输出设备：为用户提供模拟过程中的输入反馈，并通过输出界面给用户反馈。包括：图形显示设备、声音输出设备、触觉反馈设备。
图形显示设备：一种计算机接口设备，它向虚拟世界中的用户展示计算机合成的场景图像。
3.1.1 人类视觉系统
要设计图形显示设备，首先要了解人类的视觉系统。有效的图形显示设备需要匹配人类观察到的合成场景。
人类视觉系统的特点：
- 特点1:中央凹聚焦区
人眼有126 000 000个传感器不均匀地分布在视网膜上。视网膜的中心区域称为中心凹，是高分辨率的颜色感知区域，周围是低分辨率的感知区域。
投影到中心凹的图像代表焦点区域。在模拟过程中，观察者的焦点是无意识的动态变化。如果能跟踪眼睛的动态变化，就能检测到焦点的变化。
- 特点二:视场和测量深度
视场(Field Of View，简称FOV)。一只眼睛的水平视野约为150°，垂直视场约120°；双眼水平视场约18°，垂直视场约120° ，如右图所示。观察体的中心部分是立体图像区域。在这里，两只眼睛定位相同的图像，水平重叠部分约为120°。
大脑用两只眼睛看到的图像位置的水平位移来测量深度，即观察者与场景中虚拟对象的距离。
- 特点三:会聚角与图像视差
在视场中，当眼睛聚焦在固定点F上时，视轴与固定点F连接之间的夹角确定，如右图所示。这个角度也取决于左眼瞳孔和右眼瞳孔之间的距离，称为内瞳距（IPD）。
由于固定点F对两只眼睛的位置不同，左右眼呈现水平位移，称为图像视差，如右图所示。为了让大脑理解虚拟世界的深度，VR图形显示设备必须能够产生相同的图像视差。要实现三维图形显示，需要输出两轻微位移的图像。
3.1.2 头盔显示器
头盔显示器（ Head Mounted Display，简称HMD ），常见的三维显示设备，使用头盔显示器封闭外部视觉、听觉，引导用户在虚拟环境中产生一种感觉。
头盔显示器通常两个LCD或CRT显示器分别显示左右眼的图像，由计算机驱动。两个图像之间有一个小的区别。人眼在获得这些不同的信息后，会在脑海中产生立体感。
头盔显示器主要由显示器和光学透镜组成，辅以三个自由空间跟踪定位器观察虚拟输出效果，观察者可以在空间中自由移动，如行走、旋转等。
显示技术
| 普通消费水平(单视场，无立体感) | HMD使用LCD显示器主要是为个人观看电视节目和视频游戏而设计的，而不是为了VR专门设计的。它只能接受NTSC（在欧洲是PAL)单视场视频输入，当集成到VR在系统中，需要将图形流输出的红、绿、蓝信号格式转换为NTSC/PAL，如下图所示。 |
| 专业级(立体显示) | HMD设备则使用CRT特别是显示器，它可以产生更高的分辨率VR它接受交互设计RGB视频输入。 如下图所示，图形流中有两个RGB直接发送信号HMD控制单元，用于立体观察。通过跟踪用户的头部运动，把位置数据发送给VR用于图形计算的引擎。 |
常见的头盔显示器
| 类别 | 优点 | 应用 |
| Virtual Research 1280数字头盔 | 该产品将亮度高，分辨率高彩色微型显示器与定制光学设备相结合；使用简单，比以前的显示系统更多结实耐用；佩戴产品的过程只需几秒钟，后部和顶部的棘齿和前额弹簧垫确保佩戴更牢固和舒适；用户可以快速准确地调整瞳孔距离，以满足镜头的需要。 | 可用于医疗、游戏虚拟现实模拟训练等领域的医疗、游戏行业和建筑专项。 |
| eMagin数字头盔 | 头部跟踪装置具有高灵敏度，可为用户提供服务360°图像追踪；使用户摆脱了传统头戴式显示器的束缚，游戏用户可以体验身临其境的虚拟现实环境；PC用户则可以在不受限制的环境中工作和体验虚拟现实环境。 | 适用于3D游戏、模拟训练、工业模拟和商业应用。 |
