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虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)實(shí)驗(yàn)室維護(hù)

文章來源:SouVR 作者:Frank 發(fā)布時(shí)間:2015年12月29日 點(diǎn)擊數(shù): 931 次
 
任何一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都需要有一套功能完備的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái),一般包括三個(gè)部分,一是立體展示部分,即高性能圖像生成及處理系統(tǒng),通常為高性能的圖形計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)工作站和顯示端;一部分為虛擬現(xiàn)實(shí)交互部分,是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的精髓,離開實(shí)時(shí)交互,虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用將失去其存在的價(jià)值和意義,這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維動(dòng)畫和多媒體應(yīng)用的最根本的區(qū)別。在虛擬現(xiàn)實(shí)交互應(yīng)用中通常會(huì)借助于一些面向特定應(yīng)用的特殊虛擬外設(shè)(比如:力或觸覺反饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器或6自由度空間鼠標(biāo)、操縱桿等等);另一部分為軟件開發(fā)平臺(tái),即面向應(yīng)用對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)。這其中面向應(yīng)用對(duì)象的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)是最主要的,它在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)過程中承擔(dān)著三維圖形場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的建立和應(yīng)用功能的二次開發(fā),是虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)的高層API,同時(shí)也是連接VR外設(shè)、建立數(shù)學(xué)模型和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)平臺(tái),沒有它將無法開發(fā)出功能完善的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序。
 
一、立體展示部分
 
立體展示部分是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中最重要的3D/VR圖形顯示輸出系統(tǒng),其核心部分是立體顯示設(shè)備,它將VR工作站生成的高分辨率3D/VR場(chǎng)景以高清立體的方式顯示出來,讓要交互的三維虛擬世界高度逼真地浮現(xiàn)于參與者的眼前。參與者可從不同的角度和方位自由地進(jìn)行交互、操縱,實(shí)現(xiàn)三維虛擬世界的實(shí)時(shí)交互和實(shí)時(shí)漫游。在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)中,通常有多種顯示系統(tǒng)或設(shè)備,比如:立體投影系統(tǒng)、頭盔顯示器(數(shù)字頭盔)、立體顯示器等。
 
1、立體投影系統(tǒng)
 
立體投影系統(tǒng)有被動(dòng)式立體投影和主動(dòng)式立體投影,被動(dòng)式立體投影是通過光的偏振原理來實(shí)現(xiàn)的,即采用兩臺(tái)投影機(jī)同步放映圖像,將兩臺(tái)投影機(jī)前的偏光片的偏振方向互相垂直,讓產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。而偏振光投射到專用的投影幕上再反射到觀眾位置時(shí)偏振光方向須不改變,觀眾通過偏光眼鏡每只眼睛只能看到相應(yīng)的偏振光圖像,從而在視覺神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生立體感覺;主動(dòng)式立體投影需要內(nèi)置液晶(LCD)快門的眼鏡來交替地空白左右眼信息。一個(gè)分離的IR發(fā)送器發(fā)送同步信息到眼鏡。這種方法在技術(shù)上更耐用,且投影機(jī)必須配備空白間隔的與快門速度相匹配。主動(dòng)式立體投影的優(yōu)點(diǎn)是可在任何投影屏幕上來實(shí)現(xiàn)。 
 
產(chǎn)品推薦:?jiǎn)瓮ǖ廊S投影、多通道環(huán)幕投影、多通道平板投影、沉浸式CAVE系統(tǒng)、球面體投影系統(tǒng)。
 
 
立體顯示器裸眼立體顯示器和偏振立體顯示器之分。裸眼立體顯示器不需要用戶戴眼鏡即可感覺到立體效果,裸眼立體顯示器大多處于研發(fā)階段,并且主要應(yīng)用在工業(yè)商用顯示市場(chǎng),所以大眾消費(fèi)者接觸的不多。從技術(shù)上來看,裸眼立體顯示器分為光屏障式(Barrier)、柱狀透鏡(Lenticular Lens)技術(shù)和指向光源(Directional Backlight)三種,裸眼立體顯示器最大的優(yōu)勢(shì)便是擺脫了眼鏡的束縛;偏振立體顯示器是根據(jù)人的左右眼在觀察事物的時(shí)候成像不同,在播放影片的時(shí)候同事播放2組畫面,一組畫面進(jìn)入左眼,一組畫面進(jìn)入右眼,這樣就會(huì)像產(chǎn)生立體感覺(注釋:觀看的時(shí)候必須佩戴偏振立體眼睛觀看)。
 
 
3、頭戴式立體顯示系統(tǒng)
 
