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1、规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院第三章第三章 汽车虚拟现实技术汽车虚拟现实技术3.1虚拟现实技术的概述3.2虚拟现实硬件的组成3.3 虚拟现实的软件环境3.4 虚拟设计技术3.5虚拟制造技术3.6 虚拟装配过程汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1 1 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3
2、.1虚拟现实技术的概述虚拟现实的基本概念虚拟现实的基本概念虚拟现实的分类虚拟现实的分类产品的虚拟原型产品的虚拟原型虚拟现实在各个领域的应用虚拟现实在各个领域的应用汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2 2 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念虚拟现实的概念可以从两个方面描述进行描述：虚拟现实的概念可以从两个方面描述进行描述：一是从纯粹的技术层面加以描述；一是从纯粹的技术层面加以描述；二是在技术的基础上结合使用者的感知
3、加以描述。二是在技术的基础上结合使用者的感知加以描述。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3 3 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念1.技术层面的描述技术层面的描述从技术上来讲，虚拟现实是从计算机仿真发展而来从技术上来讲，虚拟现实是从计算机仿真发展而来的，其实质是一种逼真的仿真模型的，其实质是一种逼真的仿真模型。2.用户层面的描述用户层面的描述虚拟现实试图从身体感官和知觉等感性层
4、面进行仿虚拟现实试图从身体感官和知觉等感性层面进行仿真，这种仿真的基础又是理性层面的科学理论。虚真，这种仿真的基础又是理性层面的科学理论。虚拟现实的精致程度要受到科学理论和技术手段的制拟现实的精致程度要受到科学理论和技术手段的制约，对决定感觉参数的数据流的处理是问题的关键约，对决定感觉参数的数据流的处理是问题的关键。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 4 4 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、虚拟
5、现实的基本概念虚拟现实的技术基础性描述虚拟现实的技术基础性描述将真实感的传达和交互两个方面综合起来就形成了将真实感的传达和交互两个方面综合起来就形成了虚拟现实的基本概念。迈克尔虚拟现实的基本概念。迈克尔海姆在海姆在虚拟实在虚拟实在的形而上学的形而上学一书中对虚拟现实作了较为全面的描一书中对虚拟现实作了较为全面的描述，内容涉及七个方面：述，内容涉及七个方面：(1)模拟性，虚拟现实是计算机图像系统对真实景模拟性，虚拟现实是计算机图像系统对真实景象的逼真模拟，三维音频令虚拟现实增色。象的逼真模拟，三维音频令虚拟现实增色。(2)交互作用，虚拟现实就是他们能与之进行交互交互作用，虚拟现实就是他们能与之进
6、行交互作用的电子象征物。作用的电子象征物。(3)人工性，虚拟现实是一种人造物。人工性，虚拟现实是一种人造物。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 5 5 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、虚拟现实的基本概念(4)沉浸性，虚拟现实的音像和传感系统能够使使用者产生沉浸性，虚拟现实的音像和传感系统能够使使用者产生浸没于虚拟世界中的幻觉，即虚拟现实意味着在一个虚拟浸没于虚拟世界中的幻觉，即虚拟现实意味着在一
7、个虚拟环境中的感官沉浸。环境中的感官沉浸。(5)到场到场(Presence)，,虚拟现实能够使人实时地以远程的方虚拟现实能够使人实时地以远程的方式于某处出场，即虚拟出场。式于某处出场，即虚拟出场。(6)全身沉浸，这是一种不需要人体传感器的方式，摄像机全身沉浸，这是一种不需要人体传感器的方式，摄像机和监视器实时地跟踪人的身体，将人体的运动输人到计算和监视器实时地跟踪人的身体，将人体的运动输人到计算机中，人的影像被投影到计算机界面上，这使得人通过观机中，人的影像被投影到计算机界面上，这使得人通过观察他的投影的位置，直接与计算机中的图形物体察他的投影的位置，直接与计算机中的图形物体(图片、文图片、文
8、本等本等)发生交互作用。发生交互作用。(7)网络通信，虚拟现实可以通过网络实现共享，使用者通网络通信，虚拟现实可以通过网络实现共享，使用者通过自行规定并塑造虚拟世界中的物体和活动，就可以不用过自行规定并塑造虚拟世界中的物体和活动，就可以不用文字或真实世界的指标来共享幻象的事物和事件。文字或真实世界的指标来共享幻象的事物和事件。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 6 6 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学
9、院二、虚拟现实的分类二、虚拟现实的分类交互和沉浸是所有虚拟现实的两个实质性的特征。早期的虚拟现实可能只有部分虚拟现实的特性，例如环幕早期的虚拟现实可能只有部分虚拟现实的特性，例如环幕电影或立体电影。实际应用中，不同虚拟现实系统设计的电影或立体电影。实际应用中，不同虚拟现实系统设计的侧重点和所受约束各不相同，有些应用也不需要完全的沉侧重点和所受约束各不相同，有些应用也不需要完全的沉浸和投入。受资金限制不能装备最先进的硬件设备，或是浸和投入。受资金限制不能装备最先进的硬件设备，或是硬件本身的性能达不到要求，这样系统的计算速度、交互硬件本身的性能达不到要求，这样系统的计算速度、交互手段可能就会受到影
