虚拟现实显示设备及技术
虚拟现实与增强现实技术导论虚拟现实的计算体系结构
虚拟现实与增强现实技术导论虚拟现实的计算体系结构虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机生成的虚拟环境模拟现实世界或者创造一个全新的虚拟世界的技术。
虚拟现实技术的计算体系结构是指支持虚拟现实应用的硬件、软件及其相互之间的组织和关系。
虚拟现实技术的计算体系结构包括以下几个关键要素：1.输入设备：虚拟现实的输入设备通常包括头戴式显示器、追踪器、手柄等。
头戴式显示器可以通过分辨率高的屏幕和镜片进行像素展示和聚焦，使用户可以获得更真实的视觉体验。
追踪器可以追踪用户的头部和手部运动，实现对用户动作的反馈。
手柄可以提供更多的交互方式，以增强虚拟现实的沉浸感。
2.计算设备：虚拟现实技术对计算能力的要求很高，需要能够实时处理大量图形数据的计算设备。
目前常用的计算设备包括个人电脑、游戏主机、智能手机等。
这些设备通常需要具备强大的图形处理能力，并且能够实时生成和渲染虚拟环境中的图像。
3.虚拟环境建模和内容生成：虚拟现实应用需要构建一个真实或虚构的场景，以实现用户的沉浸式体验。
虚拟环境建模和内容生成是通过计算机图形学、物理建模、虚拟现实引擎等技术来实现的。
这些技术可以生成逼真的场景图像、人物模型和物体模型，并提供物理引擎来模拟真实世界的物理特性。
4.虚拟现实引擎：虚拟现实引擎是指一种软件平台，它可以提供基于计算机图形学的场景渲染、用户输入处理、物理模拟等功能，以支持虚拟现实应用的开发。
常见的虚拟现实引擎包括Unity、Unreal等。
虚拟现实引擎可以提供各种接口和工具，帮助开发者实现虚拟现实应用的各种功能，例如用户交互、虚拟物体的碰撞检测等。
5.输出设备：输出设备用于向用户提供虚拟现实体验的结果。
常见的输出设备包括头戴式显示器、扬声器、振动器等。
头戴式显示器用于向用户展示虚拟环境的图像，扬声器用于提供音频效果，振动器用于模拟触觉反馈。
总体来说，虚拟现实技术的计算体系结构由输入设备、计算设备、虚拟环境建模和内容生成、虚拟现实引擎以及输出设备等组成。
五种常见的虚拟现实技术设备及其功能介绍
五种常见的虚拟现实技术设备及其功能介绍虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术已经逐渐走入人们的生活，并为我们带来了全新的体验和娱乐方式。
在虚拟现实领域中，有许多常见的设备被广泛应用，本文将介绍五种常见的虚拟现实技术设备及其功能。
1. VR头盔VR头盔是最常见的虚拟现实设备之一，它通过佩戴在头部上，将用户完全覆盖在虚拟现实的世界中。
头盔内部配备了高清显示屏和传感器，能够实时跟踪用户的头部运动，并将相应的图像和信息传输到眼睛。
用户可以通过头盔获得逼真的虚拟视觉体验，仿佛置身于一个全新的世界当中。
2. 手柄控制器手柄控制器是一种用于虚拟现实环境中的交互设备，它可以感知用户的手指和手部运动，并将这些动作转化为虚拟世界中的操作。
手柄控制器通常由按钮、摇杆、触摸板等组件组成，用户可以通过手柄进行游戏控制、物体操作等。
它不仅增加了虚拟现实的沉浸感，同时也提供了更具操作性的互动方式。
3. 模拟行走平台模拟行走平台是一种模拟现实环境行走体验的设备，通过特殊的机械结构和运动平台，使用户能够感受到虚拟现实环境中的行走和移动。
在模拟行走平台上，用户可以通过步行、跑动等真实的动作来控制虚拟世界中的移动，增强了虚拟现实的身临其境感，同时也提供了更真实的交互体验。
4. 身体追踪器身体追踪器是一种用于捕捉和追踪用户身体动作的设备，它能够通过传感器和摄像头等技术，实时监测用户的身体姿态和动作，并将其转化为虚拟世界中的相应操作。
身体追踪器可以用于运动、舞蹈、体验虚拟运动等领域，让用户能够更自由地在虚拟现实环境中移动和互动。
