虚拟系统的输出设备

虚拟系统的输出设备作用：通过模拟人在现实中的多种感受：视觉、听觉、触觉、力觉、嗅觉、味觉、痛感等使人体有沉浸感。

目前发展形势：相对成熟的有视觉、听觉、力觉感知设备。

1.视觉感知设备：向用户提供立体宽视野的场景显示，且场景的变化实时改变。

头盔式显示器，洞穴式立体显示装置，响应工作台显示装置，墙式投影显示装置。

2.听觉感知设备：提供虚拟世界中的三维真实感的声音的输入及播放。

专用声卡将单通道或普通立体声源信号处理成具有双耳效应的三维虚拟立体声。

3.力觉感知设备：包含一般的接触感，纹理感，温度感等。

目前仅能模拟一般的接触感，力觉反馈装置相对成熟。

1.视觉感知设备：（1）台式立体显示系统：分类：不闪式：不闪式三维显示器的画面是由左眼和右眼各读出540条线后，俩眼的影像在大脑重合，所以大脑所认知的影像是1080条线。

因此可以确定不闪式为全高清。

优点：1. 无闪烁，更健康2.高亮度，更明亮3. 无辐射，更舒适的眼镜4. 无重影，更逼真5.价格合理，性价比高快门式：图像以帧序列的格式实现左右帧交替产生，通过红外发射器将这些帧信号传输出去，负责接收的3D眼镜在刷新同步实现左右眼观看对应的图像，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉（摄像机拍摄不出来效果），便观看到立体影像。

缺点：1.眼镜需要配备电池，电池发射出来电磁波产生辐射，会诱发想不到的病变。

2.画面闪烁，如果长时间观看，增加眼球负担3.亮度大大折扣，并且眼镜很容易疲劳标志性/前沿产品：2008年美国平达系统公司也专门设立了展位展示SD2020 和SD2620w两款高端三维立体显示器。

相对于目前常用CRT显示器上的液晶眼镜，挂屏等传统三维显示方式，平达StereoMirror立体显示器所具有的无闪烁舒适观测方式，高亮度高对比度的影像显示，极高的立体显示质量吸引了每一位到访的专家，并被称为三维显示的革命性显示产品。

可以参考课本P71.原理：无源立体眼镜左右镜片只允许一个方向的偏正光通过，两个显示屏分别显示左右两眼有一定视差的图像，通过分光透镜使两眼分别只能看到显示器的左右视图。

特点：高分辨率，高高度，高对比度，观看舒适，可长时间使用，观看视角大，价格低廉。

有待提高：显示器尺寸较小，不能容纳更多观众，不适合多用户协同工作。

中国工程院张祖勋院士正在测评SD2020立体显示器（2）头盔显示器原理：将小型2维显示器所产生的影像藉由光学系统放大。

具体而言，小型显示器所发射的光线经过凸状透镜使影像因折射产生类似远方效果。

利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的全像视觉。

分类：CRT类LCD类VRD类VLSI类用途：飞行模拟和电子游戏优缺点：分辨率较低，不适用于多用户协同工作，设备过重，刷新频率慢，跟踪精度低，眼睛易疲劳。

标志性/前沿产品：1.2012年1月底，美国Silicon Micro Display(SMD)公司发布了一款真正的1080p全高清3D头戴式显示器-ST1080。

ST1080的显示屏采用两块0.74英寸的LCOS硅基液晶来成像，可以在很小的尺寸内做到超高分辨率。

单从硬件上比，头戴眼镜的重量只有180克，造型简约，ST1080的控制器也十分紧凑，重量只有106克，采用U S B接口供电，外挂的电池包可以提供5小时的连续使用时间。

分辨率达到全高清的1920×1080标准，可以给用户提供3米距离观看100英寸图像的视觉效果;亮度指标达到120cd/m2，对比度达到1200:1，色彩十分艳丽。

目前为止，ST1080尚未出现在市场上，SMD公司只是在官网上预先发售。

2.2017 年年初Kopin 推出了一款只有 1 英尺的微显示屏 Lightning（闪电）。

随后 6 月份，歌尔与 Kopin 宣布合作推出双眼 4K 基于微显示屏“闪电”精灵头盔（Elf）的参考设计。

歌尔方面表示，采用“闪电”微显示屏的首款产品将于 2018 年上市。

在外观上非常小巧，配备一对一英寸的 Kopin “闪电”显示器，分辨率都是 2048 x 2048，刷新率 120 Hz。

目前这款头盔还没有一体化的声音、IPD 调试、也没有位置追踪技术。

3.2017年9月华硕正式发布了自己的Windows混合现实头盔。

早在今年5月份，华硕就表示要推出头显设备，华硕确认了这款产品就叫做Windows Mixed Reality Headset，在外观上采用数百个3D多边形碰撞，虽然没有任何传感器，但这款设备却能能进行6自由度位置跟踪，可以支持和Oculus Rift或HTC Vive 这些虚拟现实头盔完全相同的内容，微软也将会对SteamVR提供支持。