10、响，此时主要从软件上着手可以弥补手段可能就会受到影响，此时主要从软件上着手可以弥补某些缺陷，例如虚拟全景空间、虚拟仿真等。由于工程应某些缺陷，例如虚拟全景空间、虚拟仿真等。由于工程应用本身并不限制使用的技术范围，只要能达到目标，是可用本身并不限制使用的技术范围，只要能达到目标，是可以把各种技术有效地集成起来，设计出一个成功的虚拟现以把各种技术有效地集成起来，设计出一个成功的虚拟现实系统。实系统。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 7 7 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL O
11、F AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、虚拟现实的分类二、虚拟现实的分类按虚拟现实系统沉浸的程度不同，虚拟现实系统可分为按虚拟现实系统沉浸的程度不同，虚拟现实系统可分为桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统(Desktop VR)沉浸式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统(Immersion VR)分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统(Distributed VR)2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 8 8 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF A
12、UTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、虚拟现实的分类二、虚拟现实的分类1.桌面虚拟现实系统桌面虚拟现实系统桌面VR系统使用PC和低级工作站实现仿真，计算机的屏幕作为参与者观察虚拟环境的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭该虚拟环境，并且用于操纵在虚拟场景中的各种物体。桌面VR系统虽然缺乏头盔式显示器的那种完全沉浸功能，但它依然比较普及，这是因为它的成本相对较低。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 9 9 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF
13、AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、虚拟现实的分类二、虚拟现实的分类2023/3/142023/3/14在桌面VR系统中，立体视觉效果可以增强沉浸的感觉。三维眼镜和安装在计算机上的立体观察器、液晶显示光闸眼镜等都会产生一种三维空间的幻觉。由于它采用标准的CRT显示器和立体（Stereoscopic）图像显示技术，其分辨率高，价格便宜。图3.2 为桌面式VR系统的基本结构。汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1010 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBIL
14、E ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、虚拟现实的分类二、虚拟现实的分类沉浸式沉浸式VR系统利用系统利用头盔式显示器和数据头盔式显示器和数据手套等交互设备把用手套等交互设备把用户的视觉、听觉和其户的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，使他感觉封闭起来，使参与者暂时与真实环参与者暂时与真实环境隔离，从而真正成境隔离，从而真正成为为VR系统内部的一系统内部的一个参与者。个参与者。2023/3/142023/3/14沉浸式虚拟现实系统汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1111 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHO
15、OL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院分布式分布式VR系统系统分布式VR系统是在沉浸式VR系统的基础上将不同的用户(参与者)连接在一起，共享一个虚拟空间，使用户协同工作达到一个更高的境界。2023/3/142023/3/14二、虚拟现实的分类二、虚拟现实的分类汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1212 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、产品的虚拟原型三、产品的虚拟原型虚拟原型虚拟原型(Vi
16、rtual Prototypling)是利用虚拟环境在是利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互地探索虚拟物体的功可视化方面的优势以及可交互地探索虚拟物体的功能，对产品进行几何、功能、制造等方面交互的建能，对产品进行几何、功能、制造等方面交互的建模与分析。它是在模与分析。它是在CAD模型的基础上，使虚拟技术模型的基础上，使虚拟技术与仿真方法相结合，为原型的建立提供的新的方法。与仿真方法相结合，为原型的建立提供的新的方法。虚拟原型技术可用来快速评价不同的设计方案，与虚拟原型技术可用来快速评价不同的设计方案，与物理原型相比较，虚拟原型生成的速度快，生成的物理原型相比较，虚拟原型生成的速度快，生成的
