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虛擬實境系統 Introduction
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介紹 『虛擬實境』就是由電腦無中生有出一個現實 的環境。簡單地說就是在電腦上建構一個虛擬 的世界，並藉由特殊的使用者界面讓人們進入 該虛擬世界中，使人們在電腦中就可以獲得相 同的感受，如同身處在真實世界一般。虛擬實 境的實現使我們可以「不出門而達到身歷其境」 的境界。
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介紹 虛擬現實，或虛擬實境 (Virtual Reality) ，簡稱 VR 技術，也稱靈境技術或 人工環境，是利用電腦模擬產生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者 關於視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可 以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。使用者進行位置移動時， 電腦可以立即進行複雜的運算，將精確的 3D 世界影像傳回產生臨場感現 在的大部分虛擬現實技術都是視覺體驗，一般是通過電腦屏幕、特殊顯 示設備或立體顯示設備獲得的，不過一些仿真中還包含了其他的感覺處 理，比如從音響和耳機中獲得聲音效果。
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配備，配件 頭盔顯示器 ﹝ Head-mounted Display ， HMD ﹞ 虛擬實境手套 3D 滑鼠 虛擬實境眼鏡 – 塑膠鏡片的眼鏡、液晶鏡片的有線眼鏡、以及液晶 無線眼鏡
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實物應用 商業上用途： – 汽車內部的設計 工業上用途： – 生產線的模擬、汽車生產裝配訓練、汽車設計模擬、汽車碰 撞模擬 軍事上 : – 飛行仿真和作戰訓練 外科手術模擬及訓練之虛擬實境系統 : 娛樂 :
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套裝軟體 Virtus WalkThrough Pro Sense8 WorldToolkit Superscape VRT VRML
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3D 動畫 3D 塑模與擬真動畫為許多虛擬實境系統的基 礎, 因此本課程將針度對此議題作深入的介紹 完成 3D 動畫教學後將進行立體影片之製作及 簡易 3D 遊戲程式設計
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3D 動畫常用軟體 MAYA 3ds max – 上述兩種軟體系統功能強大但所需軟體費用相當龐 大 Blender – 為功能完整的自由軟體, 功能完整, 所需花費 … 無價
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熱門話題 : 立體顯示技術 資料來源 : http://kheresy.wordpress.com/2009/11/27/%e 7%ab%8b%e9%ab%94%e9%a1%af%e7%a 4%ba%e6%8a%80%e8%a1%93%e7%b0%a 1%e4%bb%8b- %e4%b8%80%e3%80%81%e5%8e%9f%e7 %90%86%e3%80%81%e6%8a%80%e8%a1 %93%e5%88%86%e9%a1%9e/
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3D 和 Stereoscopy 一般來說講 3D 的話，所指的應該會是電腦圖 學（ 3D Computer Graphics ），也就是透過 電腦，將 3D 模型這類的東西，繪製出來的技 術（參考維基百科）；最普遍的例子，就是現 在的 3D 遊戲了～所以其實單講 3D Display 要來描述立體螢幕，其實算是不夠充分的；要 講 stereoscopy 才是真正直指「立體」這項關 鍵。
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立體視覺 人眼的視覺是可以感覺出深度的，也就是 「深度知覺（ depth perception ）」；而 有了深度的資訊後，才能判斷出立體空間 中的相對位置。 由於兩個眼睛的位置不一樣（一般人兩眼 間距約 5 到 7 公分），所以看到的東西會 有兩眼視差（ binocular parallax ），而人 腦會再將這兩個影像做融合 （ convergence ），而產生出立體的感覺； 而這就是所謂的「 binocular cues 」。
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立體顯示技術的方法分類 需要配戴眼鏡（ with glasses ） – 主動式眼鏡（ active glasses ） – 被動式眼鏡（ passive glasses ） 彩色眼鏡（ anaglyph ） 偏光眼鏡（ polarizer ） 波長多路式（ wavelength multiplex ） 其他 – 頭戴式顯示器（ head mount display ） 裸眼式立體（ without glasses, autostereoscopic ） – 平面顯示器 空間多工（ spatial-multiplexed ） 分時多工（ time-multiplexed ）
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主動式眼鏡立體系統 這一類的眼鏡主要就是所 謂的快門鏡（ shutter glasses ）。這種技術的基 本原理就是，在螢幕上會 以兩倍的頻率交互地顯示 左眼和右眼的影像，而眼 鏡則會去動態地屏蔽使用 者的左眼和右眼，在螢幕 顯示左眼影像時遮住右眼、 在螢幕顯示右眼影像時遮 住左眼，以此達到讓兩眼 看到各自不同的影像。
