不知道你是否有聽過VR這詞，即是虛擬現(xiàn)實。你知道虛擬現(xiàn)實外設(shè)由生命組成嗎?今天由學(xué)習(xí)啦小編和大家說說你們不知道的一些小知識吧!跟緊腳步啦!

　　什么是虛擬現(xiàn)實

　　虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)它利用計算機生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。而虛擬現(xiàn)實硬件指的是與虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的硬件產(chǎn)品，是虛擬現(xiàn)實解決方案中用到的硬件設(shè)備。

　　虛擬現(xiàn)實外設(shè)有什么

　　現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實中常用到的硬件設(shè)備，大致可以分為四類。

　　它們分別是：

　　1、建模設(shè)備(如3D掃描儀);

　　2、三維視覺顯示設(shè)備(如3D展示系統(tǒng)、大型投影系統(tǒng)(如CAVE)、頭顯(頭戴式立體顯示器等));

　　3、聲音設(shè)備(如 三維的聲音系統(tǒng)以及非傳統(tǒng)意義的立體聲);

　　4、交互設(shè)備(包括 位置追蹤儀、數(shù)據(jù)手套、3D輸入設(shè)備(三維鼠標(biāo))、動作捕捉設(shè)備、眼動儀、力反饋設(shè)備以及其他交互設(shè)備)。

　　建模設(shè)備編輯

　　3D掃描儀等

　　3D掃描儀，也稱為三維立體掃描儀，3D掃描儀，是融合光、 機、電和計算機技術(shù)于一體的高新科技產(chǎn)品，主要用于獲取物體外表面的三維坐標(biāo)及物體的三維數(shù)字化模型。該設(shè)備不但可用于產(chǎn)品的逆向工程、快速原型制造、三維檢測(機器視覺測量)等領(lǐng)域，而且隨著三維掃描技術(shù)的不斷深入發(fā)展，諸如三維影視動畫、數(shù)字化展覽館、服裝量身定制、計算機虛擬現(xiàn)實仿真與可視化等越來 越多的行業(yè)也開始應(yīng)用三維掃描儀這一便捷的手段來創(chuàng)建實物的數(shù)字化模型。通過三維掃描儀非接觸掃描實物模型，得到實物表面精確的三維點云(Point Cloud)數(shù)據(jù)，最終生成實物的數(shù)字模型，不僅速度快，而且精度高，幾乎可以完美的復(fù)制現(xiàn)實世界中的任何物體，以數(shù)字化的形式逼真的重現(xiàn)現(xiàn)實世界。

　　顯示設(shè)備編輯

　　為了實現(xiàn)虛擬顯示的沉浸特性，必須具備人體的感官特性，包括視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等。這一節(jié)主要敘述視覺顯示系統(tǒng)。

　　VR其實就是VirtualReality的縮寫，翻譯成中文就是虛擬現(xiàn)實的意思。顧名思義，就是通過技術(shù)手段創(chuàng)造出一種逼真的虛擬的現(xiàn)實效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的歷史其實不短，但是真正將這項技術(shù)發(fā)揮出來并讓人們體驗到非常逼真的現(xiàn)實效果。

　　(1)虛擬現(xiàn)實頭顯

　　虛擬現(xiàn)實頭顯(頭戴式顯示器)是利用人的左右眼獲取信息差異，引導(dǎo)用戶產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的感覺的一種頭戴式立體顯示器。其顯示原理是左右眼屏幕分別顯示左右眼的圖像，人眼獲取這種帶有差異的信息后在腦海中產(chǎn)生立體感。虛擬現(xiàn)實頭顯作為虛擬現(xiàn)實的顯示設(shè)備，具有小巧和封閉性強的特點，在軍事訓(xùn)練，虛擬駕駛，虛擬城市等項目中具有廣泛的應(yīng)用。

