基于传感器的虚拟现实人机交互技术研究

第26卷第3期Vol.26No.3北京印刷学院学报Journal of Beijing Institute of Graphic Communication2018年03月Mar.2018基于传感器的虚拟现实人机交互技术研究张丽敏（安徽工业经济职业技术学院，合肥230051）摘要：虚拟现实技术在短短的几十年里得到了迅猛的发展，虚拟现实技术在各个领域中的应用也变得越来越广泛。

虚拟现实人机交互技术是以传感器为核心的，其通过不同类型的传感器来实现人机交互操作。

为此，首先对虚拟现实的定义进行阐述，并基于传感器的虚拟现实人机交互技术进行的研究，探索分析了传感器在虚拟现实人机交互中存在的问题，以期能为传感器在虚拟现实人机交互技术中的进一步应用做出探索。

关键词：传感器；虚拟现实；人机交互中图分类号：TP212；TP391文献标志码：A文章编号：1004-8626（2018）03-0052-03 Research on the VR Human-computer InteractionTechniques Based on SensorZHANG Limin(Anhui Technical College of Industry and Economy,Hefei,Anhui230051,China)Abstract:VR technology has been developing rapidly in a few short decades,and its application has also become more and more ex⁃tensive in various fields.The VR human-computer interaction technology is based on the sensor,which realizes human-computer inter⁃action through different types of sensors.Therefore,this paper firstly elaborates the definition of VR,and then probes into the VR hu⁃man-computer interaction technology that is based upon sensor.Finally,this paper analyzes the sensor problems existing in the VR hu⁃man-computer interaction,hoping to make a contribution to the further application of sensor in the VR human-computer interaction. Key words:sensor;VR;human-computer interaction一、引言虚拟现实技术又简称为VR技术，该技术于20世纪80年代就诞生，经过三十余年的发展，虚拟现实技术正逐渐趋于成熟。

虚拟现实技术的应运而生，使人们对计算机的操作从以往的键盘、鼠标输入转变为利用计算机生成的虚拟环境中的感官、手势及语音的人机交互方式，进而极大满足了人们的交互需求。

在虚拟现实人机交互技术中，主要是通过大量的传感器来完成的，这也使虚拟现实人机交互技术对传感器有很高的要求，传感器在虚拟现实人机交互技术中发挥着越来越重要的作用。

二、虚拟现实的定义虚拟现实是通过计算机来生成相应的虚拟环境，并利用各种传感设备使用户能够在虚拟环境中借助于手势、语音及感观来实现人机交互目的。

虚拟环境是一种三维的立体图形，这种虚拟环境不仅能够对实际生活中的某一景象进行再现，甚至还能将人的幻想场景进行完美地呈现。

用户在利用手势、语音及感观进行人机交互时，主要是通过各种传感设备来完成的，这些传感设备包括交互式头盔、数据手套等用于感知的传感装置，比如温度传感器、触觉传感器、距离传感器等。

而人机交互便是利用人体的感官及动作借助于传感设备将信息传达给计算机，由计算机对这些信息进行分析与处理后，发送相应的反馈信息传达给用户。

比如在虚拟环境中触碰物体时会有手感等。

收稿日期：2017-12-13基金项目：安徽省省级质量工程项目：项目名称《大学生创客实验室<基于VR-E的创客实验室>研究》专项课题（编号:2016ckjh040）北京印刷学院学报2018年三、基于传感器的虚拟现实人机交互技术研究基于传感器的虚拟现实人机交互技术中，传感设备主要有两种，一种是用于人机交互时用户所佩戴的传感设备，如可穿戴头盔、数据手套等，另一种是用于对周围环境信息进行感知的传感设备，如温度传感设备、湿度传感设备、视觉传感设备等。

（一）虚拟现实中的人机交互传感设备在虚拟现实人机交互中，用户与虚拟环境之间的交互主要包括两个方面，一方面是用户通过感官对虚拟环境进行观察，以及通过动作或语音对虚拟物体进行操控；另一方面是虚拟环境利用传感设备将环境信息反馈给用户。

由此可见，虚拟现实人机交互中，计算机必须要通过多种传感设备对用户的运动姿态及语音等信息进行检测，以便于计算机能够对这些信息进行分析与处理，然后将相应的处理结果及时反馈给用户，从而使用户在虚拟环境中的参与性与主动性得以充分发挥。

因此，虚拟现实人机交互技术的核心便是这些传感设备。

在人机交互传感设备中，主要包括四大类，分别是可穿戴式交互头盔、数据手套、躯体跟踪传感设备以及声音交互传感设备。

可穿戴式交互头盔能够对用户的头部位置及方向进行跟踪，以便于对用户的视线进行感知，使用户能够对虚拟环境进行动态的观察，该头盔中设置有姿态检测器、测向仪与超声波检测装置，显示装置则是采用LCD或CRT，在使用过程中，需要对其实时性有严格的要求，并且头盔的重量要轻，视场也要较宽。

数据手套的出现替代了鼠标与键盘，数据手套能够对用户的手指变化及手的位置进行感应，使用户能够对虚拟环境中的相关虚拟物体进行操控，现阶段市面中常见的数据手套共有四种，分别是VPL数据手套、DHM数据手套、Mat-tel’s power glove数据手套及Cyber glove数据手套。

