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zSpace开发案例.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：35.26M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    第十四章 VR 桌面级虚拟现实体验在汽车工业仿真中的应用开发实例 14.1 概述 14.1.1 桌面虚拟现实系统的回顾 14.1.2 桌面虚拟现实系统显示技术以及其意义和价值 14.1.3 桌面虚拟现实系统的交互设备 14.1.4 zSpace 桌面级虚拟现实体验系统介绍 14.2 项目策划 14.2.1 项目开发背景 14.2.2 项目需求分析 14.2.3 项目 UI 设计 14.2.4 交互功能设计 14.3 项目插件及资源导入 14.3.1 创建工程 14.3.2 SDK 和插件的下载与导入 14.3.3 模型资源导入 14.4 搭建场景 14.4.1 开场场景搭建 14.4.2 主场景模型和摄像机处理 14.4.3 场景 UI 设计 14.5 项目逻辑设计 14.5.1 项目 UI 逻辑设计 14.5.2 触控笔逻辑设计 14.5.3 汽车逻辑设计 14.5.4 场景管理类 14.5.5 zView 效果制作 14.6 互动程序发布
    14.1 概述 14.1.1 桌面虚拟现实系统的回顾 现代的虚拟现实系统起源于 Ivan Sutherland 的头戴式(HMD)虚拟现实 (https://en.wikipedia.org/wiki/Ivan_Sutherland)系统（图 14.1.1-1），演进到大 型投影虚拟现实系统，以及多面投影的 CAVE 系统（图 14.1.1-2），这些系统 的主要特点是沉浸感很好。最近又回归到头戴式虚拟现实系统。尽管现代的 头戴式虚拟现实系统的成本降低了很多，但是早期的虚拟现实系统，无论是 头戴式还是投影式，都带着昂贵的标签。 在上世纪 90 年代，随着个人电脑的飞速发展，桌面虚拟现实系统成为了 可能，并在很多不需要完全沉浸式的领域，如工业实现与教育方面，得到长 足的应用。在人机交互设备方面，桌面虚拟现实系统也充分利用许多 2D 的 交互设备，如鼠标，游戏手柄等。 图 14.1.1-1
    图 14.1.1-2 14.1.2 桌面虚拟现实系统显示技术以及其意义和价值 虚拟现实当然离不开双眼视觉，同样，桌面虚拟现实系统利用个人电脑 图形图像处理能力的飞速发展，利用显卡对虚拟的场景进行两次渲染，生成 左右两幅图像，来模拟左右双眼视觉。 一般而言，桌面虚拟现实系统都采 用主动立体技术，也就是显示器分时、交替显示左、右两幅图像，使用者配 戴主动立体眼镜。主动立体眼镜开启后，左右镜片会交替、排他性地重复开 启－关闭的过程，保证人眼任何时刻只有一只眼睛能看到外部世界。该眼镜 通过红外或蓝牙技术与显示器同步，从而使左右眼看到对应地左右头像。为 了达到单眼 60 赫兹地频率，显示器的刷新频率需要达到 120 赫兹。基于此 原因，早期的桌面虚拟现实系统都采用阴极射线管(CRT)，等离子、或者 DLP 显示器。 桌面虚拟现实技术主要利用计算机进行仿真，用户通过计算机屏幕观察 整个虚拟世界，并且通过外部跟踪设备以及手控输入设备等与虚拟世界以及 其中的物体进行交互。同时，由于其并未完全脱离现实世界，所以用户在体 验虚拟世界的时候仍有现实世界作为依托参照，大大降低用户对陌生世界的 恐惧感，让用户更容易适应虚拟世界。
    图 14.1.2 14.1.3 桌面虚拟现实系统的交互设备 桌面虚拟现实系统一般会沿用桌面电脑的交互设备，如鼠标、键盘、游戏手 柄等。除了这些 2D 的交互设备外，也有公司开发 3D 或 6 自由度的交互设备， 例如基于电磁定位的 Polhemus，数据手套（图 14.1.3-1）。通过与 Polhemus 技 术共享，Sixsenses 开发了 STEM 个人跟踪定位系统。 除了电磁定位技术外，也有专门为桌面虚拟现实系统开发的基于光电技术的 定位与跟踪系统。PersonalSpaceTechnologies(http://www.ps-tech.com/3d-technolo gy/optical-tracking)，开发的 PST 系统能定义(通过增加表面的反光点)，并跟踪把 任何形状的物体。NaturalPoint 开发的一款小型的跟踪系统，TrackIR（图 14.1.3-2） 也比较适用于桌面虚拟现实系统。手势跟踪系统，如 LeapMotion（图 14.1.3-3） 和 Intel 的 RealSense（图 14.1.3-4），也可利用于桌面虚拟现实系统（参见 2014 年 Intel 在 CES 的主题演讲视频）。 图 14.1.3-1
