第二章虚拟现实系统的硬件设备24

虚拟现实系统的硬件设备引言虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种通过计算机生成的仿真环境，使用户可以沉浸在虚拟场景中，并与之进行交互。

虚拟现实系统由软件和硬件两部分组成，其中硬件设备起着至关重要的作用。

本文将介绍虚拟现实系统中涉及的常见硬件设备，包括头戴式显示器、追踪设备、手柄控制器和体感设备等。

1. 头戴式显示器头戴式显示器是虚拟现实系统中最关键的硬件设备之一。

它通常由一个头盔和一个显示器组成。

头盔贴合用户的头部，通过内置的显示器将虚拟现实场景投影到用户的眼睛。

较好的头戴式显示器具有高分辨率、高刷新率和低延迟等特点，以提供更真实流畅的虚拟现实体验。

同时，头戴式显示器还通常包含陀螺仪和加速度计等传感器，以跟踪用户的头部运动，并实时调整视角，增强交互的真实感。

2. 追踪设备虚拟现实系统中的追踪设备用于跟踪用户的身体姿势和位置，以实现在虚拟现实场景中的真实交互。

常见的追踪设备包括基于光学原理的红外摄像机和红外发射器。

红外摄像机通过捕捉发射器发出的红外光线反射回来的图像，计算用户的位置和姿势。

通过这种方式，追踪设备使用户能够在虚拟场景中自由移动，并将其身体动作精确地映射到虚拟角色上。

3. 手柄控制器手柄控制器是虚拟现实系统中用于手部操作的硬件设备。

它通常由一个或多个传感器和按键组成，可以实时捕捉用户的手势和触摸动作，并将其传递给虚拟现实系统。

手柄控制器的设计旨在模拟真实世界中的物体，使用户能够在虚拟场景中进行精确的抓取、放置和操作。

一些高级手柄控制器还具备力触反馈功能，可以模拟不同物体的质感和重量，增强用户的沉浸感。

4. 体感设备体感设备是虚拟现实系统中用于跟踪用户整个身体运动的硬件设备。

它通常由传感器、电子设备和驱动器等组成。

体感设备可以通过感应用户的身体运动，例如步行、奔跑、跳跃等，将其反馈到虚拟场景中，实现用户在虚拟环境中的自由移动。

体感设备的主要作用是提供身体级别的交互和沉浸式体验，使用户能够更加自然地与虚拟环境进行互动。

（VR虚拟现实）虚拟现实技术与应用实践内容提要本书是新世纪高职高专教改项目成果教材。

在书中主要介绍了虚拟现实技术的基本概念、虚拟现实系统的组成、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实的相关技术、虚拟现实技术在现实世界中的应用。

全书共有6 个章节，内容包括：概论、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实系统的相关技术与软件、全景技术、网络三维互动Cult3D、虚拟现实建模语言VRML。

附录中附有VRML 的关键字和域参考等。

本书内容较为全面且涉及面广，在编写时本着侧重于普及、推广及应用的原则，内容方面没有过多涉及有关虚拟现实技术的算法理论及程序等。

本书既介绍了虚拟现实技术的必要理论，又介绍了具有代表性的虚拟现实软件的使用，并采用实例进行讲解，使读者能在较短的时间内达到入门及应用的效果。

本书适合于高等职业学校、高等专科学校、成人高校、本科院校举办的二级职业技术学院，也可供示范性软件职业技术学院、继续教育学院、民办高校、技能型紧缺人才培养使用，还可供本科院校、计算机专业人员和爱好者参考使用。

图书在版编目（CIP）数据虚拟现实技术与应用／胡小强主编. —北京：高等教育出版社，2004.4ISBN 7-04-014758-0Ⅰ. 虚… Ⅱ. 胡… Ⅲ. 虚拟技术-高等学校-教材Ⅳ. TP391中国版本图书馆CIP 数据核字（2004）第024745 号策划编辑冯英责任编辑焦建虹封面设计王凌波责任绘图宗小梅版式设计王艳红责任校对存怡责任印制出版发行高等教育出版社购书热线010 - 64054588社址北京市西城区德外大街4 号免费咨询800-810-0598邮政编码100011 网址http://.cn经销新华书店北京发行所印刷开本787×1092 1/16 版次年月第1 版印张14.5 印次年月第次印刷字数350 000 定价18.50 元本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题，请到所购图书销售部门联系调换。

版权所有侵权必究前言近几年来，虚拟现实（Virtual Reality）技术成为一项十分热门的技术，越来越多的人员投身到这个研究领域，致力于虚拟现实技术的研究、开发及应用推广。

第1章：虚拟现实技术概论1、什么是虚拟现实技术？虚拟现实技术是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、和味觉等多种感觉通道的（实时模拟和实时交互）。

