虚拟现实显示设备及技术

虚拟现实显示设备及技术主讲人：

时间：.4.24虚拟现实显示设备及技术第1页视觉显示设备与技术触觉与力觉显示设备内容—视觉感知几个基本概念—立体视觉—视觉显示设备—常见力/触觉显示设备虚拟现实显示设备及技术第2页“沉醉感”是虚拟现实系统最主要基木特征。当用户与虚拟环境交互作用时，能够取得与真实世界相同或相同感知，并产生“身临其境”感受。所以虚拟现实系统对人感知系统作用，直接影响系统真实感。

为了实现虚拟显示沉醉特征，必须具备人体感官特征，包含视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等。常有显示设备包含：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，人类对客观世界感知信息75%-80%来至视觉，所以视觉通道是VR系统中最主要感知接口。所以，视觉显示是此次讲解主要内容。

视觉显示设备与技术虚拟现实显示设备及技术第3页视觉感知几个基本概念视域：一个物体能否被观察者看到，取决于该物体图象是否落在观察者视网膜上和落在视网膜上什么位置。能够被眼睛看到区域称为视域。

在实际中，全景显示产生水平±100°，垂直±30°视域即可有很强沉醉感。虚拟现实显示设备及技术第4页视角：视觉感知中关于可视目标大小测量，可视目标在视网膜上投影大小能够决定视觉感知质量。普通认为理想目标提醒大小为: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该小于21°。这是视景生成和头盔显示过程中主要参考系数。虚拟现实显示设备及技术第5页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虚拟现实显示设备及技术第6页立体视觉生成原理两眼空间位置不一样，是产生立体视觉主要原因。空间某个物体在两眼视图中位置不一样就产生了立体视差。人眼利用这种视差，判断物体远近，产生深度感,形成立体视觉，由此取得环境三维信息。虚拟现实显示设备及技术第7页人视觉系统能够经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，因为几何位置差异，两目看同一环境，却得到不一样图像，形成主要深度感。运动视差：当观察者相对环境运动时，产生深度感。假如头部运动，就可能发觉物体之间遮挡关系。运动视差是深度感知中最有力线索。实际上，许多动物和昆虫主要是靠运动视差识别目标，比如:兔子和蜜蜂.图象大小差异:对己知物体，图像尺寸改变是透视深度感。人直觉是，物体越远，看起来越小。假如物体A与B一样大，但A图象比B小.一样可认为A比B离观察者更远。纹理梯度:指视野中物体在网膜上投影大小和投影密度发生有层次改变。比如，当你看沙滩上石头。依据视网膜上纹理梯度改变，把小而密事物看成是比较远，大而疏物体看成是比较近虚拟现实显示设备及技术第8页虚拟现实视觉立体显示，仅仅实现双目视差。虚拟现实视觉立体显示，还没有实现人类其它深度感。为了实现立体显示，应该为双目提供不一样图像，有双目视差图像。为此，对同一虚拟环境，由两个虚拟观察点分别透视投影，得到有双目视差两个图像。立体显示就是给双目提供有双目视差两个图像.虚拟现实显示设备及技术第9页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收来自主机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自由移动，如；自由行走、旋转等，沉醉感极强，优于显示器虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显示，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功效和设备一个补充和辅助。虚拟现实显示设备及技术第10页佳能企业最新混合虚拟现实系统经过一个头戴式眼镜带给人虚拟场景和实景混合体验，并开发出一个专用头戴式显示器和专用位置校准软件，软件经过高精度和高速图像处理来取得合成图像，合成图像大小与现实中大小无异。而头戴式显示器则采取一个被称为自由曲线棱镜镜片，确保使用者能够取得宽广视野和清楚图像。佳能新式头盔显示器虚拟现实显示设备及技术第11页双目全方位显示器（BOOM）

是一个偶联头部立体显示设备，类似使用望远镜，它把两个独立显示器捆绑在一起，由两个相互垂直机械臂支撑，这不但让用户能够在半径2m球面空间内用手自由操纵显示器位置，还能降低显示器重量加以巧妙平衡而是指一直保持水平，不受平台运动影响。在支撑臂上每个节点处都有位置跟踪器，所以BOOM和HMD一样有实时观察和交互能力。BOOM全方位显示器虚拟现实显示设备及技术第12页3D眼镜显示系统该系统设备包含：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速度刷新屏幕，计算机给显示器交替发送两幅有轻微偏差图像。位于CRT（阴极射线管）显示器顶部红外发射器与信号同时，以无线方式控制活动眼镜。红外控制器指导立体眼镜液晶光栅交替地遮挡眼睛视野。大脑统计快速交替左右眼图像序列，并经过立体视觉将其融合在一起，从而产生深度感。世界杯3D观看虚拟现实显示设备及技术第13页红外立体眼镜显示利用红外信号传送同时信号，用于控制液晶眼镜开关。眼镜上备有轻便锂电池，眼镜在无线状态下工作：红外立体眼镜显示系统虚拟现实显示设备及技术第14页超声波立体眼镜显示除了红外立体眼镜显示中设备外，眼镜上还有头部跟踪超声接收器。超声接收信号要经过导线传给头部跟踪系统，眼镜在有线状态下工作：超声波立体眼镜显示系统虚拟现实显示设备及技术第15页洞穴式立体显示系统（CAVE系统）使用投影系统，投射多个投影面，形成房间式空间结构，使得围绕观察者含有多个图像画面显示虚拟现实系统，增强了沉醉感。CAVE空间结构示意图虚拟现实显示设备及技术第16页CAVE系统是一个基于多通道视景同时技术和立体显示技术房间式投影可视协同环境，该系统可提供一个房间大小4面、5面或者6面立方体投影显示空间，供多人参加:全部参加者均完全沉醉在一个被立体投影画面包围高级虚拟仿真环境中，借助音响技术和对应虚拟现实交互设备取得一个身临其境约高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。因为投影面几乎能够覆盖用户全部视野，所以CAVE系统能提供给使用者一个前所未有带有震撼性身临其境沉醉感受。虚拟现实显示设备及技术第17页CAVE系统优点：提供高质量立体显示图像，即色彩丰富、无闪烁、大屏幕立体显示、多人参加和协同工作。所以它为人类带来了一个全新创新思索方式，扩展了人类思维。经过CAVE系统，人们能够直接看到自己创意和研究对象。

