虚拟和增强现实——输入和输出设备

输入与输出设备

• VR设备的基本目的： 用设备给人各种感官上的体验（视觉，听觉，触觉等），给人以现实世界中的感受。

输入设备

• 输入设备是用户和计算机或其他设备通信的桥梁。

跟踪定位设备

• 跟踪器实时测量用户身体或局部的动态位置和方向信息。
• 三种常用跟踪器：电磁跟踪器，光学跟踪器，超声波跟踪器、其他类型的跟踪器：机械跟踪器，惯性跟踪器，GPS跟踪器，混合跟踪器等
• 六个自由度：X，Y，Z坐标值以及仰视角（Pitch），横滚角（Roll），航向角（Yaw）
• 跟踪器的性能指标：精度和分辨率、抖动、偏差和延迟。
• 精度： 对象真实的三维位置和跟踪器测量的三维位置之间的差值。
• 分辨率： 定位技术能检测出的最小位置变化。
• 抖动： 跟踪对象固定不变时，跟踪器输出结果的变化。
• 偏差： 跟踪器随时间推移而累积的误差。
• 延迟： 动作与结果之间的时间差。（对象位置或方向的变化与跟踪器检测这种变化之间的时间差）

电磁跟踪器

• 利用磁场的强度来进行位置和方向跟踪
• 优点： 敏感性不依赖于跟踪方位角的角度，不受视线阻挡得限制，体积小价钱便宜
• 缺点： 延迟较长，跟踪范围小，容易受环境中金属物体及其他磁场物体的影响

超声波跟踪器

• 飞行时间法和相位相干法
• 优点： 不受磁场及金属物体的影响，不产生电磁辐射，价钱便宜
• 缺点： 更新率低，超声波在空中的传播衰减，发射器与接收器之间要求无遮挡，背景噪声和其他超声源会破坏跟踪器信号

光学跟踪器

• 主要技术：标志系统、模式识别系统和激光测距系统
• 优点： 在近距离内非常准确且不受磁场和声场的干扰，不受金属物质的干扰，较高的更新率和较低的延迟
• 缺点： 要求光源和探测器可视，跟踪的角度范围有限

惯性跟踪器

• 陀螺仪和加速度计是两个关键部件
• 优点： 不存在发射源，不怕遮挡，没有外界干扰，有限大的工作空间，抖动很小
• 缺点： 快速积累误差，由于重力场，容易产生噪声与校准错误，位置和方向会发生漂移

机械跟踪器

• 通过机械连杆装置上的参考点与被测物体相接触的方法来检测其位置的变化
• 优点： 简单且易使用，不受周围环境中金属物体与磁场的影响，抖动比较小，延迟比较低，与被跟踪物体之间无视觉阻挡问题
• 缺点： 机械臂受尺寸限制，工作范围有限，人机工程学问题，降低沉浸感

数据手套

• 测量用户手指实时位置的设备
• 不同数据手套之间的区别： 所使用传感器的类型，每个手指分配传感器的数目，感知分辨率，手套采样率，支持活动范围
• 数据手套设有弯曲传感器，一个节点对应一个传感器，有5节点、14节点、18节点、22节点之分

三维鼠标

• 从不同角度和方位对三维物体进行观察，浏览和操作

数据衣

• 通过光电转换，身体的运动信息被计算机识别，反过来衣服也会反作用在身体上产生压力和摩檫力，使人的感受更加逼真。

输出设备

头盔显示器

• 由两个LED屏分别显示左右眼的图像 ，这两个图像由计算机驱动，且存在视差 ，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感 。

图形显示设备

• 光波导，多焦面显示技术，可变焦显示技术，焦面显示技术，多种广场显示技术

大屏幕三维立体投影显示系统

• 大屏幕三维立体投影显示系统 是一种典型、实用、高级的沉浸式虚拟显示系统，通常可分为单通道立体投影系统，多通道环幕立体投影系统，CAVE投影系统，球面投影系统

单通道立体投影系统

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立体眼镜

• 立体眼镜以其简单的结构，轻巧的外形和低廉的价格，成为虚拟现实体验设备理想的选择
• 有源立体眼镜，无源立体眼镜

声音输出设备

• 听音辨位，利用了时间差异和强度差异

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