　　(2)雙目全方位顯示器

　　雙目全方位顯示器(BOOM)是一種偶聯(lián)頭部的立體顯示設(shè)備，是一種特殊的頭部顯示設(shè)備。使用BOOM比較類似使用一個望遠鏡，它吧兩個獨立的CRT顯示器捆綁在一起，由兩個相互垂直的機械臂支撐，這不僅讓用戶可以在半徑2m的球面空間內(nèi)用手自由操縱顯示器的位置，還能將顯示器的重量加以巧妙的平衡而使之始終保持水平，不受平臺運動的影響。在支撐臂上的每個節(jié)點處都有位置跟蹤器，因此BOOM和HMD一樣有實時的觀測和交互能力。

　　(3)CRT終端-液晶光閘眼鏡

　　CRT終端-液晶光閘眼鏡立體視覺系統(tǒng)的工作原理是：有計算機分別產(chǎn)生左右眼的兩幅圖像，經(jīng)過合成處理之后，采用分時交替的方式顯示在CRT終端上。用戶則佩戴一副與計算機相連的液晶光閘眼鏡，眼鏡片在驅(qū)動信號的作用下，將以與圖像顯示同步的速率交替開和閉，即當(dāng)計算機顯示左眼圖像時，右眼透鏡將被屏蔽，顯示右眼圖像時，左眼透鏡被屏蔽。根據(jù)雙目視察與深度距離正比的關(guān)系，人的視覺生理系統(tǒng)可以自動的將這兩幅視察圖像合成一個立體圖像。

　　(4)大屏幕投影-液晶光閘眼鏡

　　大屏幕投影-液晶光閘眼鏡立體視覺系統(tǒng)原理和CRT顯示一樣只是將分時圖像CRT顯示改為大屏幕顯示，用于投影的CRT或者數(shù)字投影機要求極高的亮度和分辨率，它適合在較大的使用內(nèi)產(chǎn)生投影圖像的應(yīng)用需求。

　　洞穴式VR系統(tǒng)就是一種基于投影的環(huán)繞屏幕的洞穴自動化虛擬環(huán)境CAVE(Cave Automatic Virtual Environment)。人置身于有計算機生成的世界中，并能在其中來回走動，從不同的角度觀察他，觸摸它、改變他的形狀。大屏幕投影系統(tǒng)出了CAVE還有圓柱形的投影屏幕和有矩形拼接構(gòu)成的投影屏幕等。

　　(5)CAVE洞穴式虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)

　　CAVE投影系統(tǒng)是由3個面以上(含3面)硬質(zhì)背投影墻組成的高度沉浸的虛擬演示環(huán)境，配合三維跟蹤器，用戶可以在被投影墻包圍的系統(tǒng)近距離接觸虛擬三維物體，或者隨意漫游“真實”的虛擬環(huán)境。CAVE系統(tǒng)一般應(yīng)用于高標(biāo)準(zhǔn)的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。至紐約大學(xué)94年建立第一套CAVE系統(tǒng)以來，CAVE已經(jīng)在全球超過600所高校、國家科技中心、各研究機構(gòu)進行了廣泛的應(yīng)用。

　　CAVE系統(tǒng)是一種基于多通道視景同步技術(shù)和立體顯示技術(shù)的房間式投影可視協(xié)同環(huán)境，該系統(tǒng)可提供一個房間大小的最小三面或最大七十面(2004年)立方體投影顯示空間，供多人參與，所有參與者均完全沉浸在一個被立體投影畫面包圍的高級虛擬仿真環(huán)境中，借助相應(yīng)虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備(如數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器等)，從而獲得一種身臨其境的高分辨率三維立體視聽影像和6自由度交互感受。由于投影面幾能夠覆蓋用戶的所有視野,所以VR-PLATFORM CAVE系統(tǒng)能提供給使用者一種前所未有的帶有震撼性的身臨其境的沉浸感受。

　　(6)智能眼鏡

　　智能眼鏡是一個非常有創(chuàng)意的產(chǎn)品，可以直接解放大家的雙手，讓大家不需要用手一直拿著設(shè)備，也不需要用手連續(xù)點擊屏幕輸入。智能眼鏡配合自然交互界面，相當(dāng)于現(xiàn)在手持終端的圖像接口，不需要點擊，只需要使用人的本能行為，例如：搖頭晃腦、講話、轉(zhuǎn)眼等，就可以和智能眼鏡進行交互。因此，這種方式提高了用戶體驗，操作起來更加自然隨心。

