文档介绍：虚拟现实技术
2022/2/9
虚拟现实技术
虚拟现实的硬件设备
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第2章 虚拟现实系统的硬件设备
本章主要包含的内容：
视觉感知设备概述；
听觉感知设备概述；
触觉和力反响设备；
位置跟踪设备；
虚拟现实电视、动画、虚拟现实等显示的根底。临界熔合频率〔Critical Fusion Frequency, CFF〕效果会产生把离散图像序列组合成连续视觉的能力，CFF最低20Hz，并取决于图像尺寸和亮度。英国电视帧频25Hz，美国电视帧频30Hz。电影帧频24Hz。眼对闪烁的敏感正比于亮度，所以假设白天的图像更新率为60Hz，那么夜间只要30Hz。
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人类视觉模型
6〕视场
视场是指人眼能够观察到的最大范围，通常以角度来表示，视场越大, 观测范围越大。视场通常从水平和垂直两个方向来说明，人眼正常的视场约为水平±100˚，垂直±60˚，而水平的双目重叠视场120˚。实际的全景显示产生水平±100˚，垂直±30˚视场，即可有很强的沉浸感。
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视觉感知设备主要向用户提供立体视觉的场景显示，并且这种场景的变化会实时变化。此类设备的关键技术是立体显示。采用两种方法来实现。一种是同时显示左右两幅图像，称之为同时显示技术(time-parallel)，它是让两幅图像存在细微的差异，使双眼只能看到相应的图像。这种技术主要用在头盔显示器中。另一种技术是分时显示技术，以一定的频率交替显示两幅图像，为了保证每只眼睛只能看到各自相应的图像，用户通过以相同频率同步切换的有源或无源立体眼睛来观察图像。此技术主要使用在立体眼睛上。
视觉感知设备
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
头盔显示器是专为用户提供虚拟现实中景物的彩色立体显示器，目前较普遍采用的一种立体显示设备。通常用机械的方法固定在用户的头部，头与头盔之间不能有相对运动，当头部运动时，头盔显示器随着头部运动而运动。头盔配有位置跟踪器，用于实时探测头部的位置和朝向，并反响给计算机。计算机根据这些反响数据生成反映当前位置和朝向的场景图像并显示在头盔显示器的屏幕上。通常，头盔显示器的显示屏采用两个LCD或者CRT显示器分别向两只眼睛显示图像，这两个图像由计算机分别驱动，两个图像存在着微小的差异，类似于“双眼视差〞。大脑将融合这两个图像获得深度感知，得到一个立体的图像。
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
由于头盔显示器所用屏幕离眼睛很近。因此，为了使眼睛聚焦于如此近的距离而不易产生疲劳，需要使用专门的镜片。并且此镜片必须能够放大图像，向双眼提供尽可能宽的视野。在1989年首次推出了这种镜片，被称为LEEP镜片。LEEP镜片的特征是它们使用输出成像极其宽阔的透镜。
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
在头盔中LEEP光学系统实现立体视觉的根本原理：
〔a〕为单眼视觉的原理，图中可见虚像比屏幕离开眼睛更远。
〔b〕为立体视觉的原理。图中的一个目标点，在两个屏幕上的像素分别为A1和A2。它们在屏幕上的位置之差，就是立体视差。这两个像素的虚像分别为B1和B2。双目视觉的融合，人就感到这个目标点在C点，就是感觉的点。
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
LEEP镜片的光学模型——单眼光学模型
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
LEEP镜片的光学模型——双眼立体光学模型
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
在头盔中有立体显示和平面显示两种显示方式。立体显示的VR系统，为两眼分别计算具有视差的不同的图像。平面显示的VR系统，为两眼提供相同的图像。
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
头盔显示器的显示技术——立体显示
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1. 头盔显示器(Head——Mounted Display,HMD)
视觉感知设备
头盔显示器的显示技术——平面显示
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