5. 3D触觉反馈装置3D触觉反馈装置是一种能够模拟触觉体验的设备，通过使用特殊的传感器和振动装置，使用户能够在虚拟现实环境中感受到触觉反馈，例如触碰、抓取和触摸等。
这种设备可以增强虚拟现实的真实感，使用户更加沉浸在虚拟世界之中。
总的来说，以上所介绍的五种虚拟现实技术设备都具有独特的功能和作用。
常见VR虚拟现实硬件设备,3篇
常见VR虚拟现实硬件设备,3篇（范例推荐）常见的VR虚拟现实硬件设备11.激光定位技术基本原理就是在空间内安装数个可发射激光的装置，对空间发射横竖两个方向扫射的激光，被定位的物体上放置了多个激光感应接收器，通过计算两束光线到达定位物体的角度差，从而得到物体的三维坐标，物体在移动时三维坐标也会跟着变化，便得到了动作信息，完成动作的捕捉。
代表：HTC Vive - Lighthouse定位技术HTC Vive的Lighthouse定位技术就是靠激光和光敏传感器来确定运动物体的位置，通过在空间对角线上安装两个高大概2米的“灯塔”，灯塔每秒能发出6次激光束，内有两个扫描模块，分别在水*和垂直方向轮流对空间发射激光扫描定位空间。
HTC Vive的头显和两个手柄上安装有多达70个的光敏传感器，其通过计算接收激光的时间来得到传感器位置相对于激光*的准确位置，利用头显和手柄上不同位置的多个光敏传感器从而得出头显/手柄的位置及方向。
激光定位技术的优势在于相对其他定位技术来说成本较低，定位精度高，不会因为遮挡而无法定位，宽容度高，也避免了复杂的程序运算，所以反应速度极快，几乎无延迟，同时可支持多个目标定位，可移动范围广。
不足的是，其利用机械方式来控制激光扫描，稳定性和耐用性较差，比如在使用HTC Vive时，如果灯塔抖动严重，可能会导致无法定位，随着使用时间的加长，机械结构磨损，也会导致定位失灵等故障。
2.红外光学定位技术这种技术的基本原理是通过在空间内安装多个红外发射摄像头，从而对整个空间进行覆盖拍摄，被定位的物体表面则安装了红外反光点，摄像头发出的红外光再经反光点反射，随后捕捉到这些经反射的红外光，配合多个摄像头工作再通过后续程序计算后便能得到被定位物体的空间坐标。
代表：Oculus Rift 主动式红外光学定位技术+九轴定位系统与上述描述的红外光学定位技术不同的是，Oculus Rift采用的是主动式红外光学定位技术，其头显和手柄上放置的并非红外反光点，而是可以发出红外光的“红外灯”。
虚拟现实系统的硬件设备
虚拟现实系统的硬件设备引言虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种通过计算机生成的仿真环境，使用户可以沉浸在虚拟场景中，并与之进行交互。
虚拟现实系统由软件和硬件两部分组成，其中硬件设备起着至关重要的作用。
本文将介绍虚拟现实系统中涉及的常见硬件设备，包括头戴式显示器、追踪设备、手柄控制器和体感设备等。
1. 头戴式显示器头戴式显示器是虚拟现实系统中最关键的硬件设备之一。
它通常由一个头盔和一个显示器组成。
头盔贴合用户的头部，通过内置的显示器将虚拟现实场景投影到用户的眼睛。
较好的头戴式显示器具有高分辨率、高刷新率和低延迟等特点，以提供更真实流畅的虚拟现实体验。
同时，头戴式显示器还通常包含陀螺仪和加速度计等传感器，以跟踪用户的头部运动，并实时调整视角，增强交互的真实感。
2. 追踪设备虚拟现实系统中的追踪设备用于跟踪用户的身体姿势和位置，以实现在虚拟现实场景中的真实交互。
常见的追踪设备包括基于光学原理的红外摄像机和红外发射器。
红外摄像机通过捕捉发射器发出的红外光线反射回来的图像，计算用户的位置和姿势。
通过这种方式，追踪设备使用户能够在虚拟场景中自由移动，并将其身体动作精确地映射到虚拟角色上。
3. 手柄控制器手柄控制器是虚拟现实系统中用于手部操作的硬件设备。
它通常由一个或多个传感器和按键组成，可以实时捕捉用户的手势和触摸动作，并将其传递给虚拟现实系统。
