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1,第3章人機(jī)交互主要設(shè)備,2,本章主要內(nèi)容,輸入設(shè)備：文本輸入設(shè)備；語(yǔ)音輸入設(shè)備；圖像/視頻輸入設(shè)備；指點(diǎn)輸入設(shè)備輸出設(shè)備：顯示器；數(shù)字紙/打印機(jī)/繪圖儀；音響/喇叭虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備,3,輸入設(shè)備,4,3.1文本輸入設(shè)備,文本輸入是人機(jī)交互輸入的重要組成部分;鍵盤(pán)輸入是最常見(jiàn)、最主要的文本輸入方式;手寫(xiě)、語(yǔ)音是更自然的文本輸入方式。,5,1.鍵盤(pán),鍵盤(pán)是文本輸入的最重要手段，而鍵盤(pán)布局對(duì)于文本輸入的速度和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。為了提高鍵盤(pán)在某些場(chǎng)合下的使用舒適度，許多鍵盤(pán)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還加入了更多人性化的人機(jī)工程學(xué)考慮。,6,鍵盤(pán)的布局,QWERTY鍵盤(pán)布局19世紀(jì)70年代，Sholes發(fā)明了QWERTY鍵盤(pán)布局，其名稱(chēng)來(lái)源于該布局方式最上行前6個(gè)英文字母，最常用的幾個(gè)字母安置在相反方向，最大限度放慢敲鍵速度以避免卡鍵。這種布局方式依然是今天最為常見(jiàn)的排列方式，成為一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。DUORAK鍵盤(pán)布局20世紀(jì)20年代的DUORAK鍵盤(pán)布局，據(jù)推測(cè)可以大大減少手指移動(dòng)距離，從而大大提高輸入速度，但由于受到傳統(tǒng)QWERTY布局的影響，沒(méi)有成為主流的鍵盤(pán)布局。,7,人性化設(shè)計(jì)的多功能集成鍵盤(pán)這類(lèi)鍵盤(pán)集成了鼠標(biāo)、無(wú)線等功能，在鍵盤(pán)布局以及外觀設(shè)計(jì)方面，針對(duì)游戲、上網(wǎng)瀏覽等常用娛樂(lè)功能做了改進(jìn)。鍵盤(pán)正上方設(shè)計(jì)的快捷鍵，包括“IE主頁(yè)”、“打開(kāi)文件夾”、“查找文件”和“進(jìn)入信箱”等12個(gè)，許多操作可以一鍵完成。鍵盤(pán)的無(wú)線接收器采用USB接口，安裝使用也非常方便。,8,人機(jī)工程學(xué)鍵盤(pán)是在標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)基礎(chǔ)上將指法規(guī)定的左手鍵區(qū)和右手鍵區(qū)這兩大板塊左右分開(kāi)，并形成一定角度，這樣可使操作者不必有意識(shí)的夾緊雙臂，從而保持一種比較自然的形態(tài)，這種設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)被微軟公司命名為自然鍵盤(pán)（NaturalKeyboard）。,9,(手寫(xiě)板+手寫(xiě)筆+手寫(xiě)漢字識(shí)別軟件),2.手寫(xiě)設(shè)備,10,手寫(xiě)板電阻式壓力手寫(xiě)板：幾乎已經(jīng)被淘汰電磁式感應(yīng)手寫(xiě)板：目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品電容式觸控手寫(xiě)板：市場(chǎng)的新生力量，具有耐磨損、使用簡(jiǎn)便、敏感度高等優(yōu)點(diǎn)，是今后手寫(xiě)板的發(fā)展趨勢(shì)。,11,手寫(xiě)板的評(píng)測(cè)指標(biāo)壓感級(jí)數(shù)：手寫(xiě)板可以感應(yīng)到筆在手寫(xiě)板上的力度的級(jí)別，最高為512級(jí)。精度：精度又稱(chēng)分辨率，指的是單位長(zhǎng)度上所分布的感應(yīng)點(diǎn)數(shù)，精度越高對(duì)手寫(xiě)的反映越靈敏，對(duì)手寫(xiě)板的要求也越高書(shū)寫(xiě)面積：是手寫(xiě)板一個(gè)很直觀的指標(biāo)，手寫(xiě)板區(qū)域越大，書(shū)寫(xiě)的回旋余地就越大，運(yùn)筆也就更加靈活方便，輸入速度往往會(huì)更快，當(dāng)然其價(jià)格也相應(yīng)更高。書(shū)寫(xiě)面板的尺寸大體有以下幾種：76mm51mm、76mm114mm、10mm13mm和11mm15mm,12,手寫(xiě)筆有線筆:手寫(xiě)筆尾部均有一根電纜與手寫(xiě)板相連，從手寫(xiě)板上輸入電源。無(wú)線筆:借助于一些特殊技術(shù)而不需要任何電源。無(wú)線筆的優(yōu)點(diǎn)是攜帶和使用起來(lái)非常方便，同時(shí)也較少出現(xiàn)故障。手寫(xiě)筆一般還帶有兩個(gè)或三個(gè)按鍵，其功能相當(dāng)于鼠標(biāo)按鍵，這樣在操作時(shí)不需要在手寫(xiě)筆和鼠標(biāo)之間來(lái)回切換。