17、原型可被人们直接感触、操纵和修改，且数据可被原型可被人们直接感触、操纵和修改，且数据可被重新利用。运用虚拟原型技术，可以减少且甚至取重新利用。运用虚拟原型技术，可以减少且甚至取消物理原型的制作，从而加速新产品的开发进程。消物理原型的制作，从而加速新产品的开发进程。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1313 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、产品的虚拟原型三、产品的虚拟原型2023/3/14202
18、3/3/14虚拟现实数据模型是对设计对象进行的虚拟原型描述。它包含物体在虚拟环境中进行显示和操作所需要的信息，使产品可视化。虚拟环境数据模型包含由建模、显示和仿真工具产生的几何和光照渲染信息。通过人机交互操作装置解释用户的操作，进而改变相关参数，生成仿真操作的逻辑事件。汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1414 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、产品的虚拟原型三、产品的虚拟原型为使用现有的软件，并将虚拟原型集成到产品开发为使用现有
19、的软件，并将虚拟原型集成到产品开发过程中，还需要下列两个接口：过程中，还需要下列两个接口：1）虚拟环境和外部工具之间的接口。）虚拟环境和外部工具之间的接口。2）与产品数据模型库的接口。）与产品数据模型库的接口。虚拟原型不是要代替现有的虚拟原型不是要代替现有的CAD技术，而是在技术，而是在CAD数据的基础上进行工作，虚拟原型给所设计的物体数据的基础上进行工作，虚拟原型给所设计的物体提供了附加的功能信息。产品数据模型库将包含完提供了附加的功能信息。产品数据模型库将包含完整的、集成的产品模型数据及管理，从而为产品开整的、集成的产品模型数据及管理，从而为产品开发过程各阶段提供共享的信息。发过程各阶段提
20、供共享的信息。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1515 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、产品的虚拟原型三、产品的虚拟原型建立虚拟原型的主要步骤如下：建立虚拟原型的主要步骤如下：1)从从CADCAM模型中取出几何模型。模型中取出几何模型。2)镶嵌：用多面体和多边形逼近几何模型。镶嵌：用多面体和多边形逼近几何模型。3)简化：根据不同要求删去不必要的细节。简化：根据不同要求删去不必要的细节。4)虚
21、拟原型编辑：着色、材料特性渲染、光照渲染虚拟原型编辑：着色、材料特性渲染、光照渲染等。等。5)特征轮廓的粘贴，以更好地表达某些细节。特征轮廓的粘贴，以更好地表达某些细节。6)增加周围环境和其他要素的几何模型。增加周围环境和其他要素的几何模型。7)添加操纵功能和性能。添加操纵功能和性能。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1616 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院四、虚拟现实在各个领域的应用四、虚拟现
22、实在各个领域的应用虚拟现实在工程中的应用虚拟现实在医学中的应用虚拟现实在航天和军事中的应用虚拟现实在商业中的应用环境管理在娱乐、艺术和教育中应用虚拟现实在车辆工程方面的应用2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1717 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院四、虚拟现实在各个领域的应用四、虚拟现实在各个领域的应用虚拟现实在车辆工程方面的应用计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，推动了虚计算机技术的不断发
23、展，硬件性能的不断提高，推动了虚拟现实技术在车辆工程方面的应用。拟现实技术在车辆工程方面的应用。1972年，美国通用汽年，美国通用汽车公司首先开发了车辆动力学和燃油经济性的通用预测程车公司首先开发了车辆动力学和燃油经济性的通用预测程序序GPSIM,该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油该程序可以模拟汽车在任何行驶工况下的瞬时油耗、累计油耗、行驶时间和距离，预计汽车设计参数：质耗、累计油耗、行驶时间和距离，预计汽车设计参数：质量、传动比、空气阻力系数等的变化对汽车的影响。美国量、传动比、空气阻力系数等的变化对汽车的影响。美国能源服用试验室能源服用试验室NREL（National Renewa
24、ble Energy Laboratory）在）在Matlab的环境下，利用的环境下，利用Simulink工具开发工具开发的的ADVISOR(Advance Vehicle Simulation)能够在汽车未能够在汽车未成型前评价出普通汽车、电动汽车和混合动力汽车的动力成型前评价出普通汽车、电动汽车和混合动力汽车的动力性、经济性和排放等性能。性、经济性和排放等性能。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1818 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE E
