VR沉浸式虚拟现实系统搭建 沉浸式虚拟现实系统的应用

沉浸式虚拟现实系统(Immersive VR)是一种高级的、较理想、较复杂的虚拟现实系统。 它采用封闭的场景和音响系统将用户的视听觉与外界隔离，使用户完全置身于计算机生成的环 境之中，用户通过利用空间位置跟踪器、数据手套和三维鼠标等输入设备输入相关数据和命令， 计算机根据获取的数据测得用户的运动和姿态，并将其反馈到生成的视景中，使用户产生一种 身临其境、完全投入和沉浸于其中的感觉。沉浸式虚拟现实系统的体系结构如图所示。

1.沉浸式虚拟现实系统的特点

沉浸式虚拟现实系统与桌面虚拟现实系统相比，具有以下特点。

(1)具有高度的实时性。即当用户转动头部改变观察点时，空间位置跟踪设备及时检测 并输入计算机，由计算机计算，快速地输出相应的场景。为使场景快速平滑地连续显示，系 统必须具有足够小的延迟，包括传感器的延迟，计算机计算延迟等。

(2)具有高度的沉浸感。沉浸式虚拟现实系统必须使用户与真实世界完全隔离，不受外 界的干扰，依据相应的输入和输出设备，完全沉浸到环境中。

(3)具有先进的软硬件。为了提供“真实”的体验，尽量减少系统的延迟，必须尽可能 利用先进的、相容的硬件和软件。

(4)具有并行处理的功能。这是虚拟现实的基本特性，用户的每一个动作都涉及多个设 备综合应用，例如手指指向一个方向并说:“那里!”，会同时激活三个设备:头部跟踪器，数 据手套及语音识别器，产生三个同步事件。

(5)具有良好的系统整合性。在虚拟环境中，硬件设备互相兼容，并与软件系统很好地 结合，相互作用，构造一个更加灵巧的虚拟现实系统。

沉浸式虚拟现实系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中。例如，在消防仿真演习系统中，消防员会沉浸于极度真实的火灾场景并做出不同反应。但有一个很大的缺点是系统设备尤其是硬件价格相对较高，难以大规模普及推广。

沉浸式虚拟现实主要依赖于各种虚拟现实硬件设备，如头盔显示器、舱型模拟器、投影虚拟现实设备和其他的一些手控交互设备等。参与者戴上头盔显示器后，外部世界就被有效地屏蔽在视线以外，其仿真经历要比桌面虚拟现实更可信，更真实。

2.沉浸式虚拟现实系统的类型

常见的沉浸式虚拟现实系统有头盔式虚拟现实系统、洞穴式虚拟现实系统、座舱式虚拟现实系统、投影式虚拟现实系统和远程存在系统等。

(1)头盔式虚拟现实系统。采用头盔显示器实现单用户的立体视觉、听觉的输出，使人 完全沉浸其中，如图 1.13 所示。

(2)洞穴式虚拟现实系统(CAVE)。该系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示 技术的房间式投影可视协同环境，可提供一个房间大小的四面(或六面)立方体投影显示空 间，供多人参与，所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中， 借助相应虚拟现实交互设备(如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等)，从而获得一种身临 其境的高分辨率三维立体视听影像和 6 个自由度的交互感受，如图 1.14 所示。

(3)座舱式虚拟现实系统。座舱是一种最为古老的虚拟现实模拟器。当用户进入座舱后，不用佩戴任何现实设备，就可以通过座舱的窗口观看一个虚拟境界。该窗口由一个或多个计算机显示器或视频监视器组成，用来显示虚拟场景。

提示:这种座舱给参与者提供的投入程度类似于头盔显示器。

(4)投影式虚拟现实系统。该系统是采用一个或多个大屏幕投影来实现大画面的立体视觉和听觉效果，使多个用户同时具有完全投入的感觉，如图 1.15 和图 1.16 所示。

(5)远程存在系统。远程存在是一种远程控制形式，用户虽然与某个真实现场相隔遥远， 但可以通过计算机和电子装置获得足够的感觉现实和交互反馈，恰似身临其境，并可以介入 对现场进行遥操作。此系统需要一个立体显示器和两台摄像机生成三维图像，这种图像使得 操作员有一种深度的感觉，观看的虚拟境界更清晰、真实。