　　聲音設(shè)備編輯

　　(1)三維立體聲

　　三維聲音不是立體聲的概念，而是由計算機生成的、能由人工設(shè)定聲源在空間中的三維位置的一種合成聲音。這種聲音技術(shù)不僅考慮到人的頭部、軀干對聲音反射所產(chǎn)生的影響，還對人的頭部進行實時跟蹤，是虛擬聲音能隨著人的頭部運動相應(yīng)的變化，從而能夠得到逼真的三維聽覺效果。

　　(2)語音識別

　　VR的語音識別系統(tǒng)讓計算機具備人類的聽覺功能，是人-機以語言這種人類最自然的方式進行信息交換。必須根據(jù)人類的發(fā)生機理和聽覺機制，給計算機配上“發(fā)聲器官”和“聽覺神經(jīng)”。當(dāng)參與者對微音器說話時米計算機將所說的話轉(zhuǎn)換為命令流，就像從鍵盤輸入命令一樣，在VR系統(tǒng)中，最有力的也是最難的是語音識別。

　　VR系統(tǒng)中的語音識別裝置，主要用于合并其他參與者的感覺道(聽覺道、視覺道)。語音識別系統(tǒng)在大量數(shù)據(jù)輸入時，可以進行處理和調(diào)節(jié)，像人類在工作負(fù)擔(dān)很重的時候?qū)簳r關(guān)閉聽覺道一樣。不過在這種情況下，將影響語音識別技術(shù)的正常使用。

　　交互設(shè)備編輯

　　(1)數(shù)據(jù)手套

　　數(shù)據(jù)手套是虛擬仿真中最常用的交互工具。 數(shù)據(jù)手套設(shè)有彎曲傳感器，彎曲傳感器由柔性電路板、力敏元件、彈性封裝材料組成，通過導(dǎo)線連接至信號處理電路;在柔性電路板上設(shè)有至少兩根導(dǎo)線，以力敏材料包覆于柔性電路板大部，再在力敏材料上包覆一層彈性封裝材料，柔性電路板留一端在外，以導(dǎo)線與外電路連接。把人手姿態(tài)準(zhǔn)確實時地傳遞給虛擬環(huán)境，而且能夠把與虛擬物體的接觸信息反饋給操作者。使操作者以更加直接，更加自然，更加有效的方式與虛擬世界進行交互，大大增強了互動性和沉浸感。并為操作者提供了一種通用、直接的人機交互方式，特別適用于需要多自由度手模型對虛擬物體進行復(fù)雜操作的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。數(shù)據(jù)手套本身不提供與空間位置相關(guān)的信息，必須與位置跟蹤設(shè)備連用。

　　(2)力矩球

　　力矩球(空間求Space Ball)是一種可提供為6自由度的外部輸入設(shè)備，他安裝在一個小型的固定平臺上。6自由度是指寬度、高度、深度、俯仰角、轉(zhuǎn)動角和偏轉(zhuǎn)角，可以扭轉(zhuǎn)、擠壓、拉伸以及來回?fù)u擺，用來控制虛擬場景做自由漫游，或者控制場景中某個物體的空間位置機器方向。力矩球通常使用發(fā)光二極管來測量力。他通過裝在求中心的幾個張力器測量出手所施加的力，閉關(guān)將其測量值轉(zhuǎn)化為三個平移運動和三個旋轉(zhuǎn)運動的值送入計算機中，計算機根據(jù)這些值來改變其輸出顯示。力矩球在選取對象時不是很直觀，一般與數(shù)據(jù)手套、立體眼鏡配合使用。3

　　(3)操縱桿

　　操縱桿是一種可以提供前后左右上下6個自由度及手指按鈕的外部輸入設(shè)備。適合對虛擬飛行等的操作。由于操縱桿采用全數(shù)字化設(shè)計，所以其精度非常高。無論操作速度多快，他都能快速做出反應(yīng)。