25、NGINEERING汽车工程学院汽车工程学院四、虚拟现实在各个领域的应用四、虚拟现实在各个领域的应用2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 1919 页页美国美国MID公司开发的公司开发的ADAMS软件是构成产品的虚软件是构成产品的虚拟原型的一个很好平台，其中的拟原型的一个很好平台，其中的car模块是模块是MID与与Audi、BMW、Renault和和Volvo等公司合作开发等公司合作开发的整车虚拟设计软件包，集成了它们在汽车设计、的整车虚拟设计软件包，集成了它们在汽车设计、开发等方面的经验。开发等方面的经验。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBI
26、N INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3.2 虚拟现实硬件的组成三维（3D）位置跟踪器视觉设备触觉与力觉反馈装置声音设备2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2020 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3.2 虚拟现实硬件的组成一般的VR系统由下列部分组成：检测输入装置；图像生成和显示系统；音频系统；力、
27、触觉系统；高性能计算机系统。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2121 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、三维（3D）位置跟踪器为了实现在虚拟现实中的漫游，必须知道浏览者在为了实现在虚拟现实中的漫游，必须知道浏览者在三维空间中的位置和方向，尤其是必须知道头部的三维空间中的位置和方向，尤其是必须知道头部的位置与方向，以相应地改变场景。这就需要位置跟位置与方向，以相应地改变场景。这就需要位置跟踪器跟
28、踪头部的位置与方向，也就是需要位置跟踪踪器跟踪头部的位置与方向，也就是需要位置跟踪器描述物体的器描述物体的3D位置。位置。目前采用的位置跟踪器有磁场式、超声波式、红外目前采用的位置跟踪器有磁场式、超声波式、红外线式及发光二极管式等，但使用较多的是磁场式及线式及发光二极管式等，但使用较多的是磁场式及超声波式。超声波式。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2222 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院磁场式
29、跟踪器磁场式跟踪器有低频磁场式及直流磁场式两种。它们都由磁场式跟踪器有低频磁场式及直流磁场式两种。它们都由磁发射器、磁接收器和计算模块组成，磁发射器和接收器磁发射器、磁接收器和计算模块组成，磁发射器和接收器由绕在边长约由绕在边长约25mm的立方铁心上的的立方铁心上的3组正交线圈组成。低组正交线圈组成。低频磁场发射器发射低频调制信号频磁场发射器发射低频调制信号(30120Hz)，载波频率通，载波频率通常为常为714 kHz,直流磁场式跟踪器采用脉冲调制信号，发直流磁场式跟踪器采用脉冲调制信号，发射器依次向射器依次向3组发射线圈输入直流电流。组发射线圈输入直流电流。一个完整的测量周期是一个完整的测
30、量周期是10 ms，由，由4个个2.5 ms的区间组成，的区间组成，在在4个区间内依次向个区间内依次向3组发射线圈输出电流脉冲。由于电流组发射线圈输出电流脉冲。由于电流脉冲具有严格控制的上升时间，因此在电流稳定后，磁场脉冲具有严格控制的上升时间，因此在电流稳定后，磁场也达到稳定状态，减小了周围金属导体中涡流对环境磁场也达到稳定状态，减小了周围金属导体中涡流对环境磁场的干扰。的干扰。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2323 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTO
31、MOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、三维（3D）位置跟踪器2.超声波式跟踪器超声波式跟踪器它采用频率为4050 kHz的超声波信号，通过多个发射器和接收器进行测量（见图3.12）。测量算法有飞行时间法(Time of Flight)和相位相于测量法(Phase Coherent Measurement)。飞行时间法是通过测量声波从发射器到接收器的传播时间来判断被测物体的方向和距离。该法可以测出发射器与接收器之问的绝对距离，但测量结果易受环境声（包括回声）的干扰，同时由于两个发射脉冲之间具有一定的时间间隔，因此不能进行连续测量。2023/3/142023/3/14汽车
32、汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2424 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院一、三维（3D）位置跟踪器2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2525 页页头盔式显示器就采用了相位相干测量系统。系统在头盔上安装3个发射器，每个发射器使用40kHz左右的频率单独发射超声波，4个接收器排成正方形安装在天花板接收信号。相位相干测量法可以排除噪声的干扰，且可以进行连续测量，具有测量精度高、数据更新速率高和
