Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
致遠管理學院資訊管理學系 授課老師：謝慧民 九十二學年度第一學期
第三章 虛擬實境的系統原理 致遠管理學院資訊管理學系 授課老師：謝慧民 九十二學年度第一學期
2
視覺 眼睛是靈魂之窗。人透過一雙明亮的眼睛觀察外界事物。眼睛像一扇窗般的讓人的心靈與外界事物豪無保留的交流，不管是好是壞也都毫無保留的照單全收。所以一些學者先聖先賢告誡我們平常要『非禮勿視』，有時候要「眼不見為淨』。
3
視覺 視覺的重要性是無庸置疑的。而且遠遠比其他感官來的重要。瞎子和聾子與正常人的差異程度是有很大的不同。當你在遠方透過望遠鏡看到聾啞殘障人士在球場上健步如飛時，你能夠分辨出與平常人有什麼不同嗎?如果是盲胞的話，明眼人一看就可以發現他們的行動是如此的不便，處處受阻於黑暗的外界事物，只能靠導盲杖去探索地形。
4
視覺 為何眼睛和耳朵有那麼大的差異呢?那是因為人獲得外界的資料，訊息有極大的部份是仰賴眼睛的視覺功能。沒有視覺就等於沒有記憶體的電腦一樣的功能受限。 因為視覺是如此的重要而不可或缺，所以這方面的研究作了蠻多的。部份研究獲得良好的成果，也做了蠻多的應用。比如像電影系統應用了視覺暫留的原理播放影片等等。有些部份的研究卻一籌莫展受限於大自然的奧秘，比如像人工影像的辨識部份，目前的成果卻遠遠不及正常人的眼睛。
6
眼睛結構 要瞭解人類視覺就需先認識眼睛。讓我們看看眼睛結構圖感嘆造物者的神奇吧!眼睛結構圖上標示了眼球的幾個重要部份名稱。如果有興趣想要深入瞭解探索的話，可以翻翻百科全書或者是醫學大全。
7
眼睛結構 瞳孔:光線進入眼球內的大門。當光線強烈時，它會縮小直徑面積減少光線的吸收，當光線微弱時，它會放大直徑面積增加光線的吸收。觀察貓咪的眼睛可以很清楚的瞭解它的撞孔會隨著光線的強弱而放大縮小。古時候的日本忍者就是用貓咪的撞孔當作計時判斷時間的一種方法。
8
眼睛結構 水晶體:它的功能作用就像一面透鏡讓影像呈現聚焦在視網膜上。隨著看近看遠的調整曲率
視網膜:人只能看到成像在視網膜上的影像。視網膜是人類視覺的重心。就像是照相機的底片一樣。當影像出現在視網膜時，影像光線會刺激視網膜上的神經使視網膜產生電訊。而電訊經由視神經傳遞到腦中的視覺區如圖3-37所示)，左眼傳達到右腦部份，右眼傳遞到左腦部份，這是蠻奇特的地方。不過人的左腦掌管右邊，右腦掌管左邊，當然眼睛也不例外了。
9
眼睛結構 視網膜:當光線進入眼中時會經過瞳孔，水晶體，玻璃體和視網膜等部份。光直線侵入瞳孔經由水晶體折射和視網膜的成像。實際上的過程是很複雜的，因為瞳孔可以放大縮小，水晶體的角度會變化，玻璃體也有折射因素，視網膜的面積並不固定。所以在應用眼睛模型時，通常把眼球簡化成單球面，眼睛的成像過程就是單球面折射的一個程序。如圖上所表現的，這個模型蠻簡單的不過應用的蠻氾濫的。尤其是近視、遠視的治療上。看看圖上近視、遠視的矯正圖，應該會有一個完整的認識和回憶吧!而虛擬實境的應用上，基本也是以這一個眼睛模式為主。
11
眼睛的生理作用 眼睛的生理作用是蠻有趣的。它像一個精巧的機器，結構設計上令人嘆為觀止，反應作用上令人驚訝莫名。到現在人類的科技水準，工業水平根本就趕不上人體結構設計上的完美。 以下的部份說明眼睛的重要生理作用，這些生理作用可讓人產生立體感覺，動態感覺和增加收視的清晰度。
12
