虚拟现实的核心技术与未来趋势
1) 机械式(如Fakespace Co.的产品):
利用电压计及光译码器测量仪器中各关节的转动角度,就可以计算受测物的位置。
优点: 低价位、低时间延迟(对头部位置追踪很重要),不用收发装置,所以不易受外界环境影响。
缺点: 追踪范围很小,会磨损,对四肢运动产生机械的迟滞(inertia)。
2) 电磁式(如Polhemus Co.及Ascension Co.的产品):
由三个正交的发信器发出磁场,经由三组接收器接收,可由收发的信号变化计算出受测物的位置。
优点: 体积小巧(适合装在头部,手上及笔尖),可将收发器组合,分时多任务,以得到更大的追踪区域。
缺点: 易受无线电等电磁干扰,如果附近有像铁的磁性金属类物品,也会产生干扰。系统时间延迟约100ms,也算比较长的。目前已经致力于减低延迟。
3) 光学式(如北卡大学的Prototype):
将光源,如红外线,放在受测物上,再由安放于四周的接收器(摄影机)接收,据以计算位置。
优点: 追踪范围广大(取决于光强度及同相位程度)。
缺点: 必须要光能照到,也就是光的路径中不能有障碍物。太重。价格较昂贵。
4) 超音波式(如Logitech的产品):
由几个发声器发出声音(超音波),让几个麦克风接收。经由测定时间差来计算受测物距离。需要几组收发器才能得到完整的3D位置数据。另外一种较少见的技术是经由计算收发器信号的相位差,测出受测物的位移。
优点: 转换器容易取得,可以以低成本制作。
缺点: 音速受外界温度,气压及湿度影响而有不同,音响式系统必须先考虑这些,不然会有很大误差。此外,声音碰到 ”硬表面” 会产生回音,造成 ”鬼影” 现象。收发器间也不可以有东西挡住。这使它的准确度及追踪范围都受限。
5) 惯性式及重力式:
惯性式用陀螺仪测量三轴的转动量。过去用于飞机或飞弹的导引装置。现在也应用于一些防震(no shake)手提摄影机及无线遥控直升机。重力式则用地心引力加上单摆测量相对于地的旋转角度。
优点: 无收/发装置。
缺点: 陀螺仪难以和其它装置沟通,且会随时间偏移。(每分钟几度),也需要做温度校正。不过新一代的”固态(solid-state)陀螺仪”(实为一种压电设备)可减低这些效应两三倍。另外,重力式与陀螺仪皆无法准确得知平移的位置,但对旋转很敏感,只能提供旋转信息 [15]。
3、数据手套与手势辨识
由于肢体语言很灵巧,又是最自然的表现方式,它无疑是人机接口的好主意。它比起传统用键盘、鼠标操作,更适合人体,在虚拟世界中更能让人觉得舒适及自然。然而,由于缺乏一种有效且经济的捕捉人体姿势讯息,及辨识的方法,目前还不是很常运用。
数据手套是一种追踪装置,可以用来辨识手的目前动作。较有名的VPL Data Glove是将光纤置于手套中,利用光在光纤中反射的角度及强度变化,求出各关节弯区角度,从而可得出手势数据。
在手势辨识方面,为了达到大量字汇的手语辨识,同时克服目前手语辨识上的限制,我们采用三个统计学的概念:断词,隐藏式马可夫模型,及文法模型[3]。断词是由监视时变参数的变化来完成。隐藏式马可夫模型用于每个子手语模型,而文法策略则用于相邻的手语之间。每个手语都可以分解成下列四个手语模型:手型、方向、位置及运动。由于解决了连续手语间的分段点问题,所以可以达成连续且实时的手语辨识。目前已经可以对台湾手语的250个字汇,196个练习句之51个基本手型,6个方向及12个运动路径制作其隐藏式马可夫模型。对词组可达最佳82.5%及对句子最佳86.4%的辨识率 [3]。
4、头戴式显示器及其它显示技术