环境也一样，一个开发者把它们称作“孪生虚境”。这种环境允许处于远程场所的两个人一起工作，可能是设计一个物体，同时看到彼此的动作和感兴趣的对象。虚拟壁球之类的竞争游戏已经开发来供两个玩家玩。当设计从与计算机对抗变成向其他坦克的成员设计和担心他们攻击时，用于训练陆军坦克乘员的软件就变得更有吸引力。逼真的声音创造的如此的投入感，以至于乘员体验到心率提高、呼吸更急促和排汗量增多。与之相反，有些虚拟环境设计带来愉悦 和与他人(trn)的愉快相遇，以增强社

12、会媒体参与方面。共二十页从业人员的总结：在提供相同的功能性和可靠性的交互系统中，有些系统已经显现出在竞争中居于主导地位。通常，具有吸引力的系统都有令人愉快的用户界面，具有制定的用户生成内容，提供任务对象和动作的自然表示。这些界面易于学习、使用和长时间保持。新用户能够获得动作的简单子集，然后提高到更精细的动作。动作是快速的、增量的和可逆的，能用物理(wl)移动而不是以复杂的语法形式来执行。动作的结果是立即可见的，需要出差消息比以前少。共二十页在界面中使用直接操作原则并不能确保其成功。设计差、实现慢或功能不适当能够损害验收。对某些应用来说，菜单选择、表格填充或命令语言可能仍是适当的。然而，直接操纵

13、编程、3D界面和远程操作的潜力是巨大的。有吸引力的虚拟与增强的现实的演示正在应用于具有增强的社会交往、日益增长的应用系统(xtng)集合。迭代测试在测试高级直接操纵系统(xtng)方面特别重要，因为这些方法的新奇性可能给设计人员和用户造成出乎意料的问题。共二十页直接操纵的定义、好处(ho chu)和缺点：定义： “动作世界”的视觉表示对象和动作被显示模拟推理被选定快速的、增量的和可逆的动作用指点和选择替代键入动作结果的立即可见性优于命令的好处： 控制/显示的兼容性较少的语法降低了出错率错误是可预防的较快的学会和较高的记忆力鼓励(gl)探索关注： 可能增加系统资源有些动作可能是麻烦的宏技术经常很

14、弱 历史和其他跟踪可能是困难的视觉障碍的用户可能有较多困难共二十页研究人员的议程：需要通过研究来提高我们对每个直接操纵特性贡献的理解：模拟表示、增量动作、可逆性、物理动作而不是语法、结果的立即可见性、图形显示和图标。可逆性容易通过普通的取消动作来实现，但是为每个动作设计自然的反向动作可能更具吸引力。用直接操纵更好的表示复杂的动作，但为了新用户优雅进化成专家用户而使用的多层设计策略可能是一个主要贡献。对专家用户来讲，直接操纵编程仍是个机会，但需要好的方法来保存历史记录和编辑动作序列，还要更加关注用户生成的内容。3D交互的诱惑十分(shfn)巨大，但研究人员需要对如何和何时使用遮挡、减少导航之类的特性和远程操作和X光线、视觉之类的增强3D动作，提供更好的理解。共二十页需要更好的理解使用跨越不同年龄和活动的、丰富的社会媒体交互来沉浸到游戏和虚拟世界之中的影响。在桌面计算机和膝上型计算机之外，还有遥现、虚拟环境、增强现实和背境感知设备(shbi)的诱惑。有趣的方面将肯定被追求，但真正的挑战是发现实用的设计和更好地理解置身于和察看三维世界，在丰富的社会媒体参与环境中，既作为个人，也作为协作者和玩家。共二十页内容摘要5.6 虚拟和增强的现实。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。虚拟现实的遥现方面打破了空间的物理限制，允