眼睛的生理作用 調適性:這是改變眼睛的焦距來獲得清晰的影像。這可 以讓人有收視上的靈活性。看近看遠不必移動身體，只 要調整眼中焦距。
調適性:這是改變眼睛的焦距來獲得清晰的影像。這可 以讓人有收視上的靈活性。看近看遠不必移動身體，只 要調整眼中焦距。 收斂性:物體靠近時，兩眼球會向內互相移動。而物體離開時，兩眼眼球會向外移動分開。 雙眼的收視差異:雙眼看到的景物並不太相同，有角度上的差異。這是人產生立體感覺的主要因素。利用雙眼收視的差異，組合成立體影像圖。
13
圖3-40左右眼睛各自觀察左右影像可以在腦中產生立體感
15
眼睛的生理作用 視覺暫留:眼睛看到的景物會在腦記憶中呈現一段時間。而利用這項因素，可以讓人感覺看到動態畫面。卡通的製作上利用了這項因素。通常只要一秒中出現十六張以上的畫面，就可以讓人產生動態畫面感覺。在卡通的實際製作上是每秒採用三十張畫面。
17
眼睛的生理作用 盲點:當物體隨著收視距離的改愛而剛好在入視網膜的入口處成像時，就會造成視覺上的盲點。這是因為入口沒有收視的圓錐和圓柱細胞，所以無法引起視覺。看看 圖上所畫的三點，閉上左眼，用右眼注視圖上的X點，然後移動圖和眼睛的距離，相信在一定的距離下曾造成 y看不到，或者z是看不到。這便是盲點的位置。
18
眼睛的生理作用 馬克帶:在黑跟白的交會點中，人的眼睛會把黑的看得更黑、白的看得更白。這讓人黑白看得更分明。
21
眼睛的心理因素 眼睛的心理因素會造成人對景物的某些錯覺。至於這些錯覺的影響好壞則是見仁見智，會因為人事時地物不同而有見解不同的差異。以下列舉了一些心理因素: 線性透視關係:越靠近眼睛的物體越大，越遠的越小。而且同樣的距離差隨著與眼睛的距離會有很大的不同。如圖上所表現的，在眼前五公尺的一公尺距離差感覺，和五十公尺的一公尺距離差感覺不同。人的眼睛會認為越近的差異越大。電腦圖學利用這一項因素設計立體圖形投影到平面螢幕上。
23
眼睛的心理因素 空間透視關係:當物體遠離到一定的程度後，人的眼睛就會把物體視而不見。電腦圖學也利用這一項因素，發展出細微程度的演算法(level of detail)也應用的蠻不錯的。 內差重疊:從圖上你可以發現到茶杯嗎?你眼中會有感覺到茶杯被茶壺蓋住。視覺上會有這種重疊遮蔽的感覺。電腦圖學上消去隱藏面的演算也是來自這裡，這也算是師法自然，以大自然為師吧。
25
眼睛的心理因素 影像的印象感知:人們會依照實際生活中的景物的大小先列入印象中。像人比房子小這是眾所皆知。當一張圖上出現人比房子大時，人會知道因為房子的距離較遠。
26
眼睛的心理因素 陰影:當光源發出光線時會造成物體表面前的亮度和背後的影子。這部份應用在製造真實的影像上很重要，向著名的光線追跡也是來自這樣的原理．
27
眼睛的心理因素 顏色:相同的形狀和大小的物體，在同樣的距離下會因為表面的顏色不同而造成不同的深度。一般來說越亮的顏色感覺越靠近，越暗的顏色感覺越遠。 材質梯度:越接近物體表面，材質看的越清楚，越遠的話材質看的越模糊。
28
3D的電腦圖學概說 虛擬實境的應用科技中，電腦圖學算是蠻成熟的一部份。坦白說如果沒有電腦圖學為主軸技術撐起虛擬實境的招牌，到現在虛擬實境還只是小說中『虛擬』的科技而已。這部份討論電腦圖學中的立體電腦動畫。從立體電腦動畫中分出動畫和立體這兩大重點來分別討論。
29