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nVidia 3D Vision 他基本上也只是無線式的快門眼鏡 他在呈現效果的缺點是，在使用時， 所看見的亮度會降低許多；不過實 際上這也是大部分的立體顯示技術 都會有的共通問題。而在快門鏡系 統裡，這個問題主要的原因是因為 理論上，每隻眼睛看得到螢幕的時 間，都會變成原來的一半（因為一 半的時間會被遮住，只讓另一隻眼 睛看），所以亮度自然會降低。
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被動式眼鏡立體系統：彩色眼鏡立體系統 常見的說法就是「紅綠眼鏡」 或是「紅藍眼鏡」
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彩色眼鏡立體系統基本原理 就是先將左眼的影像和右眼的影 像，做顏色上的處理，比如說左 眼影像只留有綠色的資訊、右眼 影像只留有紅色的資訊；接下來， 再將兩張圖合併到一起，這樣就 變成了一張透過顏色來區隔左右 眼影像的立體圖片了 這種立體顯示方法在觀看時，顏 色的資訊是會被破壞得很嚴重的
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被動式眼鏡立體系統：偏光立體系統 線偏光鏡就是透過特殊的結構，只允許在某個 特定方向振動的光可以通過，達到偏極化的效 果。下圖就是簡單的圖示
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偏光立體系統 只要讓螢幕的左眼影像（綠色、標示 L ）都以在水平方向振動的 光來呈現，而右眼影像（粉紅、標示 R ）都以垂直方向振動的光 呈現，就可以同時獨立送出不同的左右眼影像。而接下來只要在 眼鏡的左眼放一片水平的線偏光鏡，就可以把垂直振動的光（也 就是右眼影像）給擋掉，只剩下水平振動的左眼影像；同樣的， 在右眼放一片垂直的線偏光鏡，就可以讓進入右眼的只有垂直振 動的右眼影像。
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偏光立體系統 : 投影機的方案 I 搭配投影機使用的話，一般來說有兩種方法，一個是 架設兩台投影機、各自在前方安裝偏光鏡片後，再調 整好讓他們投影到同一個位置；如此一來就可以在同 一個位置，同時有不同方向偏振光的左右兩眼影像
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偏光立體系統 : 投影機的方案 II 用一台高更新率投影機，依序送出左右眼影像， 然後在前方安裝一片可以配合投影左右眼畫面 頻率、切換偏振光方向的主動式偏光片
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偏光立體系統 : 一般液晶顯示器 在液晶螢幕上在加上特殊的交錯式的偏光鏡，螢幕上 一半的畫素（ pixel ）顯示左眼影像、一半的畫素顯示 右眼影像。右圖就是一個簡單的示意圖，圖內的紅綠 藍三個一組就是一個畫素，紅色的區塊代表是垂直方 向的線偏光鏡、綠色的區塊則是水平方向的線偏光鏡
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頭戴式顯示器 頭戴式顯示器的英文名稱是 head-mounted display ，縮寫是 HMD ；顧名思義，他就是設計成讓使用者可以直接把顯示器戴 在頭上來使用。一般來說，這樣的眼鏡，會在兩眼前方各自放一 塊小型的螢幕來作顯示 理論上因為是採用兩個獨立的顯示裝置（ LCD 、 OLED 、或是其 他裝置），所以可以非常完美地提供兩眼獨立的不同影像，而不 會有任何干擾；也因此這類裝置的立體效果是相當優異的
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平面裸眼立體顯示系統 「怎樣在不用眼鏡過濾的情況下，讓兩隻眼睛看到不 同的影像」 目前的技術就是透過精密的光學計算、控制，讓左右 兩眼影像的每個畫素所發出的光線，只會射向空間中 的特定位置，進而讓觀賞者在特定的區域時，左眼接 受到的都是左眼影像、右眼接受到的都是右眼的影像 目前主要的方法，有「空間多工（ Spatial- multiplexed ）」和「分時多工（ time-multiplexed ）」 兩種
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空間多工的平面裸眼立體顯示系統 使用 lenticular （透鏡）的 立體顯示器 技術就是透過在面板前方 放置經過精密計算、設計 的透鏡，來改變光線的方 向
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空間多工的平面裸眼立體顯示系統 使用 barrier （屏障）的立體 顯示器 parallax barrier 的基本設計， 是在螢幕前再加上一些遮蔽 物，把部分方向的光遮住， 只讓某些角度的光可以傳出 去
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時間多工的平面裸眼立體顯示系統 他的基本原理，主要是透過和主動式立體的液 晶螢幕一樣的 120hz 高速面板，交錯地顯示 左右眼畫面；不過由於在裸眼的立體系統裡， 沒有快門眼鏡可以來做左右眼的屏蔽，所以他 是使用背光元件來控制光線的方向。這方面的 技術，主要是使用 3M 的「指向性背光 3D 膜 （ directional back light unit 3D flim ）」來做 的
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時間多工的平面裸眼立體顯示系統 這種類型的立體顯 示系統會有兩組背 光，分別給左眼和 右眼來使用；而由 於背光的模組經過 特殊的設計，所以 在使用不同背光模 組的時候，光線行 進的方向也會不同
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