手柄控制器的设计旨在模拟真实世界中的物体，使用户能够在虚拟场景中进行精确的抓取、放置和操作。
一些高级手柄控制器还具备力触反馈功能，可以模拟不同物体的质感和重量，增强用户的沉浸感。
4. 体感设备体感设备是虚拟现实系统中用于跟踪用户整个身体运动的硬件设备。
它通常由传感器、电子设备和驱动器等组成。
体感设备可以通过感应用户的身体运动，例如步行、奔跑、跳跃等，将其反馈到虚拟场景中，实现用户在虚拟环境中的自由移动。
体感设备的主要作用是提供身体级别的交互和沉浸式体验，使用户能够更加自然地与虚拟环境进行互动。
虚拟现实知识：VR检测和测试——测试设备和方法
虚拟现实知识：VR检测和测试——测试设备和方法虚拟现实（VR）检测和测试是确保VR设备和应用程序的完整性和可靠性的关键步骤。
VR应用程序需要在多个层面上进行测试，包括硬件和软件方面。
本文将介绍VR测试设备和方法。
测试设备1. VR头戴式显示器（HMD）VR头戴式显示器是VR技术的核心设备。
它的独特之处在于它的屏幕分为两个部分，每个眼睛一个。
这种设计使得HMD能够为用户提供逼真的3D空间感。
HMD还具有内部传感器，可以检测用户的头部动作，从而更新屏幕的视角。
2. VR手柄和控制器VR手柄和控制器是用于控制VR应用程序和游戏的关键设备。
它们通常通过蓝牙或其他无线技术与VR系统相连。
这些设备以体感技术为基础，能够通过检测用户的手部和身体动作来模拟真实的动作。
VR手柄和控制器通常有多个按钮和手柄，可以在虚拟世界中移动和进行各种交互操作。
3.传感器VR传感器用于确定用户的位置和方向。
这些传感器通常包括激光跟踪器，摄像头等。
激光跟踪器通过激光束跟踪用户的头部和手部位置，从而更新屏幕的视角。
摄像头则通过识别特定的标记来确定用户的位置和方向。
测试方法1.视觉测试视觉测试是VR测试中最常用的测试方法之一。
在这种测试中，必须测试VR设备的分辨率，帧率和刷新率。
分辨率是指显示器上的像素数量，而帧率和刷新率是指显示器每秒刷新的图像数量。
通过测试这些参数，可以确定VR应用程序在显示和运行时的性能和流畅度。
2.移动性测试移动性测试用于确认用户是否可以在虚拟世界中移动。
这样的测试是通过让用户在虚拟环境中进行行走和奔跑来完成的。
在该测试中，用户会使用VR手柄和控制器来模拟真实世界中的感觉。
以及通过测试时的反馈来判断结果。
3.交互性测试交互性测试是用于测试用户在虚拟世界中的交互性和可操作性。
这种测试包括测试如何使用VR手柄和控制器来交互，以及测试应用程序如何响应这些交互操作。
这可以通过测试应用程序响应速度，以及测试交互操作的实时性来实现。
虚拟现实的基本组成
虚拟现实的基本组成虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机技术，它可以让用户在虚拟世界中与计算机生成的环境进行交互，同时也可以感受到身体的反馈。
虚拟现实的基本组成包括硬件设备、软件系统和交互方式三个方面。
一、硬件设备虚拟现实的硬件设备主要包括头戴式显示器、手柄、追踪器、计算机等。
1.头戴式显示器头戴式显示器是虚拟现实最重要的硬件设备之一，它可以将计算机生成的虚拟世界投射到用户的眼睛中，让用户感觉自己置身于虚拟世界中。
头戴式显示器通常由两个显示屏组成，分别显示左右眼的图像，以达到立体效果。
目前市面上常见的头戴式显示器有Oculus Rift、HTC Vive、PlayStation VR等。
2.手柄手柄是虚拟现实中的交互设备，用户可以通过手柄来控制虚拟世界中的物体和角色。
手柄通常具有多个按键和摇杆，可以模拟现实中的手部动作。
目前市面上常见的手柄有Oculus Touch、HTC Vive Controller、PlayStation Move等。
3.追踪器追踪器是虚拟现实中的定位设备，可以追踪用户的头部、手部和身体的位置和姿态，以便计算机生成相应的虚拟世界。