| Liteye单目穿透头盔 | 虽然单目式不能产生三维效果，但由于其更轻的质量和透视显示器经常用于增强现实和军事领域。 | 军事领域增强现实 |
| Cybermind双目式 | 双目式两个2D显示器可以形成立体图像，因此常用于虚拟现实领域。 | 娱乐、模拟、游戏、医疗等领域 |
| 5DT数字头盔 | 用户可根据自己对沉浸感的需求进行不同层级的调节，另外还有可进行大小调节的顶部旋钮、背部旋钮、穿戴式的头部跟踪器以及便于检测的翻盖式设计。 超高分辨率 |
3.1.3 沉浸式立体投影系统
| 类别 | 优点 | 应用 |
| 单通道立体投影系统 通常以图形计算机为实时驱动平台，使用两台投影仪（一台投影左眼图像，另一台投影右眼图像）同时将左右眼图像投影到屏幕上，显示高分辨率的三维投影图像。 |
最大的优点是可以展示高质量高分辨率三维立体投影图像；它是一种小型虚拟三维投影显示系统，成本低，操作简单，占用空间小，性能和价格比优异。其集成显示系统更容易安装和操作。 | 虚拟现实模拟应用程序的实时显示，广泛应用于高校和科研机构的虚拟现实实验室。 |
| 多通道环幕(立体)投影系统 多通道大屏幕显示系统由多台投影仪组成，该系统采用环形投影屏作为模拟应用的投影载体。根据环形屏幕半径的大小，通常是120 、弧度不同于135、180、240、270和360度。 |
它与单通道立体投影系统相比显示尺寸更大，视野更显示内容多，显示分辨率高，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。 | 通常用于虚拟战场模拟、虚拟原型、数字城市规划、三维地理信息系统、展览、工业设计、教育培训等大型虚拟仿真应用 |
| CAVE沉浸式虚拟现实显示系统 是一种基于多通道视觉同步技术、三维空间整形矫正算法和三维显示技术的房间视觉协同环境。 |
该系统可以为多人提供同一房间大小的四面(或六面)立方体投影显示空间，所有参与者均可参与完全沉浸在高级虚拟仿真环境中，被三维投影图片包围，为用户提供前所未有的震撼身临其境的沉浸感。 | 科学家可以通过CAVE可视化研究对象可以直接应用于任何具有沉浸感需求的虚拟模拟应用领域。如虚拟设计与制造、模拟培训、虚拟演示演示、虚拟生物医学工程、地质、矿产、石油、航空航天、建筑视野与城市规划、地震与消防演练模拟等。
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| 球面投影显示系统 | 视野非常广阔，覆盖了观察者的所有视野，从而令使用者完全置身于飞行场景中，给人身临其境的沉浸感。 |
3.1.4 立体眼镜（鹰眼）
立体眼镜以其简单的结构、轻巧的外形和低廉的价格，而且佩戴很长时间眼睛也不至于疲劳，成为虚拟现实观察设备理想的选择。
3.1.5 图形显示过程
图形显示设备的高延时与晕动症：
在VR的一次交互中，视觉接受的自身的身体状态，与负责感知身体状态的中耳前庭器官不一致，中枢神经对这一状态的反馈就是“恶心”，以此来提醒身体状态的异常。简单来说，戴上VR头显移动头部的时候，由于延时，视觉观察到的变化会比身体感觉到的慢，二者产生冲突继而造成了晕眩反应。
一类计算机接口，能给与虚拟世界交互的用户提供合成的声音反馈。
3.2.1 三维声音
| 立体声音 | 三维声音 |
