虚拟现实的空间定位21

虚拟现实的空间定位09电信许羽东概念、特征与开展历程技术实现空间定位的实现运用与展望4123提纲目录虚拟现实的概念虚拟现实(VirtualReality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供运用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让运用者好像身历其境普通，可以及时、没有限制地察看三度空间内的事物。虚拟现实的特征浸没感〔Immersion〕又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该运用户难以分辨真假，运用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切觉得都是真的，好像在现实世界中的觉得一样。虚拟现实的特征交互性〔Interactivity〕指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反响的自然程度〔包括实时性〕。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的觉得，并可以觉得物体的分量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的挪动而挪动。虚拟现实的特征想象性〔Imagination〕强调虚拟现实技术应具有宽广的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意想象客观不存在的甚至是不能够发生的环境。

由于浸没感、交互性和想象性三个特性的英文单词的第一个字母均为I，所以这三个特性又通常被统称为3I特性。开展历史1961年，MortonHeilig的想象----体验剧场〔Sensorama〕，以布鲁克林街道为背景，模拟散步的感受----先驱者1965年，计算图形学之父IvanSutherlang发表论文“终极的显示〞，提出“应将计算的显示屏进化为观看虚拟世界的窗口〞次年，他开场研制第一个头盔显示器，1970年，在犹他大学胜利演示了它的功能。其他成就：用计算机生成的图形替代了摄制图像，并开场设计场景生成器----图形加速卡。

开展历史70-80年代，美国军方投巨资研讨“飞行头盔〞和其他军用仿真器，成为虚拟现实技术开展的主要推进力。1981年，美国国家航空和宇宙航行局〔NASA〕制造了当时最先进的液晶显示器头盔。80年代中期，J.Zimmermn和Jaron.Lanier发明了数据手套。1989年组建VPLResearch公司同年JaronLanier在文章中正式运用虚拟现实这一术语。

虚拟现实系统的硬件------跟踪设备1.电磁波跟踪器 此类跟踪器利用小型天线发出的磁场，由多个接纳天线接纳信号并经过计算得到三维的位置坐标和方向。2.超声波跟踪器 超声波跟踪器发出高频超声波脉冲，由装在天花板上的三个接纳器接纳信号，经过延迟即可计算间隔。3.机械跟踪器 机械跟踪器经过精细的机械框架和衔接来丈量指定点的位置和指向。4.惯性跟踪器 惯性跟踪器采用机械方法，利用小型陀螺仪丈量倾角、偏角和转角。虚拟现实系统的硬件------跟踪设备5.光学跟踪器 光学跟踪器是一种红外跟踪器。它利用摄像机获取图像，经过立体视觉计算确定目的位置，并经过观测多个参照点来确定目的的外表指向。6.图像提取跟踪器 图像提取跟踪器是一种计算密度最高的跟踪器。它是最易于运用但又最难开发的跟踪器。一台(组)视频摄像机拍摄人及其动作，然后由图像处置技术来确定人的位置及动作。虚拟现实系统的硬件------数据手套1.力学反响手套 力学反响手套是在计算机的控制下，经过对手指的运动产生阻尼，从而运用户的手产生力感。阻尼的大小由被抓物体的物理属性决议。力学反响手套技术提供应用户一种虚拟手控制系统，运用户可以选择或支配机器子系统并能自然觉得到触觉和力量模拟反响。2.压力反响系统 当一个虚拟物被用户抓取时，一些虚拟环境系统要求真正的压力反响，来防止手穿过固体。压力反响系统是把压力加到支配者手上，从而使人可以根据运动及压力的感受情况进展控制。虚拟现实系统的硬件------数据手套3.外表压力反响安装 外表显示的概念是把虚拟物体本身的外表提供应用户的一个思想，而不是力的感知或与虚拟物体的接触而产生的触觉。在虚拟环境的实现中，存在于现实世界中的用户和在计算机中定义的虚拟物体之间的交互作用不得不经过一个力反响设备调解。目前这类外表压力反响安装包括：点阵式外表压力反响安装和SPICE触觉接口。虚拟现实系统的硬件------数据手套力觉反响数据手套构造表示图超声波三维空间定位原理利用三角形丈量原理可以实现三维定位与定向。设在参考坐标系的原点、X轴、Y轴上分别安装有3个超声波接纳器RO、RX、RY,同时在要检测的物体(如头盔或数据手套的手指)安装有3个超声波发射器Fa、Fb、Fc.如图1所示。

超声波测距原理超声波发射与接纳系统框图2所示

超声波测距原理经过繁杂的数学推演，可得到超声波测距公式：

其中,Cultra为声速;Tprecise为渡越时间,Tenv为丈量时的环境温度,fcount为系统时钟,,fultrasonic为超声波的发射频率.Ldelay是因温度差别而产生的电路延时虚拟现实技术的运用虚拟现实的未来展望虚拟现实开展前景非常诱人，而与网络通讯特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改动人们的思想方式，甚至会改动人们对世界、本人、空间和时间的看法。它是一项开展中的、具有深远的潜在运用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同窗习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。运用网络计算机及其相关的三维设备，我们的任务、生活、文娱将更加有情趣。虚拟现实向人们描