3D的電腦圖學概說 動畫顧名思義是會動的畫，動在那裡呢?人的心中還是外界?電視上的畫面產生動態感是因為什麼呢?眼中的『視覺暫留』這一個原因，在上一節已經說明過了!正如前面所提到的只要畫面能夠出現每秒十六張以上的話，就可以產生動態的感覺。如果要畫面平順(Smooth)一點最好要達到每秒三十張左右。而電腦動畫最主要的就是產生這種感覺，只要計算上不太複雜，又有夠多的記憶體和夠快的微處理機速度的幫助下在一般的個人電腦都可以做到這種平滑的動態畫面。一般在電動玩具的程式設計上，基本上都有一個良好的動畫播放系統，你有看過電動玩具畫面慢的不像話還敢出來責的嗎?此外值的注意的是計算每秒張數的畫面的單位是fps(frames per second)或是frame rate。
30
3D的電腦圖學概說 立體感是蠻有趣的。人有兩個眼睛，為什麼不是一個、三個、四個、五個，偏偏只有兩個。上帝造人隱隱約約含有工程最佳化的概念。工程最佳化就是在最省的材料下做出符合需求的物品設計。兩個眼球的影像剛好可以任人產生立體感。人的雙眼看的影像是不同的，而立體感就是從雙眼不同的影像產生出來的。
31
3D的電腦圖學概說 而立體的影像要如何去製作產生呢?人觀察的外界是如此的立體，而虛擬世界中的景物要如何和外界一樣的立體真實呢?還記的前面所討論的模擬吧!如何去模擬外界的景物外觀呢? 歷史上有很多發明是很諷刺的。諾貝爾發明炸藥是為了建設道路造福人群，卻被應用在軍事上殘害人類。愛因斯坦發展原子彈計畫是為了結束二次世界大戰，卻造成更久的冷戰。
34
3D的電腦圖學概說 如果你是學工程的話。應該對圖學，機械畫不陌生吧!一些電腦輔助設計製造的軟體是用在讓人去設計發明物品。用這套軟體去畫出三視圖和外觀。而現在的物品研發流程都事先概念設計畫出外觀，再細部設計外型，然後再生產物體。這些設計方法含括了物體的全部外型，可以說是將物體未生產前的外型都描繪出。而這套表現物體的方式可以表現出一個栩栩如生的外型。
35
3D的電腦圖學概說 一個未成為真實的物體，我們用CAD可以表示它的外型和結構。如果反過來的話，一般真實的物體可不可以用這套方法在電腦中表現出來外型和結構呢?這個問題答案是很明確的!「歷史上有很多發明是很諷刺的」，人為了未成形的物體，用CAD來模擬設計，卻也用CAD來模擬真實的物體。
38
3D的電腦圖學概說 不過當用這套方法來表現實際的物體時。就有問題出現了!CAD中都是用直線、曲線、三角形、四方形來表現。可是一般實際的物體卻不是如此?那要如何呢? 正如前面提到的，人的眼睛是有點問題的。物體只要差不多就像了!所以就用比較多的點來模擬物體。也因為如此就造成計算時間上的大量消耗和記憶體的龐大需求。
39
3D的電腦圖學概說 一般上的物體外型模擬通常經過這兩種程序：
外周線框。 塗上顏色或加上材質。 首先外圍線框，就好像人的骨架一樣。其次塗上顏色或加上材質就好像是骨架加上皮膚。經過第二道程序後可以說是增加了些許的真實感。有時又會依照光源的大小遠近打上光線處理，這部份的處理是增加陰影和表面的明暗度，有些卓越的演算法(像光跡追縱等等)都可以做出以假亂真的影像圖片。
40
3D的電腦圖學概說 物體要像的話，就要增加點數。不過點一增加計算就慢，而且又不好去模擬製造這圖形。於是有人在不增加點數，角塊數目下，另用材質增加了真實感。對一個撲滿磁磚的牆壁來說，磁磚就好像是材質一樣。 當物體用CAD的方式表現時。很多方法也架在這個上面發展:像物體運動，物體形狀改變。當人觀看物體時，其實都是在位置，和視角的決定下觀看物體。立體的物體經由光線的投影到幾乎平面的視網膜上。所以關於立體感還有一個重要的部份，當決定好看的位置和方向時要如何投影到觀察者的平面呢?