　　操縱桿的優(yōu)點是操作靈活方便，真實感強，相對于其他設(shè)備來說價格低廉。缺點是只能用于特殊的環(huán)境，如虛擬飛行。

　　(4)觸覺反饋裝置

　　在VR系統(tǒng)中如果沒有觸覺反饋，當(dāng)用戶接觸到虛擬世界的某一物體時易使手穿過物體，從而失去真實感。解決這種問題的有效方法是在用戶交互設(shè)備中增加觸覺反饋。觸覺反饋主要是居于視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經(jīng)肌肉模擬等方法來實現(xiàn)的。向皮膚反饋可變點脈沖的電子觸感反饋和直接刺激皮層的神經(jīng)肌肉模擬反饋都不太安全，相對而言，氣壓式和振動觸感是是較為安全的觸覺反饋方法。

　　氣壓式觸摸反饋是一種采用小空氣袋作為傳感裝置的。它由雙層手套組成，其中一個輸入手套來測量力，有20~30個力敏元件分布在手套的不同位置，當(dāng)使用者在VR系統(tǒng)中產(chǎn)生虛擬接觸的時候，檢測出手的各個部位的手里情況。用另一個輸出手套再現(xiàn)所檢測的壓力，手套上也裝有20~30個空氣袋放在對應(yīng)的位置，這些小空氣袋由空氣壓縮泵控制其氣壓，并由計算機對氣壓值進行調(diào)整，從而實現(xiàn)虛擬手物碰觸時的觸覺感受和手里情況。該方法實現(xiàn)的觸覺雖然不是非常的逼真，但是已經(jīng)有較好的結(jié)果。

　　振動反饋是用聲音線圈作為振動換能裝置以產(chǎn)生振動的方法。簡單的換能裝置就如同一個未安裝喇叭的聲音線圈，復(fù)雜的換能器是利用狀態(tài)記憶合金支撐。當(dāng)電流通過這些換能裝置時，它們都會發(fā)生形變和彎曲?？赡芨鶕?jù)需要把換能器做成各種形狀，把它們安裝在皮膚表面的各個位置。這樣就能產(chǎn)生對虛擬物體的光滑度、粗糙度的感知。

　　(5)力覺反饋裝置

　　力覺和觸覺實際是兩種不同的感知，觸覺包括的感知內(nèi)容更加豐富如接觸感、質(zhì)感、紋理感以及溫度感等;力覺感知設(shè)備要求能反饋力的大小和方向，與觸覺反饋裝置相比，力反饋裝置相對成熟一些。目前已經(jīng)有的力反饋裝置有：力量反饋臂，力量反饋操縱桿，筆式六自由度游戲棒等。其主原理是有計算機通過里反饋系統(tǒng)對用戶的手、腕、臂等運動產(chǎn)生阻力從而使用戶感受到作用力的方向和大小。

　　由于人對力覺感知非常敏感，一般精度的裝置根本無法滿足要求，而研制高精度里反饋裝置又相當(dāng)昂貴，這是人們面臨的難題之一。

　　(6)運動捕捉系統(tǒng)

　　在VR系統(tǒng)中為了實現(xiàn)人與VR系統(tǒng)的交互，必須確定參與者的頭部、手、身體等位置的方向，準(zhǔn)確地跟蹤測量參與者的動作，將這些動作實時監(jiān)測出來，以便將這些數(shù)據(jù)反饋給顯示和控制系統(tǒng)。這些工作對VR系統(tǒng)是必不可少的，也正是運動捕捉技術(shù)的研究內(nèi)容。

　　到目前為止，常用的運動捕捉技術(shù)從原理上說可分為機械式、聲學(xué)式、電磁式、和光學(xué)式。同時，不依賴于傳感器而直接識別人體人體特征的運動捕捉技術(shù)也將很快進入實用。