| 耳机中的立体声音听上去好像是从用户的头里发出来的，它不像真实声音那样是在外面的。 | 从同一个耳机或扬声器中放出的三维声音则包含着重要的心理信息，可以改变用户的感觉，使他们相信这些录制的声音真的来自于用户周围的环境。 |
3.2.2 人类的听觉系统
用一个称为纵向极坐标系统来表示三维声源位置。声源的位置由三个变量确定：方位角、仰角和范围。
- 方位角θ（±180°）：是鼻子与纵向轴z 和声源的平面之间的夹角；
- 声源的仰角φ（±90°）：是声源和头部中心点的连线与水平面的夹角；
- 范围r（大于头的半径）：是沿这条连线测量出的声源距离。
大脑根据左右耳觉察到的声音的强度、频率和时间线索估计声源的位置（方位角、仰角和范围）。
3.2.3 基于扬声器的三维声音
原理：PC机的喇叭装在监视器的左右两侧，与监视器方向一致，面向用户。知道了用户头部的相对位置，就可以创建出在用户周围有许多扬声器的假象，并且能设置扬声器的方位角和位置。
三维声卡特点：
- 提供简化三维声音的能力，支持这类声卡的能让游戏玩家听到对手是从哪个方向靠近自己的，从哪个方向进行攻击自己的。
- 保留了这些生源中的原始多声道音频信息，使聆听者感到SRS 3D更加丰富的环绕声场效果。
| 触觉反馈 | 传送接触表面的几何结构、虚拟对象的表面硬度、滑动和温度等实时信息。 它不会主动抵抗用户的触摸运动，不能阻止用户穿过虚拟表面。 |
| 力反馈 | 提供虚拟对象表面柔顺性、对象的重量和惯性等实时信息。 它主动抵抗用户的触摸运动，并能阻止该运动（如果反馈力比较大）。 |
3.3.1 人类的触觉系统
人类的触觉系统的输入是由感知循环提供的；
对环境的输出（对触觉接口而言）是以传感器-发动机控制循环为中介的。
输入数据由众多的触觉传感器、本体感受传感器和温度传感器收集，输出的是来自肌肉的力和扭矩。
触觉：当皮肤受到刺激时，触觉传感器会产生很小的放电，最终被大脑感知到。
传感器-发动机控制：身体的传感器-发动机控制系统使用触觉、本体感受和肌肉运动知觉来影响施加在触觉接口上的力。
3.3.2 触觉反馈接口
| 触觉鼠标 | 通常在使用鼠标时用户要一直看着屏幕，以免失去控制。触觉反馈增加了响应用户动的另一条线索，从而可以对此作出适当的补偿（即使把脸转过去也能感知到）。iFeel Mouse |
| iMotion触觉反馈手套 | iMotion 是一款带有触觉反馈的体感控制器。iMotion 可以提供精准的 3D 动作控制，并且横跨各大平台和诸多app。该设备在用户面前创建了一个虚拟的触摸空间，并且拥有触觉反馈，让用户“真实触摸”到游戏或应用中的物体。它能够欺骗你的大脑，让你误以为你的双手正在推、拉，或者进行其它应用（游戏）想要的动作，虚拟的触觉反馈。 iMotion 内置陀螺仪、加速计，通过表面的三个 LED 灯来判断用户身体在 3D 空间的位置等 |
3.3.3 力反馈接口
| 力反馈操纵杆 | WingMan Force 3D操纵杆，它有三个自由度，其中两个自由度具有力反馈 原理：计算机用户的动作改变仿真程序，如果有触觉事件就提供反馈。 这些命令继而被操纵杆的模／数转换器转换成模拟信号并放大，然后发送给产生电流的直流激励器。 这样就形成了闭合的控制回路，用户就可以感觉到振动和摇晃，或者感觉到由操纵杆产生的弹力 |
| CyberGrasp力反馈手套 | 力反馈手套借助数据手套的触觉反馈功能，用户能够用双手亲自“触碰”虚拟世界，并在与计算机制作的三维物体进行互动的过程中真实感受到物体的振动。 |
注：读书笔记摘自《虚拟现实与增强现实技术概论》