42
3D的電腦圖學概說 電腦程序作一個簡單的歸納，依序為 決定位置 固定視角 決定能看到的視線範圍 消去在視線範圍外的物體
消去立體模型的背後隱藏面 投影到平面上 上色(或貼材質)及打光 深度搜尋(決定物體的先後位置) 由物體的先後位置畫出圖形
44
實際應用模式 至於如何將畫面表現在人的眼前呢?目前的技術可以說是五花八門，各顯神通。簡單的歸納成下列幾個: 單顯示畫面:
顯示在螢光幕前:這樣有點像電動玩具毀滅戰士(Doom) 一樣。是屬於比較簡單的表現。也有些學者認為這樣不算 3D，應該算做2.5D。 立體眼鏡:原則上是將兩個畫面合成一個表現在螢幕上。 利用立體眼鏡讓每個眼睛看到應該看到的畫面。這種技術又分為偏光和濾光。
46
立體眼鏡 偏光:偏光分為水平和垂直。眼鏡兩邊分別是遮罩水平光讓垂直進入和遮罩垂直光讓水平進入。而圖形分別將左眼看的部份用垂直光處，而右眼看的範圍用垂直光處理。戴上偏光眼鏡後，雙眼就可以分別看到各自的畫面，因而在腦中出現立體感。 濾光:這是利用紅光和綠光的特性，眼鏡兩邊分別是綠鏡片和紅鏡片。綠光鏡片會遮掉綠色的部份，紅光鏡片會蓋掉紅色的範圍。利用這種性質讓雙眼看到該看到的部份，因由此產生立體感。
47
偏光
48
偏光
49
偏光
50
偏光
51
濾光
52
實際應用模式 雙顯示畫面:頭戴顯示器(HMD)就是一個典型的雙顯示畫面，將雙眼分別包裹在顯示器前，讓雙眼直接接觸看到各自的畫面，由此在腦中產生立體感。 立體顯像器:這是屬於真的立體顯像技術。但是這方面的發展還在實驗室中，並沒有商業性的大量生產製造。 虛擬視網膜顯示器(Virtual Retinal Diaplay):
53
雙顯示畫面
54
雙顯示畫面
55
雙顯示畫面
56
雙顯示畫面
57
雙顯示畫面
58
雙顯示畫面
59
雙顯示畫面
60
雙顯示畫面
61
立體顯像器 固定體積顯示法:這種顯示方法是在一個固定的範圍造出立體影像。如圖上所表現的，在箱子中含有顯像的氣體。在兩邊用雷射打入點成像，這個技術的發展還不太成熟，有待時間觀察。 多重平面顯示法:這是利用眼睛視覺暫留的因素，將立體影像的各平面別分投射到顯示的平面上，當這些平面連續出現後就會有立體的感覺。當然這部份現在是無法產生影像互動的。
63
虛擬視網膜顯示器 在西雅圖華盛頓大學的人性介面實驗室，在研究利用雷射光將高解析度的畫面(註一)，投射入人的視網膜中。如果成功的話，螢幕，頭戴顯示器，立體眼鏡都可以丟了!我想有人會擔心雷射不會弄瞎眼睛嗎?該實驗室利用低功率的雷射，比普通的光線都來的弱。有了進一步的成果後，這個問題可能會困擾美國醫學當局。到現在的文獻資料看來似乎還有待努力發展。 投射在視網膜中，影像的解析度達到8000 * 6000。一般十四吋螢幕還只到1024*768，可想而知畫面有多酷。
67