,13,手寫(xiě)漢字識(shí)別軟件除了硬件外，手寫(xiě)筆和手寫(xiě)板的另一項(xiàng)核心技術(shù)是手寫(xiě)漢字識(shí)別軟件;目前各類(lèi)手寫(xiě)筆的識(shí)別技術(shù)都已相當(dāng)成熟，識(shí)別率和識(shí)別速度也能夠滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。,14,3.語(yǔ)音文本輸入設(shè)備(麥克風(fēng)+聲卡+語(yǔ)音識(shí)別軟件),語(yǔ)音輸入為文本輸入提供了更加自然的交互手段，也許在將來(lái)，我們能夠真正拋棄鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)的“對(duì)話”;語(yǔ)音錄入并不限于輸入文本,其中還有身份,情緒,健康狀況等多種信息。,15,3.2語(yǔ)音輸入設(shè)備(麥克風(fēng)+聲卡+語(yǔ)音識(shí)別情感分析身份認(rèn)證軟件),在語(yǔ)音錄入過(guò)程中所涉及的設(shè)備主要是麥克風(fēng)和聲卡語(yǔ)音識(shí)別、情感分析、身份認(rèn)證是語(yǔ)音輸入的核心技術(shù),16,1.麥克風(fēng)/話筒,對(duì)于語(yǔ)音的輸入，麥克風(fēng)/話筒是最基本的設(shè)備。,17,麥克風(fēng)技術(shù)為了過(guò)濾背景雜音，達(dá)到更好的識(shí)別效果，許多麥克風(fēng)采用了NCAT（NoiseCancelingAmplificationTechnology）專(zhuān)利技術(shù)。NCAT技術(shù)結(jié)合特殊機(jī)構(gòu)及電子回路設(shè)計(jì)以達(dá)到消除背景噪音，強(qiáng)化單一方向聲音（只從配戴者嘴部方向）的收錄效果，是專(zhuān)為各種語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音交互軟件設(shè)計(jì)的，提供精確音頻輸入的技術(shù)，采用NCAT/NCAT2技術(shù)的麥克風(fēng)會(huì)著重采集處于正常語(yǔ)音頻段（介于350Hz---7000Hz）的音頻信號(hào)，從而降低環(huán)境噪音的干擾。,18,2.聲卡,聲卡的功能是一種安裝在計(jì)算機(jī)中的最基本的聲音設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)聲波／數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的硬件:可把來(lái)自話筒、磁帶、光盤(pán)的原始聲音信號(hào)加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機(jī)、揚(yáng)聲器、擴(kuò)音機(jī)、錄音機(jī)等聲響設(shè)備，完成對(duì)聲音信息進(jìn)行錄制與回放。聲卡的結(jié)構(gòu)聲卡可分為模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分:模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采集到的模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)使用的數(shù)字聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為耳機(jī)、音箱等設(shè)備能使用的模擬信號(hào)。,19,聲卡擁有的接口：LINEOUT（或者SPKOUT）用于連接音箱耳機(jī)等外部揚(yáng)聲設(shè)備，實(shí)現(xiàn)聲音回放；MICINOUTMICIN用于連接麥克風(fēng)，實(shí)現(xiàn)錄音功能；LINEINLINEIN則是把外部設(shè)備的聲音輸入到聲卡中游戲桿（外部MIDI設(shè)備接口）,20,與聲卡相關(guān)的重要概念聲音的采樣采樣的位數(shù)決定了聲音采集的質(zhì)量。采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度，這個(gè)數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音也越真實(shí)16位聲卡能將聲音分為64K個(gè)精度單位進(jìn)行處理，而8位聲卡只能處理256個(gè)精度單位，造成較大的信號(hào)損失采樣的頻率采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù)，采樣頻率越高則聲音的還原就越真實(shí)越自然。在當(dāng)今的主流聲卡上，采樣頻率一般分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個(gè)等級(jí),21,聲道數(shù)聲音在錄制過(guò)程中被分配到兩個(gè)獨(dú)立的聲道，從而達(dá)到了很好的聲音定位效果，用戶(hù)可以清晰地分辨出各種樂(lè)器來(lái)自的方向，從而使音樂(lè)更富想象力，更加接近于臨場(chǎng)感受。