追踪器通常采用红外线或激光技术进行定位。
目前市面上常见的追踪器有Oculus Sensor、HTC Vive Base Station等。
4.计算机虚拟现实需要强大的计算能力来生成高质量的虚拟世界，因此需要配备高性能的计算机。
计算机需要具备高速的CPU、GPU、内存和存储器等硬件设备，以保证虚拟现实的流畅运行。
目前市面上常见的虚拟现实计算机有Oculus Ready PC、HTC Vive Ready PC等。
二、软件系统虚拟现实的软件系统主要包括虚拟现实引擎、虚拟现实应用程序和虚拟现实平台等。
1.虚拟现实引擎虚拟现实引擎是虚拟现实的核心技术，它可以将计算机生成的虚拟世界呈现给用户，并且处理用户的交互行为。
虚拟现实引擎通常由多个模块组成，包括图形渲染、物理引擎、声音引擎等。
虚拟现实技术所需的硬件设备和软件环境
虚拟现实技术所需的硬件设备和软件环境虚拟现实（Virtual Reality, VR）是一种模拟真实情景的技术，通过计算机生成的环境，使用户可以身临其境地与虚拟世界进行交互。
虚拟现实技术的发展已经取得了显著进展，并且在各种领域如游戏、医疗、培训、建筑等得到广泛应用。
实现虚拟现实技术需要一系列硬件设备和软件环境的支持。
一、硬件设备1.头戴式显示器（Head-mounted Display，HMD）：HMD是使用虚拟现实技术的必备设备。
它是一种戴在头部上，从而将计算机生成的图像投射到用户的眼睛中的显示器。
通过HMD，用户能够看到虚拟环境中的图像和内容，从而获得身临其境的体验。
目前市场上常见的HMD设备有Oculus Rift、HTC Vive、Sony PlayStation VR等。
2.跟踪系统（Tracking System）：虚拟现实技术需要对用户的头部和手部进行跟踪，以便在虚拟环境中实现交互。
跟踪系统可以通过传感器探测用户的移动，从而实时更新虚拟环境中的相应内容。
常见的跟踪系统有基于摄像头的光学跟踪系统和基于惯性传感器的惯性导航系统。
3.控制器（Controller）：控制器是实现虚拟现实交互的关键设备。
用户可以通过控制器操作虚拟环境中的物体、进行手势识别和用户输入等操作。
常见的控制器有手柄、手套、手势识别设备等，可提供多种方式的交互体验。
4.计算机或游戏主机：为了实现复杂的图像处理和运算，虚拟现实技术需要强大的计算性能。
目前，高端的虚拟现实系统需要配备一台高性能的计算机或游戏主机，以满足对图像渲染和数据处理的要求。
5.声音系统：声音是虚拟现实中重要的感官体验之一。
为了提供真实的声音效果，虚拟现实技术需要配备适当的声音系统，如耳机或扬声器。
通过立体声效果和定位，虚拟现实技术可以为用户提供身临其境的听觉体验。
二、软件环境1.虚拟现实软件平台：虚拟现实软件平台是虚拟现实技术的核心软件，用于创建和渲染虚拟环境，并将用户的输入与虚拟环境进行交互。
虚拟现实设备的使用说明书
虚拟现实设备的使用说明书虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术近年来取得了长足的发展，为人们提供了一种沉浸式的体验。
虚拟现实设备的出现让我们能够进入一个虚拟的世界，与现实世界完全不同。
本文将为您详细介绍虚拟现实设备的使用方法和注意事项。
一、设备介绍虚拟现实设备由头戴式显示器、定位传感器和控制器组成。
头戴式显示器是最重要的部分，它能够将虚拟世界的图像以立体的形式呈现在用户眼前。
定位传感器能够追踪用户的头部和手部动作，实现用户在虚拟世界中的自由移动。
控制器则用于操作虚拟世界中的物体和进行互动。
二、设备使用方法1. 准备工作在使用虚拟现实设备之前，首先需要确保设备处于正常工作状态。
检查设备的电源是否连接好，并确认设备的固件已经更新至最新版本。
2. 头戴式显示器的佩戴将头戴式显示器轻轻地放在头部，调整好头带的松紧，使其舒适地贴合头部。