在数据手套使用过程中，需要确保数据手套的精度高、实时性好，并且重量要轻。

躯体跟踪传感设备主要是对用户的身体运动姿态进行检测，以便于用户对虚拟环境中的相关操作进行驱动。

目前所使用的躯体跟踪传感设备主要包括身体跟踪服与数据衣两类。

声音交互传感设备则能够对用户的语音信息进行识别，然后根据识别出的语音命令来触发事件，同时还能将虚拟环境中的声音信息反馈给用户。

声音交互传感设备主要由语音识别、声音传感及语音合成等部分组成，现如今已经实现了将语音识别技术与语音合成技术应用到虚拟现实技术当中。

（二）虚拟现实人机交互技术中的环境感知传感设备计算机所生成的虚拟环境不仅可以是实际生活中的某一场景，还可以是人类幻想出的虚拟场景，用户对现实环境的感知，便是依靠环境感知传感设备来实现的。

现阶段所出现的环境感知传感设备主要包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、力觉传感器甚至是嗅觉传感器等。

视觉传感器能够将三维场景信息以视觉的方式反馈给用户，进而使用户能够通过视觉来对三维场景进行观察，这需要确保视觉传感器中的视觉特性和人类的视觉原理是相同的，否则会造成视觉信息的失真。

听觉传感器能够将虚拟环境中的声波信息反馈给用户，使用户能够通过听觉来听到这些声音，这需要听觉传感器在感知频率上与人耳处于同一范围内。

触觉、力觉与嗅觉传感器则能够使用户感知到虚拟环境中的压力分布、温度、振动、气味等信息，进而使用户对虚拟环境进行全方位的感知。

这需要这些传感器的重量轻、测量维数多，而且体积要小。

四、传感器在虚拟现实人机交互中存在的问题虽然在虚拟现实人机交互技术中，传感器起到至关重要的作用，但其在应用过程中仍旧存在一些问题有待解决，以便于更好的发挥虚拟现实技术的人机交互功能。

（一）交互传感设备中存在的问题现阶段，人们在使用可穿戴式交互传感设备时，主要存在以下问题，对于可穿戴式交互头盔、数据手套等设备来说，其重量较重，而且在精度与实时性方面也较低，这也给用户对这些交互传感设备的使用带来了不便。

其中，可穿戴式头盔的不足主要体现在分辨率较低、视场较窄、延迟较大等问题，进而使用户在对虚拟环境进行观察时，环境的显示速度难以跟上用户的视线变化，用户在较长时间的体验中会感到头晕。

而数据手套的重量则往往较重，其结构也较为复杂，不能对重力与惯性的影响进行有效消除，在跟踪精度上也往往较低，致使用户在进行手部动作时，虚拟手难以对人体手部的动作进行及时跟踪，最重要的是，数据手套难以将触觉与力觉等信息反馈给用户，进而降低了用户对虚拟环境的体验。

对于语音识别及语音合成等技术，虽然已经取得了很大的成绩，但在语音的连续识别张丽敏：基于传感器的虚拟现实人机交互技术研究（下转第56页）53北京印刷学院学报2018年（三）加强信息管理质量信息管理人员要立足于整体提升信息管理质量，保证信息采集的品质。

为了真正获取高品质的信息，就要建立一个内容全面的数据库系统，在系统中输入企业所有职工的个人信息，并且对信息进行整理，为后续工作提供支持。

（四）丰富企业储存信息现如今，企业查询信息的渠道非常多元化。

但是在这之前，企业中所有信息都是以手写或者打印的方式呈现，既不利于保存，在信息查询方面也体现了一定难度。

在信息管理以及其他工作当中，储存信息量的全面性，可以让信息优势更加充分地发挥出来，计算机应用技术和信息管理的优化整合，也为储存信息的积累、更新提供了多元化渠道，使企业中的信息更为丰富。

若企业储存信息不足，就无法满足企业的信息需求，对行业的有效运行也会造成限制。

计算机应用技术的应用，也在管理信息方面发挥了优势，通过计算机应用技术可以对不同渠道搜集的信息进行区分，筛选其中掺杂的虚假信息，保证储存信息的有效性。

参考文献[1]吴良良.计算机应用技术与信息管理的整合探讨[J].无线互联科技，2017，(21):120-121.[2]雷晓辉.计算机应用技术与信息管理的整合途径探索[J].电脑迷，2017，(10):110.[3]赵丽敏.计算机应用技术与信息管理的整合[J].滁州学院学报，2017，19(02):13-15.（责任编辑：王和平）能力与理解能力上仍旧存在较多不足，这也需要得到进一步的改善。

（二）环境感知传感设备中存在的问题在环境感知传感设备的使用中，也同样存在较多问题有待改进，环境感知传感设备是为了使用户能够通过视觉、触觉、听觉、嗅觉等感官来实现对虚拟环境的感知，现阶段关于环境感知传感设备的种类有很多，但问题也较为明显，这些问题主要表现在以下几个方面，首先，在视觉感知方面，视觉感知传感器难以对用户在虚拟环境中的头部运动进行精确跟踪，使用户难以通过视觉来对虚拟环境进行及时全面的观察，并且视觉感知传感器中的视觉特性也往往与人体视觉特性不相符，比如光敏特性、焦距等，容易造成视觉效果的失真，给用户带来不真实的感觉。