四聲道環(huán)繞音頻技術(shù)較好實(shí)現(xiàn)了三維音效，四聲道環(huán)繞規(guī)定了4個(gè)發(fā)音點(diǎn)：前左、前右，后左、后右，聽(tīng)眾則被包圍在這中間。,22,3.3圖像/視頻輸入設(shè)備,圖像輸入是人與計(jì)算機(jī)交互的另外一個(gè)重要組成部分;掃描儀可以快速地實(shí)現(xiàn)圖像輸入，且經(jīng)過(guò)對(duì)圖像的分析與識(shí)別，可以得到文字、圖形等內(nèi)容；而攝像頭則是捕捉動(dòng)態(tài)場(chǎng)景最常用的工具。,23,1.掃描儀,光電、機(jī)械一體化的高科技產(chǎn)品獨(dú)特的數(shù)字化“圖像”采集能力，低廉的價(jià)格以及優(yōu)良的性能，得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用目前已成為計(jì)算機(jī)不可缺少的圖文輸入工具之一，被廣泛地應(yīng)用于圖形、圖像處理的各個(gè)領(lǐng)域。,24,掃描儀的性能指標(biāo),(1)分辨率:掃描儀的分辨率決定了最高掃描精度;在掃描圖像時(shí)，掃描分辨率設(shè)得越高，生成的圖像的效果就越精細(xì)，生成的圖像文件也越大。DPI是指用掃描儀輸入圖像時(shí)，在每英寸上得到的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。掃描儀的分辨率等于其光學(xué)部件的分辨率加上其自身通過(guò)硬件及軟件進(jìn)行處理分析所得到的分辨率;分辨率為1200DPI的掃描儀，往往其光學(xué)部分的分辨率只占400～600DPI。擴(kuò)充部分的分辨率由硬件和軟件聯(lián)合生成，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析，對(duì)空白部分進(jìn)行插值處理所產(chǎn)生的;,25,掃描儀的性能指標(biāo),(2)掃描速度:掃描速度決定了掃描儀的工作效率.一般而言，以300DPI的分辨率掃描一幅A4幅面的黑白二值圖像，時(shí)間少于10秒鐘，相同情況下，掃描灰度圖，約需10秒左右，而如果使用三次掃描成像的彩色掃描儀，則要2~3分鐘。,26,平板式掃描儀的結(jié)構(gòu),目前大部分的掃描儀都屬于平板式掃描儀，主要由上蓋、原稿臺(tái)、光學(xué)成像部分、光電轉(zhuǎn)換部分、機(jī)械傳動(dòng)部分組成。,27,2.攝像頭,數(shù)碼攝像頭的用途數(shù)碼攝像頭可以直接捕捉影像，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)的串口、并口或者USB接口傳送到計(jì)算機(jī)里。數(shù)碼攝像頭沒(méi)有存儲(chǔ)裝置和其他附加控制裝置，只有一個(gè)感光部件、簡(jiǎn)單的鏡頭和不太復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸線路，造價(jià)低廉。,28,2.衡量數(shù)碼攝像頭的關(guān)鍵因素感光元器件大多為CCD,CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確;應(yīng)用在攝像、圖像掃描等對(duì)于圖像質(zhì)量要求較高的應(yīng)用中,價(jià)格高附加金屬氧化物半導(dǎo)體組件（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，CMOS）大多應(yīng)用在一些低端視頻應(yīng)用中，價(jià)格低像素?cái)?shù)：像素?cái)?shù)是影響圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是判斷攝像頭性能優(yōu)劣的重要條件。早期產(chǎn)品以10萬(wàn)像素的居多，目前則以百萬(wàn)像素為主,29,2.衡量數(shù)碼攝像頭的關(guān)鍵因素解析度：分為照像解析度和視頻解析度：有352288、320240、176144、160120等規(guī)格目前一般產(chǎn)品的解析度是640480視頻速度：視頻速度和視頻解析度是直接相關(guān)的，基本成反比關(guān)系如640480解析度可達(dá)12.5幀／秒（FramesPerSecond，F(xiàn)PS），352288的解析度可得到30FPS，真正獲取流暢的視頻鏡頭：鏡頭性能的重要條件是它的調(diào)焦范圍以及靈敏性等因素，好的攝像頭，應(yīng)該有較為寬廣的調(diào)焦范圍和較高的靈敏性,30,創(chuàng)新VideoBlasterWebCam可以用16.7兆顏色進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻捕捉；分辨率為352288時(shí)速度最快達(dá)30幀每秒，分辨率為640480時(shí)達(dá)15幀每秒；支持160120、176144、320240、352288、和640480分辨率的靜態(tài)圖像捕捉；鏡頭免調(diào)焦距。,31,3.4指點(diǎn)輸入設(shè)備,指點(diǎn)設(shè)備常用于完成一些定位和選擇物體的交互任務(wù)。鼠標(biāo)是最常用的一種指點(diǎn)輸入設(shè)備,另外還有觸摸板、控制桿、光筆、觸摸屏、手寫(xiě)液晶屏、眼動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等。