頭戴式立體顯示系統(tǒng)即頭戴式立體顯示器數(shù)字頭盔),采用頭戴式立體顯示器數(shù)字頭盔)會(huì)為用戶帶來較強(qiáng)的沉浸感,猶如身臨其境,頭戴式立體顯示器(HMD)為戴在頭部的小型立體顯示器,用戶所看到的圖像大小相當(dāng)于數(shù)碼之外的大型屏幕。
 
 
二、虛擬現(xiàn)實(shí)交互部分
 
虛擬現(xiàn)實(shí)交互部分是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最本質(zhì)的特征和要求之一,也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的精髓,離開虛擬現(xiàn)實(shí)交互,虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用將失去其存在的價(jià)值和意義,這也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維動(dòng)畫和多媒體應(yīng)用的最根本的區(qū)別。在虛擬現(xiàn)實(shí)交互應(yīng)用中通常會(huì)借助于一些面向特定應(yīng)用的特殊虛擬外設(shè),它們主要是6自由度的虛擬交互設(shè)備,比如:力反饋設(shè)備、數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器、3D鼠標(biāo)等等。
 
1、力反饋設(shè)備 
 
所謂力反饋(Force Feedback),本來是應(yīng)用于軍事上的一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),它利用機(jī)械表現(xiàn)出的反作用力,將游戲數(shù)據(jù)通過力反饋設(shè)備表現(xiàn)出來,可以讓用戶身臨其境地體驗(yàn)游戲中的各種效果。 力反饋技術(shù)能將游戲中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成用戶可以感覺到的效果,例如道路上的顛簸或者轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤感受到的反作用力,這些效果都是力反饋控制芯片“播放”出來的,
 
推薦品牌:HAPTION力反饋設(shè)備、Sensable力反饋設(shè)備。
 
 
數(shù)據(jù)手套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(hào)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(shí)時(shí)地傳遞給虛擬環(huán)境。
 
 
 
位置追蹤器又稱空間位置跟蹤器,是指作用于空間跟蹤與定位的裝置,一般與其他VR設(shè)備結(jié)合使用,如:數(shù)字頭盔立體眼鏡數(shù)據(jù)手套等,使參與者在空間上能夠自由移動(dòng)、旋轉(zhuǎn),不局限于固定的空間位置。操作更加靈活、自如、隨意。產(chǎn)品有六個(gè)自由度和三個(gè)自由度之分,當(dāng)接收傳感器在空間移動(dòng)時(shí),能夠精確地計(jì)算出其位置和方位。該設(shè)備 消除了延遲帶來的問題,因?yàn)樗峁┝藙?dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的六自由度的測(cè)量位置(X, Y, 和 Z 笛卡爾坐標(biāo)) 和方位(俯仰角、偏行角、滾動(dòng)角),無論在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域,還是在控制模擬器的投影機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí),還是在生物醫(yī)學(xué)的研究中,它是測(cè)量運(yùn)動(dòng)范圍和肢體旋轉(zhuǎn)的理想選擇。它是快速、精確、而且容易使用。
 
推薦品牌:Polhemus 電磁式無線追蹤系統(tǒng)、Xsens慣性位置追蹤器、Ascension電磁式位置追蹤器。
 
4、3D鼠標(biāo)
 
3D鼠標(biāo)具備多自由度的傳感器,多個(gè)導(dǎo)航設(shè)置鍵等可實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬立體空間內(nèi)的虛擬物體的操作。
 
推薦產(chǎn)品:3D Connexion SpaceMouse 專業(yè)版、3DConnexion SpacePilot PRO、3DConnexion 探索者 SpaceExplorer serial、3DConnexion SpacePilot宇航者、3DConnexion 魔幻手 SpaceNavigator。
 
三、軟件開發(fā)平臺(tái)
 
開發(fā)平臺(tái)部分是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心部分,負(fù)責(zé)整個(gè)VR場(chǎng)景的開發(fā)、運(yùn)算、生成,是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)最基本的物理平臺(tái),同時(shí)連接和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的其它各個(gè)子系統(tǒng)的工作和運(yùn)轉(zhuǎn),與他們共同組成一個(gè)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。沒有軟件平臺(tái)各種設(shè)備將無法正常工作,軟件平臺(tái)是在系統(tǒng)搭建前通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)軟件開發(fā)出來的一套軟件平臺(tái),其各種交互操作、共能都被預(yù)先設(shè)定好。常用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)有:Unity3D、Virtools等。
 
推薦產(chǎn)品:Unity3D 、Virtools
 
應(yīng)用領(lǐng)域:
 
適用于軍事模擬訓(xùn)練、CAD/CAM(虛擬制造、虛擬裝配)、建筑設(shè)計(jì)與城市規(guī)劃、虛擬生物醫(yī)學(xué)工程、科學(xué)可視化、教學(xué)演示等等諸多領(lǐng)域。
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