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人机交互的发展与交互设备的发展

排列3 www.jeimw.cn 人机交互是研究人、计算机以及它们之间相互影响的技术 [39] 。狭义上的人 机交互是指人与计算机的信息交换,虚拟系统的人机交互就是人与虚拟世界的信 息交换。人机交互功能是体现虚拟现实系统的人性化、智能化的重要方面。但是 由于三维世界比常见的计算机二维平面多了个 Z 维的深度空间,所以在人机交 互上就不同于传统的在图形用户界面上的交互,而是更加接近于人们在真实生活 中进行沟通、交流、操作的形式。这也是虚拟现实技术最初设计的目的。 现在人机交互的设计已经从当初的“以技术为中心”向“以用户为中心”转 变,该过程经过了以下几个发展阶段 [40] : (1)纯手工操作的阶段; (2)任务语言控制阶段; (3)图形用户界面阶段; (4)网络用户界面阶段; (5)多通道交互阶段。 多通道交互阶段是目前虚拟现实技术所处的阶段,它是基于人体本身的多通 道特点,提供用户使用手势、语音、甚至面部表情作为输入通道,利用人体感官 的视觉、听觉、嗅觉、触觉等作为输出通道来给用户提供逼真的感官体验。

交互设备 人机交互的发展与交互设备的发展是离不开的,交互设备的好坏有时可以决 定交互效果的优良。目前交互设备主要是利用两种方式来实现:软件辅助下的交 互方法和纯硬件的交互。

软件辅助下的交互方法 软件辅助下的交互方法是利用二维鼠标对三维世界内的模型进行交互操作。 一般引擎会创建一个传感器来对鼠标进行管理,传感器节点记录了鼠标的内置事 件,如鼠标的左、右的点击、滑轮的滚动。然后利用 screen to world 映射技术, 把这些二维数据映射到三维空间的坐标之中,从而实现在三维空间中的操作。这 类方法简单、方便、节约,符合人们的使用习惯,可以很好地应用于项目中。

纯硬件的交互 纯硬件的交互是利用专门的三维交互设备,通过自然的方式在虚拟世界中直接进行交互操作。这种交互方式需要硬件的支持,交互的真实感也很强,可是需 要的费用也较高,用户还需要进行一定的训练才能掌握对设备的操作。下面举几 个目前常见的三维交互设备 [41] : (1)浮动鼠标。这是一种和鼠标比较相似的设备,区别在于它离开桌面后会 变成一个具有六自由度的探索器(六自由度指宽度、高度、深度、偏转度、仰视 度、转动角)。这类鼠标内部会装设一定的仪器,如电磁探测器、超声波发、接 器等。 (2)三维空间球。这是一种能够提供连续空间坐标、方向和离散按键信息的 三维输入设备。三维空间球的外形是个球状的物体,它被安装在一个小型的固定 平台上。人们可以对它进行扭转、拉出、下压、摇摆等,通过完成这些操作,可 以对三维空间的模型进行六自由度的控制。 (3)数据手套。用户可以在虚拟空间里凭借它进行类似于人手运动操作的设 备。它能够捕捉到人的手指、手腕的各种运动。在虚拟世界中,用户可以凭借着 这个设备去操作那些虚拟模型,就像在真实的世界中操作物体一样。 (4)头盔式显示器。一般的输出设备使用桌面显示器即可,若为了加强显示 的效果,可以考虑更先进的设备。头盔显示器就是其一。它的工作原理是在头盔 内装上位置跟踪器用于捕捉人头部的位置、方向,这些数据获得后会传给计算机, 计算机利用这些数据调整用户视觉范围内的场景,并形成图像直接传给头盔前部 的眼镜上。头盔还会对所有无关于视觉的信息进行过滤。 (5)三维声音处理器。听觉是人接受信息的一个非常重要的渠道,它也是交 互技术中多通道感知通道不可缺少的一个方面。它即可以接受用户声音的输入, 又可以将虚拟现实系统的反馈信息直接给用户。三维声音处理器是由声音辨识、 声音合成、三维声音定位等系统组成 [42] 。声音经过这些系统的处理以后,用户 使用普通的耳机,便可获得三维的立体声音,加上视觉显示的配合,真实感、现 场感十分显著。

 
   
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