,32,1.鼠標(biāo),1963年，美國(guó)DouglasEnglebart發(fā)明了鼠標(biāo)器。他最初的想法是為了讓計(jì)算機(jī)輸入操作變得更簡(jiǎn)單、容易。第一只鼠標(biāo)器的外殼是用木頭精心雕刻而成的，整個(gè)鼠標(biāo)器只有一個(gè)按鍵，在底部安裝有金屬滾輪，用以控制光標(biāo)的移動(dòng)。1984年，蘋(píng)果公司把經(jīng)過(guò)改進(jìn)的鼠標(biāo)器安裝在Lisa微電腦上，從而使鼠標(biāo)器聲名顯赫，它與鍵盤(pán)一道成為電腦系統(tǒng)中必備的輸入裝置。,33,鼠標(biāo)的分類(lèi),1）機(jī)械式鼠標(biāo)工作原理：在機(jī)械式鼠標(biāo)底部有一個(gè)可以自由滾動(dòng)的球，在球的前方及右方裝置兩個(gè)支成90度角的編碼器滾軸，移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)小球隨之滾動(dòng)，便會(huì)帶動(dòng)旁邊的滾軸，前方的滾軸記錄前后滑動(dòng)，右方的滾軸記錄左右滑動(dòng)，兩軸一起移動(dòng)則代表非垂直及水平方向的滑動(dòng)。編碼器由此識(shí)別鼠標(biāo)移動(dòng)的距離和方位，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)傳給電腦，以確定光標(biāo)在屏幕上的正確位置。,34,2）光電式鼠標(biāo)工作原理:利用一塊特制的光柵板作為位移檢測(cè)元件，光柵板上方格之間的距離為0.5mm。鼠標(biāo)器內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光元件和兩個(gè)聚焦透鏡，發(fā)射光經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后從底部的小孔向下射出，照在鼠標(biāo)器下面的光柵板上，再反射回鼠標(biāo)器內(nèi)。當(dāng)在光柵板上移動(dòng)鼠標(biāo)器時(shí)，由于光柵板上明暗相間的條紋反射光有強(qiáng)弱變化，鼠標(biāo)器內(nèi)部將強(qiáng)弱變化的反射光變成電脈沖，對(duì)電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)即可測(cè)出鼠標(biāo)器移動(dòng)的距離。,35,鼠標(biāo)與其接口的發(fā)展,串行接口設(shè)計(jì)(梯形9針接口)；隨著PC機(jī)器上串口設(shè)備的逐漸增多，串口鼠標(biāo)逐漸被采用新技術(shù)的PS/2接口鼠標(biāo)所取代(小圓形接口)；隨著即插即用概念的提出，使得采用USB接口的鼠標(biāo)成為主流；而對(duì)于一些有專(zhuān)業(yè)要求的用戶(hù)而言，采用紅外線信號(hào)來(lái)與電腦傳遞信息的無(wú)線鼠標(biāo)也成為一種專(zhuān)業(yè)時(shí)尚;BlueTooth無(wú)線鼠標(biāo).,36,鼠標(biāo)的按鍵發(fā)展,從按鍵而言，依次經(jīng)歷了兩鍵、三鍵時(shí)代。隨著INTERNET的普及，人們發(fā)現(xiàn)，在鼠標(biāo)上加上一個(gè)小小的輪軸更便于瀏覽網(wǎng)頁(yè)，這樣，又出現(xiàn)了滾輪鼠標(biāo)，目前的鼠標(biāo)以三鍵滾輪鼠標(biāo)為主。雖然鼠標(biāo)的發(fā)展速度和其他輸入設(shè)備相比似乎慢了許多，但是鼠標(biāo)對(duì)計(jì)算機(jī)操作帶來(lái)的巨大便利，決定了其在短時(shí)間內(nèi)是難以被完全替代的。,37,2.觸摸板（Touchpad）,觸摸板能夠在一定的區(qū)域內(nèi)（通常是50~75毫米長(zhǎng)度）感應(yīng)接觸，將這種接觸信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)處理。目前，觸摸板已應(yīng)用到筆記本電腦上，可以替代鼠標(biāo)。觸摸板通過(guò)電容感應(yīng)來(lái)獲知用戶(hù)的手指移動(dòng)情況，對(duì)手指熱量并不敏感。同鼠標(biāo)相比，觸摸板的使用更加靈活，在使用過(guò)程中，通過(guò)更多的配置，可以得到更強(qiáng)的功能。,38,3.控制桿,控制桿很適宜于跟蹤目的（即追隨屏幕上一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)）的原因是移動(dòng)對(duì)應(yīng)的光標(biāo)所需的位移相對(duì)較小，同時(shí)易于變換方向。控制桿的移動(dòng)導(dǎo)致屏幕上光標(biāo)的移動(dòng)。根據(jù)兩者移動(dòng)的關(guān)系，可以將其分為兩大類(lèi)：位移定位和壓力定位。對(duì)于位移定位的游戲桿，屏幕上的光標(biāo)依據(jù)游戲桿的位移而移動(dòng),39,4.光筆,光筆是一種較早用于繪圖系統(tǒng)的交互輸入設(shè)備，它能使用戶(hù)在屏幕上指點(diǎn)某個(gè)點(diǎn)以執(zhí)行選擇、定位或其他任務(wù)。