33、鲁棒性好的优点，但容易产生积累误差，故活动范幽范围受到限制。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、视觉设备人眼立体视觉原理人类获取信息的途径是通过视觉、听觉、触觉和味觉。研究表明，视觉为人类提供了，70%以上的信息。这说明，视觉是人类获得信息的主要途径。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2626 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOO
34、L OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院(1)静态图像中的深度线索(2)运动深度线索(3)生理上的深度线索（4）双目视差线索：当我们用双眼看同一景物时，由于左、右眼位置不同，这就意味着我们总是从两个略有不同的角度来观察物体的两个侧面，这样形成的两幅图像不完全一致，称这种差别为双目视差。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2727 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院
35、二、视觉设备人类的左右双眼当这两幅图像被大脑接收理解时，人类的左右双眼当这两幅图像被大脑接收理解时，大脑把它们融合成一幅可用的图像，这一融合过程大脑把它们融合成一幅可用的图像，这一融合过程称为汇聚。称为汇聚。要达到物体自然的立体效果，就必须用要达到物体自然的立体效果，就必须用“两只眼睛两只眼睛”看物体。物体运动产生的动感和位置变化，计算看物体。物体运动产生的动感和位置变化，计算机必须实时地计算和处理图像。为了获得平滑稳定机必须实时地计算和处理图像。为了获得平滑稳定的图像，而不会出现闪烁感，每幅图像的显示时间的图像，而不会出现闪烁感，每幅图像的显示时间必须超过人的视觉暂留时间，所以一般三维动画的
36、必须超过人的视觉暂留时间，所以一般三维动画的帧频不少于帧频不少于30帧帧s。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2828 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、视觉设备立体眼镜立体眼镜是比较简单的虚拟现实系统观察装置，主要有双色镜(Red/Blue Glasses)、偏光镜(Polarized Glasses)和开关式立体眼镜（Shutter Glasses）3种。2023/3/142023/3/14
37、汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 2929 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、视觉设备双色眼镜的两个镜片分别具有蓝色（左）和红色（右）膜，而左右眼视网则分别以红色（左）和蓝色（右）表示并投影到屏幕上。当观察者戴上双色眼镜时，通过红色滤光膜，右眼看不到红色的左眼视图，而只能看到蓝色的右眼视图；而左眼通过蓝色滤光膜也只能看到红色的左眼图像，从而产生强烈的立体感；偏光镜则利用偏光方向不同的两个镜片实现滤光作用。2023/3/142023
38、/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3030 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、视觉设备开关式（或液晶式）立体眼镜，这种显示方式是将左右眼视图以一定的频率交替显示在液晶屏上，例如使用80Hz的刷新率，每秒扫描40幅左眼视图和40幅右眼视图，即采用40Hz隔行扫描显示器，把左视图写到偶扫描行，把右视图写到奇扫描行。镜片用液晶材料制造，可在电压控制下变成透明或不透明。用显示器的帧号控制立体眼睛的透明与否，当显示左眼视图时，左眼
39、液晶透明，则左眼只能看到相对应的左眼视网。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3131 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、视觉设备头盔显示器头盔显示器由显示源、光学系统、跟踪系统和立体声系统组成，在它里面有两个监视器，在人的双眼前面直接立体地显示视觉空间。观察者的头部运动和由此引起的视角变化通过传感器传给计算机，计算机相应地变化图形，就像人在给定的环境中环视所见到的那样。2023/3/142023
40、/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3232 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院二、视觉设备头盔显示器也可分为封闭式和半封闭式两种。使用头盔显示器也可分为封闭式和半封闭式两种。使用封闭式头盔时，用户只能看到头盔内显示的图像，封闭式头盔时，用户只能看到头盔内显示的图像，而使用半封闭式头盔时，用户可同时看到现实世界而使用半封闭式头盔时，用户可同时看到现实世界和计算机产生的图像。图为半封闭头盔显示器及光和计算机产生的图像。图为半封闭
41、头盔显示器及光学系统光路图。学系统光路图。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3333 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、触觉与力觉反馈装置在虚拟现实中为了产生真实的感觉，必须提供触觉和力觉反馈，特别在遥控机械手等开放型虚拟现实系统中更是这样。触觉手套触觉手套数据手套数据手套空间球2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3434 页页触觉手套触觉手套规格严格