确保显示器的镜片与您的眼睛保持适当的距离，以获得最佳的视觉效果。
3. 定位传感器的设置将定位传感器放置在适当的位置，确保其能够准确地追踪您的头部和手部动作。
在设备中打开定位传感器的功能，让其与头戴式显示器进行连接。
4. 控制器的使用控制器通常有按钮、摇杆和触摸板等操作元素。
通过按下按钮、移动摇杆或触摸触摸板，您可以在虚拟世界中进行各种操作，如选择物体、移动角色等。
请根据虚拟世界的提示进行相应的操作。
5. 设备的调整在使用虚拟现实设备的过程中，您可能会感到不适或眩晕。
这可能是由于设备的调整不当所致。
请根据自己的感受，调整设备的亮度、对比度和焦距等参数，以获得最佳的使用体验。
三、注意事项1. 使用时间长时间使用虚拟现实设备可能会对眼睛和大脑造成一定的负担。
建议每次使用不要超过30分钟，并在使用过程中适时休息，让眼睛得到放松。
2. 使用环境在使用虚拟现实设备时，请确保周围环境安全，并保持一定的空间以防碰撞。
同时，应选择一个光线充足、通风良好的房间进行使用，以避免不必要的不适感。
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➢ 3D眼镜显示系统
该系统设备包括：立体图像显示器和3D眼镜。立体图像显示器以 两倍于正常扫描的速度刷新屏幕，计算机给显示器交替发送两幅有轻 微偏差的图像。位于CRT（阴极射线管）显示器顶部的红外发射器与 信号同步，以无线方式控制活动眼镜。红外控制器指导立体眼镜的液 晶光栅交替地遮挡眼睛视野。大脑记录快速交替的左右眼图像序列， 并通过立体视觉将其融合在一起，从而产生深度感。
为了实现虚拟显示的沉浸特性，必须具备人体的感官 特性，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等。常有 的显示设备包括：视觉显示设备、听觉显示设备、力 觉和触觉显示设备等。
据统计，人类对客观世界的感知信息75%-80%来至 视觉，所以视觉通道是VR系统中最重要的感知接口。 所以，视觉显示是本次讲解的主要内容。
超声波立体眼镜显示系统
➢ 洞穴式立体显示系统（CAVE系统） 使用投影系统，投射多个投影面，形成房间式的空间
结构，使得围绕观察者具有多个图像画面显示的虚拟现实 系统，增强了沉浸感。
CAVE空间结构示意图
CAVE系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式 投影可视协同环境，该系统可提供一个房间大小的4面、5面或者6面 的立方体投影显示空间，供多人参与:所有参与者均完全沉浸在一个被 立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助音响技术和相应虚拟 现实交互设备获得一种身临其境约高分辨率三维立体视听影像和6自 由度交互感受。由于投影面几乎能够覆盖用户的所有视野，因此 CAVE系统能提供给使用者一种前所未有的带有震撼性的身临其境的 沉浸感受。
佳能新式头盔显示器
➢ 双目全方位显示器（BOOM）
是一种偶联头部的立体显示设备，类似使用望远镜，它把两个独立的 显示器捆绑在一起，由两个相互垂直的机械臂支撑，这不仅让用户可 以在半径2m的球面空间内用手自由操纵显示器的位置，还能降低显 示器的重量加以巧妙的平衡而是指始终保持水平，不受平台运动的影 响。在支撑臂上的每个节点处都有位置跟踪器，因此BOOM和HMD 一样有实时的观测和交互能力。
1. 侧视网膜图象差：也称双目视差，在双目光轴平行时，由于几何位 置的差别，两目看同一环境，却得到不同的图像，形成主要的深度 感。
2. 运动视差：当观察者相对环境运动时，产生的深度感。如果头部运 动，就可能发现物体之间的遮挡关系。运动视差是深度感知中的最 有力的线索。事实上，许多动物和昆虫主要是靠运动视差识别目标 ，例如:兔子和蜜蜂.