光筆和圖形軟件相配合，可以在顯示器上完成繪圖，修改圖形和變換圖形等復(fù)雜功能。光筆的形狀和普通鋼筆相似，它由透鏡、光導(dǎo)纖維、光電元件、放大整形電路和接觸開(kāi)關(guān)組成。,40,光筆的的原理圖,41,光筆的優(yōu)缺點(diǎn),光筆的優(yōu)點(diǎn)不需要特殊的顯示屏幕，與觸摸屏的設(shè)備相比較，價(jià)格便宜許多；在一些不適宜使用鼠標(biāo)的地方，可以起到替代作用。光筆的缺點(diǎn)手和筆跡可能將遮擋屏幕圖像的一部分；會(huì)造成手腕的疲勞；光筆不能檢測(cè)黑暗區(qū)域內(nèi)的位置；會(huì)因房間背景光的影響，光筆產(chǎn)生誤讀現(xiàn)象。,42,5.觸摸屏,觸摸屏作為一種特殊的計(jì)算機(jī)外設(shè)，提供了一種簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式，在某些應(yīng)用中，可以代替鼠標(biāo)或鍵盤(pán)。觸摸屏目前主要應(yīng)用于公共信息的查詢(xún)，如電信、稅務(wù)、銀行、電力等部門(mén)的業(yè)務(wù)查詢(xún)，城市街頭的信息查詢(xún)。此外還可以應(yīng)用于工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)菜、多媒體教學(xué)等方面。,43,觸摸屏的分類(lèi),可以把觸摸屏分為四種：電阻式電容感應(yīng)式紅外線式表面聲波式每一類(lèi)觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。,44,6.手寫(xiě)液晶屏,手寫(xiě)液晶屏是液晶矩陣顯示技術(shù)和高靈敏度電磁壓感技術(shù)的完美結(jié)合，可以在屏幕上直接用壓感筆實(shí)現(xiàn)高精度的選取、繪圖、設(shè)計(jì)制作。液晶屏幕上除了具備一般的液晶顯示屏的特征以外，在最上面還附有一層特制保護(hù)層，確保在書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，屏幕保持平整不變形，液晶原來(lái)的畫(huà)質(zhì)毫不受損，同時(shí)具有高耐久性。,45,7.眼動(dòng)跟蹤系統(tǒng),眼動(dòng)跟蹤系統(tǒng)允許用戶(hù)僅僅通過(guò)凝視的手段來(lái)控制計(jì)算機(jī)選擇物體。眼動(dòng)跟蹤系統(tǒng)需要利用較為復(fù)雜的硬件設(shè)備以及軟件算法。,46,眼動(dòng)跟蹤系統(tǒng)工作原理,首先，用四個(gè)L形的紅外線發(fā)光器，在眼睛里產(chǎn)生一些亮點(diǎn)；然后利用一個(gè)廣角攝像頭獲取臉部圖像，快速確定眼睛的位置，再利用一個(gè)視野較小，分辨率較高的攝像頭拍攝眼睛的高分辨率圖像；最后，分析眼睛的圖像,計(jì)算瞳孔中心和亮點(diǎn)的位置，通過(guò)計(jì)算瞳孔中心和亮點(diǎn)確定的矢量，確定視線方向。,47,輸出設(shè)備,48,3.5顯示設(shè)備,顯示器是計(jì)算機(jī)的重要輸出設(shè)備，是人機(jī)對(duì)話的重要工具。它的主要功能是接收主機(jī)發(fā)出的信息，經(jīng)過(guò)一系列的變換，最后以光的形式將文字和圖形顯示出來(lái)。常用的顯示設(shè)備如顯示器、數(shù)字紙/打印機(jī)/繪圖儀。,49,1.顯示器,光柵掃描型（Rasterscan）顯示器，以點(diǎn)陣形式表示圖形，采用專(zhuān)門(mén)的幀緩沖區(qū)存放點(diǎn)陣，緩沖區(qū)按照矩形網(wǎng)格排列，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)顯示器上的一個(gè)象素。由視頻控制器負(fù)責(zé)刷新掃描，當(dāng)掃描到顯像管表面時(shí)，根據(jù)對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)中的值，顯示不同的灰度和顏色，此類(lèi)顯示技術(shù)稱(chēng)為位圖（Bitmap）顯示。,50,位圖與光柵顯示,,51,屏幕坐標(biāo)系,光柵顯示器的圖形表現(xiàn)能力，是通過(guò)光柵圖形元素來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為此建立了以屏幕分辨率為基礎(chǔ)的二維圖形整數(shù)坐標(biāo)系，稱(chēng)為屏幕坐標(biāo)系。它的垂直方向?yàn)閅軸，水平方向?yàn)閄軸，原點(diǎn)在屏幕的左上角，單位為象素的直徑（即點(diǎn)距）。,52,陰極射線管（CRT）顯示器,,53,液晶顯示器,LCD比CRT顯示器具有更好的圖像清晰度，畫(huà)面穩(wěn)定性和更低的功率消耗，但液晶材質(zhì)粘滯性比較大，圖像更新需要較長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間，因此不適合顯示動(dòng)態(tài)圖象,54,等離子顯示器,等離子顯示器誕生于二十世紀(jì)60年代，它采用等離子管作為發(fā)光材料，1個(gè)等離子管負(fù)責(zé)一個(gè)像素的顯示：等離子管內(nèi)的氖氙混合氣體在高壓電極的刺激下產(chǎn)生紫外線，紫外線照射涂有三色熒光粉的玻璃板，熒光粉受激發(fā)出可見(jiàn)光。