2、虚拟现实现实之父（Ivan Sutherland），也是计算机图形学之父3、虚拟现实技术的发源地是（美国）？？4、世界上第一套虚拟演播室由（日本）生产 NHK Nano space5、虚拟现实技术的三大特性：沉浸性，交互性、想象性6、虚拟现实系统的组成：计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等、7、虚拟现实系统的分类：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统第2章：虚拟现实系统的硬件设备1、虚拟现实系统中硬件设备由三个部分组成：(输入设备、输出设备、生成设备)2、有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两类：(基于自然的交互设备、三维定位跟踪设备)3、基于自然的交互设备又分为：（数据手套、数据衣、三维控制器、三维鼠标）4、数据手套主要的生产公司有：（VPL公司的数据手套、Vertex公司的赛伯手套、Exos公司的灵巧手手套、Mattel公司的Power Glove）（最便宜）5、三维定位跟踪系统包括：（电磁跟踪系统、声学跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、惯性位置跟踪系统）6、虚拟系统的输出设备主要有：（视觉感知设备、听觉感知设备、触觉（力觉）感知设备）7、视觉感知设备的典型应用：（台式立体显示系统、头盔显示器、吊杆式显示器、洞穴式立体显示装置、响应工作台显示装置、墙式立体显示装置）8、头盔显示器（HMD）主要组成是：（显示器）和（光学透镜）9、洞穴式立体显示装置（CAVE）主要包括：（专业虚拟现实工作站、多通道立体投影系统、虚拟现实多通道立体投影软件系统、房间式立体成像系统）10、响应工作台显示装置（RWB）主要组成有：（投影显示器、一个大的反射镜、一个即做桌面又做显示屏的特殊玻璃）11、虚拟世界的生成设备有：基于PC的VR系统、基于图形工作站的VR系统、超级计算机第三章：虚拟现实系统的相关技术1、立体显示技术是虚拟现实技术的一种极为重要的支撑技术，要实现立体的显示，现在有多种方法和手段实现，主要有：（彩色眼镜法、偏振光眼镜法、串行式立体显示法、裸眼立体显示实现技术）2、在真实感事实绘制技术中为了提高显示的逼真度加强真实性常采用的方法有：（纹理映射、环境映照、反走样）3、三维虚拟声音的主要特征：（全向三维定位特性、三维实时跟踪特性、沉浸感与交互性）4、（层次包围盒法）是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法、它是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效方法。

虚拟现实（VR与增强现实（AR技术应用方案第一章：虚拟现实（VR）技术概述 (2)1.1 VR技术的发展历程 (2)1.2 VR技术的核心组成部分 (3)第二章：虚拟现实（VR）硬件设备 (4)2.1 头戴式显示器（HMD） (4)2.2 手柄与追踪设备 (4)2.3 虚拟现实交互设备 (5)第三章：虚拟现实（VR）软件平台 (5)3.1 VR内容创作工具 (5)3.1.1 Unity (6)3.1.2 Unreal Engine (6)3.1.3 VR Studio (6)3.2 VR应用程序开发框架 (6)3.2.1 OpenVR (6)3.2.2 OSVR (6)3.2.3 Unity XR Interaction Toolkit (6)3.3 VR内容分发平台 (7)3.3.1 SteamVR (7)3.3.2 Oculus Store (7)3.3.3 Viveport (7)第四章：增强现实（AR）技术概述 (7)4.1 AR技术的发展历程 (7)4.2 AR技术的核心组成部分 (8)第五章：增强现实（AR）硬件设备 (8)5.1 智能眼镜 (8)5.2 手机与平板电脑 (9)5.3 AR投影设备 (9)第六章：增强现实（AR）软件平台 (9)6.1 AR内容创作工具 (9)6.1.1 Unity AR Foundation (9)6.1.2 ARKit（iOS） (10)6.1.3 ARCore（Android） (10)6.1.4 Vuforia (10)6.2 AR应用程序开发框架 (10)6.2.1 ARKit（iOS） (10)6.2.2 ARCore（Android） (10)6.2.3 EasyAR (10)6.2.4 Wikitude (11)6.3 AR内容分发平台 (11)6.3.1 Apple App Store (11)6.3.2 Google Play (11)6.3.3 Vuforia Developer Services (11)6.3.4 Wikitude Studio (11)第七章：虚拟现实（VR）在教育领域的应用 (11)7.1 虚拟课堂 (11)7.1.1 概述 (11)7.1.2 应用场景 (12)7.1.3 技术实现 (12)7.2 虚拟实验 (12)7.2.1 概述 (12)7.2.2 应用场景 (12)7.2.3 技术实现 (12)7.3 虚拟实训 (12)7.3.1 概述 (12)7.3.2 应用场景 (12)7.3.3 技术实现 (13)第八章：增强现实（AR）在零售行业的应用 (13)8.1 虚拟试衣 (13)8.2 商品展示 (13)8.3 购物体验优化 (14)第九章：虚拟现实（VR）在医疗领域的应用 (14)9.1 虚拟诊疗 (14)9.1.1 概述 (14)9.1.2 应用场景 (15)9.1.3 技术特点 (15)9.2 虚拟手术 (15)9.2.1 概述 (15)9.2.2 应用场景 (15)9.2.3 技术特点 (15)9.3 康复训练 (16)9.3.1 概述 (16)9.3.2 应用场景 (16)9.3.3 技术特点 (16)第十章：增强现实（AR）在娱乐与游戏领域的应用 (16)10.1 虚拟现实游戏 (16)10.2 增强现实游戏 (16)10.3 虚拟现实娱乐体验 (17)第一章：虚拟现实（VR）技术概述1.1 VR技术的发展历程虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术作为一种新兴的信息技术，旨在通过计算机的模拟环境，为用户提供一种沉浸式的交互体验。