缺陷及遺憾 電腦圖學在實際應用上，往往受限於電腦的計算速度和硬體的解析度。所以為了增加動畫的順暢性，因而減少點素和角塊數來減少計算上的消耗。又利用眼睛對遠方的物體容易視而不見的特性，發展出細微程度(level of detail)的演算法。遠有在決定演算法時會依照現實的需要，捨棄畫面較真實但速度較慢的演算法。像Phone Shadind，Ray Tracing等等。 正如最佳化的概念，如何在現有的資源下做出需要適合的設計。這是現在虛擬實境應用的一個原則。所幸的是電腦的計算速度和硬體的解析度都會隨著時間而改善。
68
缺陷及遺憾 此外，目前的顯示器都做一個很重大的假設，那就是你的眼神瞳孔都是直視前方。當你觀看使用時如果不小心心猿意馬的眼神一飄大概就無法看到完整的畫面。目前在頭戴顯示器的作法是增加視野，也就是多利用幾塊液晶來增加看到的範圍，當然價錢上可就不是『多了幾片，價格不變J，變得可就令人扎舌的目瞪口呆。而目前在發展的生化感應(Bio-sensor)裝置對於瞳孔的觀察方向也是研究的重點之一。
69
聽覺
70
耳朵與聽覺 人對大部份的人體器官功能，作用和構造都一知半解，對於耳朵方面也不例外。不過現在有些研究成果已經可以讓我們做進一步的生活應用和醫學治療，像立體聲音喇叭和能治療失去聽力的耳膜修補手術耳朵是人體處理聽覺和平衡感覺的器官，它是由三大部份組成:1.外耳。2.中耳。3.內耳。
72
耳朵聽覺的組成 外耳：包含耳廓、外耳道。主要作用是讓聲音傳入耳中。
中耳：包含耳小骨、鼓膜、鼓室和耳咽管。主要作用是將外耳傳入的聲音訊息放大送入內耳中。 內耳：包含耳窩、耳石器官、半規管、內外淋巴管。主要作用分成處理聽覺和平衡感覺兩大部份。聽覺部份是將從中耳收到的聲音訊號送入腦中產生聽覺感受。平衡感覺部份主要是由半規管和前庭神經處理。
73
耳朵與聽覺 外界聲音就是藉著空氣振動，經由外耳道進入耳中，因而帶動外耳和中耳之間的鼓膜。而鼓膜的振動帶動影響耳小骨而將振動擴大並且傳遞到耳窩神經中。耳窩神經也就是聽覺神經，它的功用就是負責將振動訊號傳送到腦中產生聲音的感受。
74
聲音-----聲音模擬 真實的世界中，聲音是無所不在的，而整個世界也因為聲音而顯得多彩多姿。無論是打雷轟然巨響或是溪水的潺潺細吟，因為聲音的出現而加強了整體環境感受。如果氣勢磅薄的閃電配合細細點點的溪水聲，那整個感受就不一樣。三國演義中劉備與曹操煮酒論英雄時，劉備也無法假裝被雷聲嚇到，在曹操面前顯的自己的膽怯，無英雄豪氣。
75
聲音 深夜中你站在大馬路旁，夜晚趕走了熙熙攘攘的人群和洶湧不止的車潮。好死不死的剛好碰上一群飆車少年兄，一票從你的左邊遠方朝你急速飛馳而來。那轟隆如雷的引擎聲隨著飆車少年族的接近而擴大，離去而縮小。這種聲音大小變化是大家習以為常的事情，如果硬要說的學間一點就是嘟朴勒效應。 如果有一天政府委託你所屬的公司去製作一些讓人去感受飆車車禍可怕的虛擬實境系統去規勸那些飆車少年。讓這套系統去苦口婆心的說明浪子回頭不飆車的微言大義。而你就是負責這套虛擬實境系統的聲音開發。你會如何處理呢?