,55,2.數(shù)字紙,數(shù)字紙是一種仍處于試驗(yàn)階段的顯示技術(shù)。數(shù)字紙是一種薄的，柔軟的介質(zhì)，如同一般的計(jì)算機(jī)屏幕一樣，可以利用電子儀器在上面書(shū)寫(xiě)，不同的是，即使沒(méi)有了能量，它也能保存已經(jīng)書(shū)寫(xiě)的內(nèi)容。有若干技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字紙的研究。其中之一是將介質(zhì)的表面布滿(mǎn)小的球體，一面是黑色的，另一面是白色的。電子進(jìn)入介質(zhì)后，會(huì)使得小球旋轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)出黑色或白色。當(dāng)電子信號(hào)消失后，小球保持其最后的朝向。目前的數(shù)字紙的分辨率可以到達(dá)100dpi，并可以顯示不同的灰度和顏色。,56,3.6語(yǔ)音輸出設(shè)備,語(yǔ)音作為一種重要的交互手段，日益受到人們的重視。對(duì)于語(yǔ)音的輸出，耳機(jī)/音響/喇叭以及聲卡是最基本的設(shè)備。,57,1.耳機(jī),耳機(jī)結(jié)構(gòu)：耳機(jī)結(jié)構(gòu)可以分為封閉式、開(kāi)放式、半開(kāi)放式三種頻響范圍：耳機(jī)能夠放送出的頻帶的寬度，國(guó)際電工委員會(huì)IEC581-10標(biāo)準(zhǔn)中高保真耳機(jī)的頻響范圍應(yīng)當(dāng)能夠包括50Hz到12500Hz之間靈敏度指在同樣響度的情況下，需要輸入功率的大小，靈敏度越高所需要的輸入功率越小,58,阻抗是耳機(jī)交流阻抗的簡(jiǎn)稱(chēng)，臺(tái)式機(jī)或功放、VCD、DVD、電視等器械上，常用到的是高阻抗耳機(jī)，各種便攜式隨身聽(tīng)，例如CD、MD或MP3，一般會(huì)使用低阻抗耳機(jī)諧波失真是一種波形失真，在耳機(jī)指標(biāo)中有標(biāo)示，失真越小，音質(zhì)也就越好。一般的耳機(jī)應(yīng)當(dāng)小于或略等于0.5%。,59,2.聲卡-聲音合成設(shè)備,聲卡的功能是一種安裝在計(jì)算機(jī)中的最基本的聲音合成設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)聲波／數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的硬件，可把來(lái)自話筒、磁帶、光盤(pán)的原始聲音信號(hào)加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機(jī)、揚(yáng)聲器、擴(kuò)音機(jī)、錄音機(jī)等聲響設(shè)備，完成對(duì)聲音信息進(jìn)行錄制與回放。聲卡的結(jié)構(gòu)聲卡可分為模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分:模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采集到的模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)使用的數(shù)字聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為耳機(jī)、音箱等設(shè)備能使用的模擬信號(hào)。,60,波表合成波表（WAVETABLE）將各種真實(shí)樂(lè)器所能發(fā)出的所有聲音（包括各個(gè)音域、聲調(diào)）錄制下來(lái)，存貯為一個(gè)波表文件。播放時(shí)，根據(jù)MIDI文件記錄的樂(lè)曲信息向波表發(fā)出指令，從“表格”中逐一找出對(duì)應(yīng)的聲音信息，經(jīng)過(guò)合成、加工后回放出來(lái)。采用真實(shí)樂(lè)器的采樣，所以效果較好。一般波表的樂(lè)器聲音信息都以44.1KHz、16Bit的精度錄制，以達(dá)到最真實(shí)回放效果。理論上，波表容量越大合成效果越好。,61,虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備,62,3.7虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)要求計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示一個(gè)三維場(chǎng)景，用戶(hù)可以在其中自由的漫游，并能操縱虛擬世界中一些虛擬物體。除了一些傳統(tǒng)的控制和顯示設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還需要一些特殊的設(shè)備和交互手段，來(lái)滿(mǎn)足虛擬系統(tǒng)中的顯示、漫游以及物體操縱等任務(wù)。,63,1.三維空間定位設(shè)備(輸入設(shè)備),三維交互設(shè)備最基本的特點(diǎn)是具有六個(gè)自由度。