42、 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、触觉与力觉反馈装置触觉手套触觉手套Teletact触觉反馈系统是英国Advanced Robotics Research Center(ARRC)开发的。Teletact系统是利用分布在手指上的气袋向手提供触觉刺激，各气袋的压力数值由计算机根据试验结果计算确定。试验是用系统提供的专用试验数据手套进行的。该试验数据手套上装有20个压敏元件，当戴上手套抓取物体时，压敏元件的输出经信号处理后送到计算机，生成相应的力模式。20
43、23/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3535 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、触觉与力觉反馈装置2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3636 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、触觉与力觉反馈装置数据手套
44、数据手套数据手套数据手套(DataGlove)是一是一种把手势输入计算机的工具。种把手势输入计算机的工具。戴上数据手套后，当手活动戴上数据手套后，当手活动时手套检测这些活动，并向时手套检测这些活动，并向计算机送出相应数据，计算计算机送出相应数据，计算机将这些数据转化为虚拟手机将这些数据转化为虚拟手的动作，如握拳、手平直、的动作，如握拳、手平直、伸出食指等。根据系统的规伸出食指等。根据系统的规定，不同的手势可以表示不定，不同的手势可以表示不同的控制指令，例如用手平同的控制指令，例如用手平直指出飞行的方向，用握拳直指出飞行的方向，用握拳表示返回等。表示返回等。2023/3/142023/3/14汽
45、车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3737 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院三、触觉与力觉反馈装置空间球空间球作为个人计算机附件的鼠标在二维图形空间中获得广泛的应用，但为了在三维空间内工作，就需要空间球及三维鼠标等工具。空间球(Space Ball)也称跟踪球(Track Ball)，它是一个放在带有一系列开关的底座上的小球，球中心有一个固定的小塑料柱，柱上安置了6个红外发光二极管。球的外壳可以活动，外壳上装有6个光电传感器，接收来自
46、中心的红外线。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3838 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院四、声音设备四、声音设备3D声音设备就是根据人的听觉感知机理，在不同的声音环境（如室外、室内等）和耳朵、声源的不同方位下，提供相应的声音。3D声音效果的生成可以由事先录制的声音生成声音文件，在虚拟现实生成器中将声音文件附加在相应的虚拟对象上，例如将汽车发动机启动的声音文件附在启动按钮上，当按下启动按钮时，就会
47、有相应3D声音效果产生。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 3939 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3.3 虚拟现实的软件环境虚拟现实的软件环境 虚拟现实应用工具箱MRTK软件包 虚拟显示系统应用工具箱WTK程序包CDK(Cyberspace Developer Kit)软件包虚拟现实的造型语言VRML2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 4040 页页规
48、格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3.3 虚拟现实的软件环境虚拟现实的软件环境一个成功的虚拟现实工具软件应具有以下四个特征一个成功的虚拟现实工具软件应具有以下四个特征(1)有效性有效性。开发的软件系统的质量依赖于用户观察。开发的软件系统的质量依赖于用户观察到的图像对用户动作的响应。到的图像对用户动作的响应。(2)灵活性灵活性。虚拟现实是一种新型交互技术，发展速。虚拟现实是一种新型交互技术，发展速度很快，因此虚拟现实开发工具必须足够灵活，以度很快，因此
49、虚拟现实开发工具必须足够灵活，以适应新技术带来的硬、软件的变化。必须很容易支适应新技术带来的硬、软件的变化。必须很容易支持新的设备并提供新的交互手段。持新的设备并提供新的交互手段。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 4141 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院3.3 虚拟现实的软件环境虚拟现实的软件环境(3)分布式。目前构造的虚拟现实软件系统很复杂，目前构造的虚拟现实软件系统很复杂，都需要多台工作站协
50、同工作。典型的系统一般使用都需要多台工作站协同工作。典型的系统一般使用两条工作站，一台产生头盔显示器所需的图像，另两条工作站，一台产生头盔显示器所需的图像，另一台工作站处理待显示的信息。这种处理不能由应一台工作站处理待显示的信息。这种处理不能由应用开发人员完成，而应由虚拟现实开发工具完成。用开发人员完成，而应由虚拟现实开发工具完成。(4)实时性实时性。虚拟环境用户界面要求用户行为对头盔。虚拟环境用户界面要求用户行为对头盔显示器反映的延迟最小。显示器反映的延迟最小。2023/3/142023/3/14汽车汽车数字化开发技术数字化开发技术 第第 4242 页页规格严格 功夫到家（威海）（威海）HA