76
聲音 當人戴上頭盔顯示器和虛擬手套進入你所開發的系統中，面對飆車少年族的接近、離開和發生車禍，而聲音並沒有從小而大，從大而小在發生轟然巨響的車禍聲。這時使用者心中一定會覺得好像有點怪怪的，而絕大多數人也說不出所以然來!這個問題就是平常，隨處可見的事實情況並沒有被模擬。模擬聲音是一項看起來簡單做起來問題很多的部份。
77
聲音 還記的金庸武俠小說倚天屠龍記中的金毛獅王「謝遜』吧!他以耳代目，聽音辯位憑著一身武功報了妻兒被殺的深仇大恨。而人類是如何去聽聲辯位?其實大部份人都有這種功能憑藉著左右耳朵不同的聲音感覺來判斷發出聲音的來源。在 1907年Lord Rayleigh提出人判斷聲音來源主要有兩大技巧，而這個技巧就被用來模擬聲音來源的位置。這兩個技巧是(一)、到達雙耳聲音的時間差。(二)、聽到雙耳聲音的強度差。
78
模擬聲音來源位置的技巧 到達雙耳聲音的時間差:靠近左耳。相反的較快到右耳，右邊。由腦中結合左右耳感測物體的位置。聲音越早到左耳，表示音源較也就代表著聲音較靠近 聽到雙耳聲音的強度差:左耳聽的聲音感覺比右耳來的較大就表示聲音來源越靠近左耳，相反的右耳聲音較大就代表聲源靠近右耳。再由腦中結合雙耳的聲音大小來判斷聲音發出的位置。
79
聲音 如果使用這種方法有一個問題，那就是圓錐的混淆性(Cone of confuse)，當音源正前方或是在正後方時，那問題就產生了!所以要如何去分辨前後呢?這種情況有如在圓錐的中心點上一樣(如圖)，前後方帶來的聲音大小和強度都一樣，因此帶來了分辨前後的混淆。在真實的人體內，左右耳朵聽的聲音是不同的，然後在經由左右聲音的差異諸腦中來處理判斷分辨。
85
聲音 六七十年代流行的收音機，在現在拿來聽錄音帶簡直是要讓聽慣立體音響人的耳朵受罪。那時的聲音輸出和現在立體音響有何不同呢?聽過隨身聽的人都可以瞭解，左耳和右耳喇叭的聲音是不一樣的，而藉由這樣處理而產生『立體』的感覺。比如在演唱會中的歌曲收錄在雷射唱片上，當我們藉由耳機收聽時，會感覺有如身處在演唱會中，除了演唱者的歌聲外有時還夾雜著熙熙攘攘歌迷喧嘩聲。
86
聲音 立體聲讓人有臨場的聲音感覺，不過當我們戴上耳機舉手投足，搖頭晃腦時，左顧右盼時，立體聲並不會隨著頭部位改置方向而改變。照理說真實的聲音應該會隨著身體姿勢和位置改變才對。似乎立體聲並沒有完全模擬真實的聲音，他只是錄放聲音的一套系統裝置而已。 而虛擬實境系統所需要的三維立體聲音，就是在立體聲下再增加人與聲音來源的互動。隨著身體姿勢和頭部角度改變來決定給左右耳朵部份的聲音輸出。
87
聲音 像剛才所提的飆車少年的機車群接近時，先計算車群和使用者的距離遠近來決定要輸出給左右耳朵的聲音大小強度。經由如此來給於使用者音源的感受。這樣處理下，比固定的聲音大小或是錄製剪接的聲音更接近真實，但是跟真實的聲音聽起來還是感覺有點像，不過還是不太像。這個問題是出在哪呢?
88
聲音 外界聲音是經由空氣壓縮振動傳達到耳朵中，而聲波很容易被東西阻隔和反射。而人的外耳，耳廓部份和人的頭，肩膀部份都會不經意的影響外界聲音，換句話說外界聲音和進入耳中的聲音是不同的。而這中間的差異要如何去處理分析呢?當人帶著耳機聽聲音時，也就是完全排除了這方面的作用，模擬的外界聲音並不受頭、外耳，身體肩膀的干擾而直接進入耳中。人獲得真理會去懷疑而不相信真理，耳朵聽得太真實才會讓人覺得不自然吧!