常見(jiàn)的三維輸入設(shè)備主要有以下幾種：1.空間跟蹤定位器2.數(shù)據(jù)手套（DataGlove）3.三維鼠標(biāo)4.觸覺(jué)和力反饋器,64,1.空間跟蹤定位器空間跟蹤定位器或稱(chēng)三維空間傳感器是一種能實(shí)時(shí)地檢測(cè)物體空間運(yùn)動(dòng)的裝置可以得到物體在六個(gè)自由度上相對(duì)于某個(gè)固定物體的位移，包括：X、Y、Z坐標(biāo)上的位置值，以及圍繞X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)值（轉(zhuǎn)動(dòng)，俯仰、搖擺）。,65,空間跟蹤定位器的主要性能指標(biāo)定位精度：指?jìng)鞲衅魉鶞y(cè)出的位置與實(shí)際位置的差異位置修改速率：指?jìng)鞲衅髟谝幻腌妰?nèi)所能完成的測(cè)量次數(shù)延時(shí)：指被檢測(cè)物體的某個(gè)動(dòng)作與傳感器測(cè)出該動(dòng)作時(shí)間的間隔,66,2.數(shù)據(jù)手套（DataGlove）數(shù)據(jù)手套一般由很輕的彈性材料構(gòu)成，緊貼在手上。整個(gè)系統(tǒng)包括位置、方向傳感器和沿每個(gè)手指背部安裝的一組有保護(hù)套的光纖導(dǎo)線，它們檢測(cè)手指和手的運(yùn)動(dòng)。數(shù)據(jù)手套將人手的各種姿勢(shì)、動(dòng)作通過(guò)手套上所帶的光導(dǎo)纖維傳感器，輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析。這種手勢(shì)可以是一些符號(hào)表示或命令，也可以是動(dòng)作。手勢(shì)所表示的含義可由用戶(hù)加以定義。在虛擬環(huán)境中，操作者通過(guò)數(shù)據(jù)手套可以用手去抓或推動(dòng)虛擬物體，以及做出各種手勢(shì)命令。,67,3.三維鼠標(biāo)三維鼠標(biāo)能夠感受用戶(hù)在六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，包括三個(gè)平移參數(shù)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)。其裝置比較簡(jiǎn)單：一個(gè)蓋帽放在帶有一系列開(kāi)關(guān)的底座上。轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)小球或側(cè)方向推動(dòng)這個(gè)小球時(shí)，如向上拉它、向下壓它，使它向前或向后等。三維鼠標(biāo)將用戶(hù)的這些動(dòng)作傳送給計(jì)算機(jī)，從而進(jìn)一步控制虛擬環(huán)境中的物體的運(yùn)動(dòng)。,68,Logitech公司的Magellan3DController三維鼠標(biāo),Logitech公司的Magellan3DController，它可提供x,y,z,a,b,c六個(gè)自由度，并附有九個(gè)按鈕。,Magellan的外觀設(shè)計(jì)充分考慮了功效學(xué)的原則，用戶(hù)長(zhǎng)時(shí)間操作不容易感到疲勞，用戶(hù)只要輕輕搓動(dòng)其上的蓋帽便可在屏幕上平移和旋轉(zhuǎn)三維物體，松手后蓋帽會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到初始位置。,69,4.觸覺(jué)和力反饋器(振動(dòng)觸感式反饋器),70,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)必須提供觸覺(jué)反饋，以便使用戶(hù)感覺(jué)到仿佛真的摸到了物體。但是由于人的觸覺(jué)非常敏感，精度一般的裝置根本無(wú)法滿(mǎn)足要求。另外，對(duì)于觸覺(jué)和力反饋器，還要考慮到模擬力的真實(shí)性、施加到人手上是否安全以及裝置是否便于攜帶并讓用戶(hù)感到舒適等問(wèn)題。目前已經(jīng)有一些關(guān)于力學(xué)反饋手套、力學(xué)反饋操縱桿、力學(xué)反饋筆、力學(xué)反饋表面等裝置的研究,71,2.沉浸感顯示設(shè)備,立體視覺(jué)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的一種極重要的支撐技術(shù)。人是通過(guò)右眼和左眼所看到物體的細(xì)微差異來(lái)感知物體的深度，從而識(shí)別出立體圖像。立體影像生成技術(shù)主要有兩種：主動(dòng)式立體模式和被動(dòng)式立體模式。,72,顯示模式主動(dòng)式模式用戶(hù)的左右眼影像將按照順序交替顯示，用戶(hù)使用LCD立體眼鏡保持與立體影像的同步，這種模式可以產(chǎn)生高質(zhì)量的立體效果。HMD被動(dòng)式模式需要使用兩套顯示設(shè)備以及投影設(shè)備分別生成左右眼影像并進(jìn)行投影，不同的投影分別使用不同角度的偏振光來(lái)區(qū)別左右眼影像，用戶(hù)使用偏振光眼鏡保持立體影像的同步。