CAVE系统缺点：是价格昂贵，体积大，而且参加人数有限，假如人数到达12人，CAVE显示设备就显得太小了。当前CAVE系统并没有标准化，兼容性较差，因而限制了其普及。虚拟现实显示设备及技术第18页响应工作台立体显示系统计算机经过多传感器交互通道向用户提供视觉、听觉、触觉等多模态信息，含有非沉醉式、支持多用户协同工作佩戴立体眼镜，坐在显示器周围多个用户能够同时在立体显示器中看到三维对象浮在工作台上面，虚拟景象含有较强立体感，较适合辅助教学、产品演示。V-Desk6工作示意图虚拟现实显示设备及技术第19页裸眼立体显示系统其显示技术结合双眼视觉差和图片三维原理，自动生成两幅图片，一幅给左眼看，另一幅给右眼看，使人双眼产生视觉差异。双眼观看液晶角度不一样，不用戴上立体眼镜就能够看到立体图像。立体液晶显示器虚拟现实显示设备及技术第20页墙式立体显示系统类似于放映电影形式背投式显示设备，屏幕大，容纳人数多，分为单通道立体投影系统和多通道立体投影系统。适合用于教学和结果演示。单通道立体投影系统：以一台图形工作站为实时驱动平台，两台叠加立体专业LCD投影仪作为投影主体。在显示器上显示一幅高分辨率立体投影影像。优点：是一个低成本、操作简便、占用空间较小、含有极好性能价格比小型虚拟三维投影显示系统，其集成显示系统使安装、操作使用愈加轻易和方便，被广泛应用于高等院校和科研院所虚拟现实试验室中。虚拟现实显示设备及技术第21页多通道立体投影系统：用巨幅平面投影结构来增强沉醉感，配置了完善多通道声响及多维感知性交互系统，充分满足虚拟显示技术视、听、触等多感知应用需求，是理想设计、协同和展示平台。它可依据场地定空间大小灵活地配置两个、三个甚至是若千个投影通道，无缝地拼接成一幅巨大投影幅面、极高分辨率二维或三维立体图像，形成一个更大虚拟现实仿真系统环境。如环幕投影系统：虚拟现实显示设备及技术第22页三通道环幕投影示例虚拟现实显示设备及技术第23页多通道折幕示例折幕也是被业界公认体验式环境，依据环境及实际需求，可考虑不一样类型折幕方式，以产生不一样沉醉感。适合小型会议室和暂时展览五折幕220度，10-30人虚拟现实显示设备及技术第24页360度环幕投影显示：由数字内容、硬件（投影系统、播放系统）和系统集成（多组投影同时控制系统、无缝拼接系统和曲面处理系统）组成。含有极强沉醉感。360度环幕投影显示虚拟现实显示设备及技术第25页球幕无缝拼接系统半球，15-20人完全用商用投影机和普通计算机搭建投影环境，没有接缝，形成整体效果。球幕无缝拼接显示虚拟现实显示设备及技术第26页全息投影显示也称虚拟成像技术，无需配戴眼镜，利用干涉和衍射原理统计并再现物体真实三维图像统计和再现技术。在美国麻省一位叫ChadDyne29岁理工硕士创造了一个空气投影和交互技术，它能够在气流形成墙上投影出含有交互功效图像。此技术起源海市蜃楼原理，将图像投射在水蒸气上，因为分子震动不均衡，能够形成层次和立体感很强图像。南加利福尼亚大学创新科技研究院研究人员当前宣告他们成功研制一个360度全息显示器，这种技术是将图像投影在一个高速旋转镜子上从而实现三维图像，这些技术很多国家都在研制，毫不夸大说这项技术它包含了未来，谁最先使用这项技术，谁就最先走入未来先进技术行列。台湾利用湖面水幕展现3D姓名360度全息显示虚拟现实显示设备及技术第27页日本企业ScienceandTechnology创造了一个能够用激光束来投射实体3D影像，这种技术是利用氮气和氧气在空气中散开时，混合成气体变成灼热浆状物质，并在空气中形成一个短暂3D图像。这种方法主要是不停在空气中进行小型爆破来实现。360度成像系统柜体顶端四面透明，真正空间成像，色彩鲜艳，对比度，清楚度高；有空间感，透视感。形成空中幻象中间可结合实物，实现影像与实物结合。能够依据要求做成四面窗口，每面最大2-4米。可做成全息幻影舞台，产品立体360度演示；真人和虚幻人同台演出；科技馆梦幻舞台等各类互动展示。也可配加触摸屏实现与观众互动。现场参观者可经过各种手势动作，操纵3D产品模型旋转、部件分解。即形象又深入地了解展示产品性能。虚拟现实显示设备及技术第28页第六届中国—东盟博览会在南宁国际会展中心圆满落幕。TimeLink360度全息影像技术成为东盟博览会一大亮点。3月9号晚间世嘉企业举行了一场名为