VR沉浸式虛擬現實系統搭建 沉浸式虛擬現實系統的應用

沉浸式虛擬現實系統(Immersive VR)是一種高級的、較理想、較復雜的虛擬現實系統。 它采用封閉的場景和音響系統將用戶的視聽覺與外界隔離，使用戶完全置身于計算機生成的環 境之中，用戶通過利用空間位置跟蹤器、數據手套和三維鼠標等輸入設備輸入相關數據和命令， 計算機根據獲取的數據測得用戶的運動和姿態，并將其反饋到生成的視景中，使用戶產生一種 身臨其境、完全投入和沉浸于其中的感覺。沉浸式虛擬現實系統的體系結構如圖所示。

1.沉浸式虛擬現實系統的特點

沉浸式虛擬現實系統與桌面虛擬現實系統相比，具有以下特點。

(1)具有高度的實時性。即當用戶轉動頭部改變觀察點時，空間位置跟蹤設備及時檢測 并輸入計算機，由計算機計算，快速地輸出相應的場景。為使場景快速平滑地連續顯示，系 統必須具有足夠小的延遲，包括傳感器的延遲，計算機計算延遲等。

(2)具有高度的沉浸感。沉浸式虛擬現實系統必須使用戶與真實世界完全隔離，不受外 界的干擾，依據相應的輸入和輸出設備，完全沉浸到環境中。

(3)具有先進的軟硬件。為了提供“真實”的體驗，盡量減少系統的延遲，必須盡可能 利用先進的、相容的硬件和軟件。

(4)具有并行處理的功能。這是虛擬現實的基本特性，用戶的每一個動作都涉及多個設 備綜合應用，例如手指指向一個方向并說:“那里!”，會同時激活三個設備:頭部跟蹤器，數 據手套及語音識別器，產生三個同步事件。

(5)具有良好的系統整合性。在虛擬環境中，硬件設備互相兼容，并與軟件系統很好地 結合，相互作用，構造一個更加靈巧的虛擬現實系統。

沉浸式虛擬現實系統的優點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中。例如，在消防仿真演習系統中，消防員會沉浸于極度真實的火災場景并做出不同反應。但有一個很大的缺點是系統設備尤其是硬件價格相對較高，難以大規模普及推廣。

沉浸式虛擬現實主要依賴于各種虛擬現實硬件設備，如頭盔顯示器、艙型模擬器、投影虛擬現實設備和其他的一些手控交互設備等。參與者戴上頭盔顯示器后，外部世界就被有效地屏蔽在視線以外，其仿真經歷要比桌面虛擬現實更可信，更真實。

2.沉浸式虛擬現實系統的類型

常見的沉浸式虛擬現實系統有頭盔式虛擬現實系統、洞穴式虛擬現實系統、座艙式虛擬現實系統、投影式虛擬現實系統和遠程存在系統等。

(1)頭盔式虛擬現實系統。采用頭盔顯示器實現單用戶的立體視覺、聽覺的輸出，使人 完全沉浸其中，如圖 1.13 所示。

(2)洞穴式虛擬現實系統(CAVE)。該系統是一種基于多通道視景同步技術和立體顯示 技術的房間式投影可視協同環境，可提供一個房間大小的四面(或六面)立方體投影顯示空 間，供多人參與，所有參與者均完全沉浸在一個被立體投影畫面包圍的高級虛擬仿真環境中， 借助相應虛擬現實交互設備(如數據手套、力反饋裝置、位置跟蹤器等)，從而獲得一種身臨 其境的高分辨率三維立體視聽影像和 6 個自由度的交互感受，如圖 1.14 所示。

(3)座艙式虛擬現實系統。座艙是一種最為古老的虛擬現實模擬器。當用戶進入座艙后，不用佩戴任何現實設備，就可以通過座艙的窗口觀看一個虛擬境界。該窗口由一個或多個計算機顯示器或視頻監視器組成，用來顯示虛擬場景。

提示:這種座艙給參與者提供的投入程度類似于頭盔顯示器。

(4)投影式虛擬現實系統。該系統是采用一個或多個大屏幕投影來實現大畫面的立體視覺和聽覺效果，使多個用戶同時具有完全投入的感覺，如圖 1.15 和圖 1.16 所示。

(5)遠程存在系統。遠程存在是一種遠程控制形式，用戶雖然與某個真實現場相隔遙遠， 但可以通過計算機和電子裝置獲得足夠的感覺現實和交互反饋，恰似身臨其境，并可以介入 對現場進行遙操作。此系統需要一個立體顯示器和兩臺攝像機生成三維圖像，這種圖像使得 操作員有一種深度的感覺，觀看的虛擬境界更清晰、真實。