實時虛擬現實技術理論（課堂筆記六）

虛擬現實系統的輸出設備

當用戶與虛擬現實系統交互時，能否獲得與真實世界相同或相似的感知，併產生“身臨其境”的感受，將直接影響系統的真實感。
爲了實現虛擬現實系統的沉浸特性，輸出設備必須能將虛擬世界中各種感知信號轉變爲人所能接收的視覺、聽覺、觸覺、味覺等多通道刺激信號

1.視覺感知的相關概念

1. 視域：能被眼睛看到的區域稱爲視域
   一隻眼睛的水平視域約爲150°，垂直大約爲120°，雙眼的水平視域大約爲180°

2. 視角：視覺感知中關於可視目標大小的測量
   正常光照條件下視角不應該小於15°，在較低光照條件下視角不應該小於21°
   視角可以由以下公式求出
   

3. 視覺生成:外界景物發射或反射光線刺激視網膜感光細胞令視覺神經產生知覺

4. 立體視覺:人的雙眼之間相隔58 ~ 72mm，在觀察物體時，兩隻眼睛所觀察的位置和角度都存在定的差異，因此每隻眼睛所觀察到的圖像都有所區別。

5. 屈光度:眼睛折射光線的作用叫屈光，用光焦度來表示屈光的能力叫做屈光度。

6. 瞳孔：工作原理: 瞳孔是晶狀體前的孔。它對光線強弱的適應是自動完成的。通過瞳孔的調節，始終保持適量的光線進入眼睛，使落在視網膜上的物體圖像既清晰，而又不會有過量的光線灼傷視網膜。瞳孔雖然不是眼球光學系統當中的屈光元件，但在眼球光學系統當中起着重要的作用。瞳孔不僅可以對明暗作出反應， 調節進入眼睛的光線，也影響眼球光學系統的焦深和球差。

7. 分辨率:分辨率是人眼區分兩個點的能力。當空間平面，上兩個黑點相互靠攏到一定程度時，離開黑點一定距離的觀察者就無法區分它們，這意味着人眼分辨景物細節的能力是有限的，這個極限值就是分辨率

8. 視覺暫留：又稱”餘暉效應“，例子：中國古代的走馬燈

視覺感知設備

1. 頭盔顯示器
2. 吊杆式顯示器
3. 洞穴式顯示器
4. 響應工作臺顯示設備
5. 牆式投影顯示設備
6. 立體眼睛顯示系統
7. 三維顯示器

2.聽覺感知設備

聽覺感知的相關知識

1. 聲音:是由物體振動產生的聲波，是通過介質(空氣或固體、液體)傳播並能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象。最初發出震動的物體叫聲源。聲音以波的形式震動傳播。聲波能夠在所有物質(除真空外)中傳播。其傳播速度由傳聲介質的某些物理性質，主要是力學性質所決定。例如:音速與介質的密度和彈性性質有關，因此也隨介質的溫度、壓強等狀態參量而改變。氣體中音速每秒約數百米，隨溫度升高而增大。通常，固體介質中音速最大，液體介質中的音速較小，氣體介質中的音速最小。
2. 頻率範圍:人耳可以感知的頻率範圍約爲20Hz~ 20kHz。 隨着年齡變大，頻率範圍逐漸縮小。另外人耳分辨能力最靈敏的頻段爲1~3kHz之間的頻率
3. 直達聲:是指直接傳播到聽衆左右耳的聲音。
4. 反射聲:指從室內表面上經過初次反射後，到達聽衆耳際的聲音，約比直達聲晚十幾到幾十毫秒
5. 混響聲:指聲音在廳堂內經過各個邊界面和障礙物多次無規則的反射後，形成漫無方向、 瀰漫整個空間的餘音
6. 聲音定位:人類對聲音的定位用來確定聲源的方向和距離。一般情況下，人腦識別聲源位置是利用經典的“雙工理論”，即兩耳收到的聲音的時間差異和強度差異。
   時間差異是指聲音到達兩個耳朵的時間之差。當一個聲源放在頭右側測量聲音到達兩耳的時間時，聲音會首先到達右耳，如果兩耳的路徑之差爲20cm，則時間差異約爲0.59ms。 強度差異是指聲音到達兩耳的強度上的差異。當人面對聲源時，兩耳的時間差異和強度差異均爲0。 時間差異對低頻率聲音定位特別靈敏，而強度差異對高頻率聲音定位比較靈敏。因此，只要到達兩耳的聲音存在時間差異或者強度差異，人就能夠判斷出聲源的方向。
7. 掩蔽效應:一種頻率的聲音阻礙聽覺系統感受另種頻率的聲音的現象稱爲掩蔽效應。前者稱爲掩蔽聲音，後者稱爲被掩蔽聲音。
8. 立體聲:指具有立體感的聲音。立體聲包括了直達聲、反射聲和混響聲。

聽覺感知設備：

1. 揚聲器
2. 耳機

3.觸覺感知設備

1. 觸覺反饋設備
2. 力反饋設備