　　從技術(shù)角度來看，運動捕捉就是要測量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運動軌跡。

　　(7)機械式運動捕捉

　　機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。典型的系統(tǒng)由多個關(guān)節(jié)和剛性連桿組成，在可轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)中裝有角度傳感器，可以測得關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的變化情況。裝置運動是，根據(jù)角度傳感器所測得的角度變化和連桿的昂度，可以得出桿件末端點在空間中的位置和運動軌跡。實際上，裝置上任何一點的軌跡都可以求出，剛性連桿也可以換成長度可變的伸縮桿。

　　機械式運動捕捉的一種應(yīng)用形式是將欲捕捉的運動物體與機械結(jié)構(gòu)相連，物體運動帶動機械裝置，從而被傳感器記錄下來。這種方法的優(yōu)點是成本低、精度高、可以做到實時測量，還可以允許多個角色同時表演，但是使用起來非常不方便，機械結(jié)構(gòu)對表演者的動作的阻礙和限制很大。

　　(8)聲學(xué)運動捕捉

　　常用的聲學(xué)捕捉設(shè)備由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是一個固定的超聲波發(fā)送器，接收器一般由呈三角形排列的三個超聲波探頭組成。通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時間或者相位差，系統(tǒng)可以確定接收器的位置和方向。

　　這類裝置的成本較低，但對運動的捕捉有較大的延遲和滯后，實時性較差，精度一般不很高，聲源和接收器之間不能有大的遮擋物，受噪聲影響和多次反射等干擾較大。由于空氣中聲波的速度與大氣壓、濕度、溫度有關(guān)，所以必須在算法中做出相應(yīng)的補償。

　　(9)電磁式運動捕捉

　　電磁式運動捕捉是比較常用的運動捕捉設(shè)備。一般由發(fā)射源、接受傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間按照一定時空規(guī)律分布的電磁場;接受傳感器安置在表演者沿著身體的相關(guān)位置，隨著表演者在電磁場中運動，通過電纜或者無線方式與數(shù)據(jù)處理單元相連。

　　它對環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，在使用場地附近不能有金屬物品，否則會干擾電磁場，影響精度。系統(tǒng)的允許范圍比光學(xué)式要小，特別是電纜對使用者的活動限制比較大，對于比較劇烈的運動則不適用。

　　(10)光學(xué)式運動捕捉

　　光學(xué)式運動捕捉通過對目標(biāo)上特定光點的監(jiān)視和跟蹤來完成運動捕捉的任務(wù)。目前常見的光學(xué)式運動捕捉大多數(shù)居于計算機視覺原理。從理論上說，對于空間中的一個點，只要他能同時被兩個相機縮減，則根據(jù)同一時刻兩個相機所拍攝的圖像和相機參數(shù)，可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當(dāng)相機以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該店的運動軌跡。

　　這種方法的缺點就是價格昂貴，雖然可以實時捕捉運動，但后期處理的工作量非常大，對于表演場的光照、反射情況有一定的要求，裝置定標(biāo)也比較繁瑣。

　　(11)數(shù)據(jù)衣

　　在VR系統(tǒng)中比較常用的運動捕捉是數(shù)據(jù)衣。數(shù)據(jù)衣為了讓VR系統(tǒng)識別全身運動而設(shè)計的輸入裝置。他是根據(jù)‘數(shù)據(jù)手套’的原理研制出來的，這種衣服裝備著許多觸覺傳感器，穿在身上，衣服里面的傳感器能夠根據(jù)身體的動作探測和跟蹤人體的所有動作。數(shù)據(jù)衣對人體大約50個不同的關(guān)節(jié)進行測量，包括膝蓋、手臂、軀干和腳。通過光電轉(zhuǎn)換，身體的運動信息被計算機識別，反過來衣服也會反作用在身上產(chǎn)生壓力和摩擦力，使人的感覺更加逼真。

　　和HMD，數(shù)據(jù)手套一樣數(shù)據(jù)衣也有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便的缺點，另外數(shù)據(jù)衣還存在著一個潛在的問題就是人的體型差異比較大。為了檢測全身，不但要檢測肢體的伸張狀況，而且還要檢測肢體的空間位置和方向，這需要許多空間跟蹤器。