,73,虛擬現(xiàn)實(shí)立體顯示系統(tǒng)(1)頭盔式立體顯示系統(tǒng)（HeadMountedDisplay，HMD）是一種立體圖形顯示設(shè)備，可單獨(dú)與主機(jī)相連以接受來(lái)自主機(jī)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景信息。目前最常用的頭盔顯示器是基于液晶顯示原理的，最早如美國(guó)VPL公司于1992年推出的Eyephone，它在頭上裝有一個(gè)分辨率為360240象素的液晶顯示器，其視野為水平100度。,74,頭盔分單通道和雙通道兩種:單通道的頭盔顯示器上裝有一個(gè)液晶顯示器并顯示同一幅圖像；雙通道的頭盔顯示器上裝有兩個(gè)液晶顯示器，左邊的液晶屏顯示來(lái)自主控計(jì)算機(jī)生成的左眼圖像，右邊的液晶顯示屏顯示來(lái)自主控計(jì)算機(jī)生成的右眼圖像，每一幅的圖像的顯示刷新速度都在60Hz以上，兩幅圖像在兩個(gè)液晶屏之間快速切換顯示，根據(jù)立體成像原理，觀察者就可以看到立體圖像,75,頭盔式顯示器使用方式為頭戴式，輔以空間跟蹤定位器可進(jìn)行虛擬場(chǎng)景輸出效果的觀察，同時(shí)觀察者可做空間上的移動(dòng)，如自由行走、旋轉(zhuǎn)等。兩個(gè)顯示屏幕處于用戶(hù)佩戴的頭盔中，分別覆蓋用戶(hù)雙眼的視野，使得用戶(hù)只能夠感知來(lái)自計(jì)算機(jī)所生成的圖像，沉浸感極強(qiáng)。,76,(2)吊桿式雙筒虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)（BinocularOmni-OrientationMonitor，BOOM）BOOM把兩個(gè)獨(dú)立的顯示器捆綁在一起，用戶(hù)可以用手操縱顯示器的位置，以觀察一個(gè)可移動(dòng)、寬視角的虛擬空間。BOOM的顯著優(yōu)點(diǎn)是分辨率較高，高端產(chǎn)品的分辨率是12801024像素。BOOM的另外優(yōu)點(diǎn)包括：沒(méi)有延遲和噪聲，對(duì)用戶(hù)無(wú)佩戴重量方面的負(fù)擔(dān)。,77,(3)洞穴式顯示環(huán)境（CaveAutomaticVirtualEnvironment，CAVE）它可提供180o的寬視域和20002000以上的高分辨率,給用戶(hù)提供了前所未有的，帶有震撼性的沉浸感；它允許用戶(hù)在虛擬空間中走動(dòng)，而不用佩戴笨重的設(shè)備；它允許在同一個(gè)環(huán)境中存在多個(gè)用戶(hù)，而且用戶(hù)間可以自然地交互；一次能顯示大型模型，如汽車(chē)、房屋等，而HMD則需要頭部運(yùn)動(dòng)才能看到完整的模型。,78,四面的洞穴式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)于處在系統(tǒng)內(nèi)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，投影屏幕將分別覆蓋用戶(hù)的正面、左右以及底面視野。系統(tǒng)支持多用戶(hù)可以允許多人走進(jìn)CAVE中，用戶(hù)戴上立體眼鏡便能從空間中任何方向看到立體的圖像。CAVE實(shí)現(xiàn)了大視角、全景、立體、且支持多人共享的一個(gè)虛擬環(huán)境。,79,6個(gè)投影面的CAVE系統(tǒng)能夠完全覆蓋用戶(hù)的視野范圍，使用戶(hù)能夠完全沉浸于所生成的虛擬環(huán)境。另外，也有投影到圓柱狀或環(huán)繞投影面的系統(tǒng)，主要應(yīng)用于虛擬劇場(chǎng)，提供對(duì)多用戶(hù)的支持。,80,3.協(xié)同工作的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,支持異地用戶(hù)協(xié)同工作的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景:多種顯示環(huán)境，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)分別使用BOOM（左上），CAVE（右上），以及HMD（右下）系統(tǒng)在同一個(gè)場(chǎng)景中進(jìn)行交互，每個(gè)用戶(hù)看到的虛擬場(chǎng)景都是根據(jù)自己的視點(diǎn)計(jì)算得到的，用戶(hù)通過(guò)自己在虛擬環(huán)境中的替身(avatar)同其他用戶(hù)交互。每個(gè)用戶(hù)同時(shí)可以使用不同的交互設(shè)備同其他用戶(hù)自由的交流與協(xié)作。,81,輸入設(shè)備：文本輸入設(shè)備；語(yǔ)音輸入設(shè)備；圖像輸入設(shè)備；指點(diǎn)輸入設(shè)備等輸出設(shè)備：顯示器；數(shù)字紙/打印機(jī)；聲音的輸出等虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的交互設(shè)備,本章小結(jié),82,常用的輸入設(shè)備有幾類(lèi),并各舉幾個(gè)設(shè)備來(lái)說(shuō)明.常用的輸出設(shè)備有哪些,并各舉幾個(gè)設(shè)備來(lái)說(shuō)明.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的交互設(shè)備有哪些?各有何特點(diǎn)?,思考題,