智能娱乐设备：让生活更有趣

（1）VR头盔显示器头盔显示器（Head Mounted Displays，HMD）是专门为用户提供虚拟现实中立体场景的显示器，一般由下面几个部分组成：图像显示信息源、图像成像的光学系统、定位传感系统、电路控制机连接系统、头盔及配重装备。两个显示器分别向两只眼睛提供图像，显示器发射的光线经过凸透镜影响折射产生类似远方的效果，利用这个效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的全像视觉。HMD可以使参与者暂时与现实世界隔离，完全处于沉浸状态，因而它成为沉浸式VR系统不可缺少的视觉输出设备（图11-5）。

图像显示信息源是指图像信息显示器件，一般采用微型高分辨率CRT或者LCD等平板显示器件。CRT和LCD是最常用的两种设备，CRT具有高分辨率、高亮度、响应速度快和低成本的特性，不足之处是功耗较大、体积大、质量大。LCD的优点是功耗小、体积小、质量小，不足之处是显示亮度低，响应速度较慢。

图11-5　VR头盔显示器

头盔显示器可以根据需要设计成为全投入式和半投入式。全投入式头盔显示器将显示器件的图像经过放大、畸变等相差矫正以及中继等光学系统在观察者眼前成放大的虚像：半投入式头盔显示器是将经过矫正放大的虚像投射到观察者眼前的半反半透的光学玻璃上，这样显示的图像就叠加在透过玻璃的外界图像之上，观察者可以得到显示的信息和外部的信息。

头盔的定位传感系统是与光学系统同等重要的一部分。它包括头部的定位和眼球的定位。眼球的定位主要应用于标准系统上，一般采用红外图像的识别处理跟踪来获得眼球的运动信息。头部的定位采用的方法比较多，如超声波、磁、红外、发光二极管等的定位系统，头部的定位提供位置和指向等6个自由度的信息。头盔上装有位置跟踪器，可实时测出头部的位置和朝向，并输入计算机。计算机根据这些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。

① 头盔显示器的基本参数主要包括：

显示模式、显示视野、视野双目重叠、显示分辨率、眼到虚拟图像的距离、眼到目镜距离、物面距离、目标域半径、视轴间夹角、瞳孔距离、焦距、出射光瞳、图像像差、视觉扭曲矫正、质量、视频输出等。

② 头盔显示器的工作原理：

a.将图像投影到用户面前1～5m的位置，通过放置在HMD小图像面板和用户眼睛之间的特殊光学镜片实现图像放大，填充人眼的视场角。(www.xing528.com)

b.场景放大的同时，像素间距也随之放大。

c.HMD分辨率越低，视场角（Field of View，FOV）越高，颗粒度越大。

③ HMD的显示技术分普通消费级和专业级两种：

a.普通消费级：使用LCD显示器，主要为个人观看电视节目和视频游戏设计，接受NTSC/PAL单视场视频输入。

b.专业级：使用CRT显示器，分辨率更高，接受RGB视频输入，配备头部运动跟踪器。

（2）数据手套

图11-6　数据手套

数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板上，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接。它把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境，而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者，使操作者以更加直接、自然、有效的方式与虚拟世界进行交互，大大增强了互动性和沉浸感，并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式。它特别适用于需要多自由度手模型对虚拟物体进行复杂操作的虚拟现实系统。数据手套本身不提供与空间位置相关的信息，必须与位置跟踪设备配合使用（图11-6）。

除了能够跟踪手的位置和方位外，数据手套还可以用于模拟触觉。戴上这种特殊的数据手套就可以以一种新的形式去体验虚拟世界。使用者可以伸出戴手套的手去触碰虚拟世界里的物体，当碰到物体表面时，不仅可以感觉到物体的温度、光滑度以及物体表面的纹理等集合特性，还能感觉到稍微的压力作用。虽然没有东西阻碍手继续下按，但是往下按得越深手上感受到的压力就会越大，松开时压力又消失了。模拟触觉的关键是获得某种材质的压力或皮肤的变形数据。