89
聲音 一九七四年Plenge首先提出這種看法，認為外界聲音和耳朵聽到的聲音還需要一套轉換程序，而這套轉換聲音轉換程序也就是一般人認為的「頭相關函數。(Head Relation Transform Function)。
90
「頭相關函數」 一九七四年，Plenge提出外界的聲音和耳朵聽到的聲音是不同的看法，而這中間的差異就是出在頭、耳朵、肩膀等等身體部位反射影響干擾了聲波。而「頭部等相關轉換函數。就是搭起外部音場和內在聲音的一座橋樑，當然這橋樑並不是唯一的，還有的是利用環場的音效，在平面空間上四個角落各放四個喇叭或是在立體空間中的八個角各放一個喇叭。
91
「頭相關函數」 『頭部等相關轉換函數』就是一種將外界聲波轉換成內在聲音的一個數學轉換函數，這套函數是相當的複雜，它包含了的複利葉轉換和有限差分的工程數學技巧。基本上這個就好像是黑箱作業，只要輸入外界聲音到這個函數就可以得到真實的聲音輸出。
92
「頭相關函數」 一九九二年 Wenzel和 Begault在美國太空總署研究中心，發表了有關模擬真實聲音的研究報告。他們將實驗者放進一個模擬的音場中，這個音場總共放五個喇叭(當時放五個喇叭是製造立體聲的最低需求，現在已經有新技術只要用兩個就夠了)，這五個分別擺在前後左右和上方(如圖)。
94
「頭相關函數」 並且將實驗者的兩個耳朵中靠近內耳鼓膜的地方放進一個微型錄音裝置。當外界音場的喇叭發出預先設定好聲音時，並且讓耳朵中的微型錄音裝置錄音。然後比較設定的聲音和錄到的聲音差異，再利用一些複雜的數學工具找出對應的數學關係式子。經過這樣的程序後就獲得了『頭部等相關轉換函數』，這個實驗共找了一百四十四人，動員人數可謂龐大!
95
「頭相關函數」 不過，『頭部等相關轉換函數』是很有個人品味的，也就是你用的轉換函數，對其他人並不適用。這個原因也很簡單，每個人的頭、耳朵、肩膀都長的不一樣。當張三用李四的轉換函數時，就等於在現實生活中張三用李四的耳朵聽聲音一樣。這問題深深的困擾著虛擬聲音的處理和裝備的設計。
96
「頭相關函數」 Wenzel所提出的『頭部等相關轉換函數』對於一般人應用自己的轉換函數的使用者來說已經有蠻不錯的感受，根據他所提出的報告中指出，如果是利用真實音源在經由『頭部等相關轉換函數』轉換成聲音輸出會有百分之五的誤差，如果是使用合成的聲音會有百分之十的誤差，如果聲音取樣保存的不夠精確的話會有百分之三十的誤差。
97
實際應用模式 聲音在現今的虛擬實境上的應用是很少的，頂多只是點綴式的背景音樂，就像電影上出現無關情節內容的配樂一樣，頂多只是先將錄好的音樂當作互動時的一些音效，大部份都還沒有真正的應用到虛擬聲音。不過現在有些公司利用音源強度和距離遠近及『頭部等相關轉換函數』來模擬真實的聲音，並且製造了一些產品。這些產品在第四章有一個簡單的介紹。目前微軟發展在Widow95上的DirectX程式介面，也規畫了Direct3D的虛擬聲音介面。
98
實際應用模式 原則上，虛擬實境的聲音輸出裝置分成 外部喇叭：利用場地中的喇叭擺設來模擬三維立體真實聲音。 內部耳機：利用耳機來傳遞虛擬聲音。
99
缺陷 聲音場中的『頭部等相關轉換函數』是因人而異，所以並沒有辦法在商業製造上應用得很好，而在現在並沒有一套函數可以通通都是用在所有人的耳朵，就像一件牛仔褲並沒有辦法讓所有的人穿一樣。 此外值得一提的是聲音的傳遞是靠聲波，聲波會反射，折射和繞射，會因為地形，溫度而改變聲波進行方向和大小。這個計算的複雜程度性，並不亞於光線追跡。
100
缺陷 相信大家都有經驗，放鞭炮的爆炸聲音會引發汽車防盜警報器的聲響警告，這個原因是因為爆炸聲音引起附近的空氣震盪帶動在旁邊的汽車的振動，這個振動就好像親手去壓，去推帶給車子的振動一樣，當振動的頻率大於警報器所設定的範圍時，那就逼逼逼逼 還有就是音源位置的模擬上，有一個麻煩的問題那就是前面所說的圓錐的混淆性(coneofconfuse)，當正前方或正後方的音源發出的同樣聲音大小時，不用『頭部等相關轉換函數』是很難去分辨前後位置的。
101
缺陷 而在機場上飛機超音速飛行時所引起空氣產生的音爆，目前一些專家正在研究用聲音波來抵銷他，如果成功的話，世界上的噪音問題將會迎刃而解，有關聲音面的研究還需要更進一步，這些有賴志士仁人的研究奉獻。
Similar presentations
