虛擬現(xiàn)實（VR）實驗室維護
文章來源：SouVR
作者：Frank
發(fā)布時間：2015年12月29日
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任何一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)都需要有一套功能完備的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)平臺,，一般包括三個部分,，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算機或虛擬現(xiàn)實工作站和顯示端,；一部分為虛擬現(xiàn)實交互部分，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的精髓,，離開實時交互,，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用將失去其存在的價值和意義，這也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與三維動畫和多媒體應(yīng)用的最根本的區(qū)別,。在虛擬現(xiàn)實交互應(yīng)用中通常會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，即面向應(yīng)用對象的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用軟件開發(fā)平臺,。這其中面向應(yīng)用對象的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用軟件開發(fā)平臺是最主要的,，它在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)過程中承擔(dān)著三維圖形場景驅(qū)動的建立和應(yīng)用功能的二次開發(fā)，是虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)的高層API,，同時也是連接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，沒有它將無法開發(fā)出功能完善的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用程序,。
一,、立體展示部分
立體展示部分是整個虛擬現(xiàn)實系統(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行交互,、操縱,，實現(xiàn)三維虛擬世界的實時交互和實時漫游。在虛擬現(xiàn)實應(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)有被動式立體投影和主動式立體投影,，被動式立體投影是通過光的偏振原理來實現(xiàn)的,，即采用兩臺投影機同步放映圖像，將兩臺投影機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,，且投影機必須配備空白間隔的與快門速度相匹配,。主動式立體投影的優(yōu)點是可在任何投影屏幕上來實現(xiàn)。
產(chǎn)品推薦：單通道三維投影,、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),。
2、立體顯示器
立體顯示器有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,，所以大眾消費者接觸的不多,。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候成像不同,，在播放影片的時候同事播放2組畫面，一組畫面進入左眼,，一組畫面進入右眼,，這樣就會像產(chǎn)生立體感覺（注釋：觀看的時候必須佩戴偏振立體眼睛觀看）。
推薦品牌：Exceptional3D裸眼立體顯示器,、Tridelity裸眼立體顯示器,、Visumotion裸眼立體顯示器、VRLOGIC偏振立體顯示器,、Miracube偏振立體顯示器,、JVC偏振立體顯示器。
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）會為用戶帶來較強的沉浸感，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)實交互部分
虛擬現(xiàn)實交互部分是虛擬現(xiàn)實技術(shù)最本質(zhì)的特征和要求之一，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的精髓,，離開虛擬現(xiàn)實交互,，虛擬現(xiàn)實應(yīng)用將失去其存在的價值和意義，這也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與三維動畫和多媒體應(yīng)用的最根本的區(qū)別,。在虛擬現(xiàn)實交互應(yīng)用中通常會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)實技術(shù),，它利用機械表現(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,，
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。
3,、位置追蹤器
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,、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)品有六個自由度和三個自由度之分,，當(dāng)接收傳感器在空間移動時，能夠精確地計算出其位置和方位,。該設(shè)備 消除了延遲帶來的問題,，因為它提供了動態(tài)的、實時的六自由度的測量位置(X, Y, 和 Z 笛卡爾坐標(biāo)) 和方位（俯仰角,、偏行角,、滾動角），無論在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用領(lǐng)域,，還是在控制模擬器的投影機運動時,，還是在生物醫(yī)學(xué)的研究中，它是測量運動范圍和肢體旋轉(zhuǎn)的理想選擇,。它是快速、精確,、而且容易使用,。
4、3D鼠標(biāo)
3D鼠標(biāo)具備多自由度的傳感器,，多個導(dǎo)航設(shè)置鍵等可實現(xiàn)對虛擬立體空間內(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
開發(fā)平臺部分是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的核心部分,，負責(zé)整個VR場景的開發(fā)、運算,、生成,是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最基本的物理平臺,，同時連接和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的其它各個子系統(tǒng)的工作和運轉(zhuǎn)，與他們共同組成一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),。沒有軟件平臺各種設(shè)備將無法正常工作,，軟件平臺是在系統(tǒng)搭建前通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)軟件開發(fā)出來的一套軟件平臺，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)實系統(tǒng)開發(fā)平臺有：Unity3D、Virtools等,。
應(yīng)用領(lǐng)域：
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