Windows Mixed Reality Headset采用两个前置摄像头用于追踪，华硕表示不再需要额外的传感器或者软件。

另外华硕官方表示这款头显中的缓冲部分采用抗菌材料，此外顶部的头冠部分进行平衡和优化能够大幅减少对鼻子和面部的压力。

华硕表示这款头显设备是非常酷炫和舒适的，整体重量在400g以下。

在售价方面，欧洲地区的售价为449欧元（约合人民币3507元），在美国地区的售价为449美元（约合人民币2943元）。

（3）吊杆式显示器（4）洞穴式立体显示器（5）响应工作台显示装置（6）墙式立体显示装置2.听觉感知设备作用：接收用户与虚拟环境的语音输入，生成虚拟世界中的立体三维声音。

一般采用声卡为实时多声源环境提供三维虚拟声音信号传送功能，信号经过预处理之后通过普通耳机确定声音的空间位置。

特点：（1）高度逼真（2）能以预订方式改变波形（3）尽量消除不在虚拟现实系统中产生的声源分类：耳机、喇叭标志性/前沿产品：1.谷歌推出新的遐想视图虚拟现实耳机与手机，其新的白日梦的观点将允许用户利用谷歌的街景，YouTube的360度视频，并且可以在Hulu和Netflix，HBO 观看视频。

他们还宣布了一个游戏，与神奇动物在哪里。

2.2017年7月宏达国际正在与高通公司合作，推出一款独立的Vive虚拟现实耳机，专门面向中国市场。

这款名为Vive独立的耳机被标榜为“优质”设备，并将在HTC的Viveport平台上运行应用程序。

由Snapdragon 835芯片提供动力，基于高通的全合一参考设计，其中包括内部的位置跟踪。

3.伊利诺斯大学开发的CAVE（洞穴式立体显示装置）系统使用四个同样的喇叭安在天花板的四个角上，幅度变化可以仿真方向和距离效果。

3.力觉反馈设备作用：用户利用触觉和力觉信息去感知虚拟世界中物体的位置和方位，且利用触觉和力觉操纵和移动物体来完成某种任务。

触觉感知给用户提供物体的表面几何形状、表面纹理、滑动等。

力反馈给用户提供总的接触力，表面柔顺、物体重量等，目前无法做到材质纹理和温度等感觉，只能提供“触感”。

特点：（1）实时性要求（2）较好的安全性（3）轻便、舒适标志性/前沿产品：1.2001年在国家"863"计划支持下，中国科学院自动化研究所研制成了高性能低成本的数据CAS-Glove和力觉反馈数据手套CAS-Grasp。

产品的基本特点如下：力觉反馈数据手套CAS-Grasp：CAS-Grasp是一种将数据手套技术与手指力觉反馈技术相结合的产品。

这种手指力觉反馈装置具有体积小，结构简单的特点，可以被安装在用户的手指和其他部位，实现触觉和力觉反馈。

还可以根据计算机指令在用户手上产生0-5kg的作用力，使用户得到真实的接触和受力感觉。

此外，由于CAS-Grasp的接触触头上安装有力传感器，因而可以对用户手指的受力进行反馈控制，以达到得到真实的力觉反馈的目的。

与国外同类产品相比，数据手套CAS-Glove和力觉反馈数据手套CAS-Grasp都具有更高的性能价格比。

除了作为虚拟现实系统的人机接口之外，在遥操作机器人系统、遥操作外科手术、虚拟装配训练、手语识别系统、教育娱乐等领域也具有广泛的应用前景。

2.Geomagic Touch（原Sensable PhantomOmni）是业界最广泛配置的专业力反馈装置。

Touch用于研究、3D建模、OEM应用等，使用户能够自由地进行3D粘土造型，加强科学或医学仿真，通过互动式培训提高生产力，并轻松地操纵机械部件以生成更高品质的设计。

力反馈设备在许多医疗培训和研究应用中发挥着一个重要的作用。

利用Geomagic Touch，外科医生可在一个虚拟患者模型上通过栩栩如生的组织反应和精确的外科手术工具进行计划和练习。

而Touch所提供的以课程为基础的医疗培训则为学生在临床前应用提供了重要的经验。

来自英国MedaPhor公司的ScanTrainer 为一款超声虚拟现实训练模拟器，通过提供临床前应用中以课程为基础的培训在教材和病人之间架起了一座桥梁。

最新一代的动画和现实触觉模拟技术结合实际的超声波扫描，从而能够为高效的培训环境提供非常逼真的扫描。

3.2017年4月发布的Cyberglove CyberTouch II 力反馈手套，CyberTouch产品线的这一新型号将振动触觉传感器应用到指尖的内侧。

这些小型传感器重量很轻，消除了原先型号产品所存在的笨重感，同时也提供了更为逼真的感官体验。

成组震颤器可产生简单的感觉如脉动或类似的震动，也可以复合产生复杂的触觉反馈。

程序开发者可设计自己的刺激方式以获得期望的触觉。

CyberTouch触觉反馈选件对于想在虚拟世界中同物体交互的任何人来说都至关重要。