    图 14.1.3-2 图 14.1.3-3 图 14.1.3-4
    14.1.4 zSpace 桌面级虚拟现实体验系统介绍 zSpace 系统是整合现实世界工作环境的桌面虚拟现实系统，实现现实与 虚拟世界的自由穿越。技术核心是高保真的立体显示系统，低延迟的跟踪系 统，软件系统。它提供了一种自然的人机交互方式，6 自由度的触控笔、轻 巧的容易让人忘记的 3D 眼镜大大增强了用户的虚拟现实体验。 基于我们在真实世界中的体验，我们也可以在立体三维空间中与物体交 互。使用触控笔捡起物体，将它们放在我们面前。使用 zSpace 触控笔去旋转、 观察物体就像使用双手去操作物体，这样会让使用者得到更贴近现实的交互 体验。 开发者可以迁移和创建任何类型的应用到 zSpace 系统中，借助于 zSpace 在三维空间中显示和操作物体的优势，可以完全展现出物体和观察者彼此之 间的空间关系。 在工业领域中，在产品成为实体原型前，首先在 zSpace 三维显示系统中 检测零件和产品的设计，将会极大的节约成本。 在医疗和生物技术领域中，器官和分子的三维模型在 zSpace 三维显示系 统中可以看到一些在二维空间中很难呈现和描述的信息。 zSpace 以其独特的 3D 体验在教育、医疗、工业仿真等领域得到了广泛 应用。 14.1.4.1 zSpace 系统的特点 zSpace 开发了光电跟踪系统，立体显示系统，以及触笔，从而能提供高 保真的桌面虚拟显示系统，以及自然的交互系统。 14.1.4.2 zSpace 立体显示系统 zSpace 显示器是一款内置四缓冲主动立体显示技术支持的被动显示屏 幕。这意味着它有 2 个后缓冲区和 2 个前缓冲区，而不是通常的单后缓冲区 和单前缓冲区。所以支持左右双眼的全高清(1920x1080)的输入与输出。显示 器的刷新率为 120 赫兹(单眼 60 赫兹)。通过 zSpace 特有的附加屏幕， 主 动立体显示信号被转化程被动立体信号，从而大幅提供了用户体验。
    14.1.4.3 角度感知 zSpace 系统可以被认为是作为一个通向虚拟世界的窗口。在 zSpace 系统 中，显示器的角度可以动态地改变，从而改变了通向虚拟世界的窗口 。zSpace 系统能跟踪显示器的角度，反馈给应用程序来校准立体投影的计算 。 14.1.4.4 zSpace 交互设备 zSpace 跟踪系统，能以 100 赫兹的频率跟踪特定物体的姿态，包括空间 位置与方向，空间位置的分辨率到达毫米级，同时 zSpace 跟踪系统能快速锁 定被跟踪的物体，没有电磁跟踪技术常有的畸变等问题。 14.1.4.5 zSpace 被动立体眼镜 利用前面提到的显示技术，zSpace 立体眼镜变成了被动立体眼镜。在不 需要电池与电子部件的情况下，我们尽量减轻 zSpace 立体眼镜的重量，从 而提高用户的体验。 跟踪的对象之一是立体眼镜。zSpace 跟踪系统跟踪并返回眼镜中心位置 的姿态(下图) 。眼镜的坐标是一个右手坐标系，X 轴向右，Y 轴向上，Z 轴平 行于眼镜的支架，即指向佩戴者的头部（图 14.1.4.5）。
    图 14.1.4.5 14.1.4.6 zSpace 触笔 zSpace 系统跟踪的另一个目标是触笔。系统跟踪触笔前端的姿态(如下 图)。 触笔的坐标系同样是右手坐标。X 轴垂直于触笔三个按键决定的平面，Z 轴是触笔的中心轴，Y 轴向右（图 14.1.4.6）。 图 14.1.4.6 触笔也内置了按键、LED、简单的力反馈设备。触笔有三个按键。按钮的 数目和各按钮的状态可以由应用程序进行查询。 LED 位于触笔的中心，其发 光、开关可以由应用程序来动态控制。 触笔也通过震动提供简单的力反馈， 力反馈的开关即振动模式可以改变，甚至可以用声波文件编程 。 14.1.4.7 zSpace 硬件 (1) zSpace200
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