双目重 叠视域
单目 视域
❖视觉显示设备
❖ 头盔显示器（HMD）：
❖ 头盔显示器是3DVR图形显示与观察设备，可单独与主机 相连以接受来自主机的3DVR图形图像信号，借助空间跟 踪定位器可进行虚拟现实输出效果观察，同时观察者可做 空间上的自由移动，如；自由行走、旋转等，沉浸感极强 ，优于显示器的虚拟现实观察效果，逊于虚拟三维投影显 示，在投影式虚拟现实系统中，头盔显示器作为系统功能
LOGO
虚拟现实显示设备及技术
主 讲 人：
时间：2013.4.24
内容
视觉显示设备与技术
— 视觉感知的几个基本概念 — 显示设备
视觉显示设备与技术
“沉浸感”是虚拟现实系统最重要的基木特征。当用 户与虚拟环境交互作用时，可以获得与真实世界相同 或相似的感知，并产生“身临其境”的感受。所以虚 拟现实系统对人的感知系统的作用，直接影响系统的 真实感。
世界杯3D观看
红外立体眼镜显示
利用红外信号传送同步信号，用于控制液晶眼镜的 开关。眼镜上 备有轻便的锂电池，眼镜在无线状态下工作 ：
红外立体眼镜显示系统
超声波立体眼镜显示
除了红外立体眼镜显示中的设备外，眼镜上还有头部跟踪的超声 接受器。超声接受信号要经过导线传给头部跟踪系统，眼镜在有线状 态下工作：
• 虚拟现实视觉的立体显示，仅仅实现双目视差。虚拟现实 视觉的立体显示，还没有实现人类其他的深度感。为了实 现立体显示，应该为双目提供不同的图像，有双目视差的 图像。为此，对同一虚拟环境，由两个虚拟观察点分别透 视投影，得到有双目视差的两个图像。立体显示就是给双 目提供有双目视差的两个图像.
单目 视域
❖立体视觉
❖ 视觉生成 外界景物发射或反射光线刺激视网膜感光细胞令视觉
神经产生知觉
➢ 立体视觉生成原理
两眼空间位置的不同，是产生立体视觉的主要原因。空间 某个物体在两眼的视图中位置不同就产生了立体视差。人 眼利用这种视差，判断物体的远近，产生深度感,形成立体 视觉，由此获得环境的三维信息。
➢ 人的视觉系统可以通过四种线索得到深度知觉：
❖视觉感知的几个基本概念
❖ 视域：一个物体能否被观察者看到，取决于该物体的图象是否落在观 察者的视网膜上和落在视网膜上的什么位置。能够被眼睛看到的区域 称为视域。
在实际中，全景显示产生水平±100°，垂直±30°的视域即可有很 强的沉浸感。
➢ 视角：视觉感知中关于可视目标大小的测量，可视目标在 视网膜上的投影大小能够决定视觉感知的质量。一般认为 理想的目标提示大小为:在正常光照条件下视角不应该小 于15°，在较低光照条件下视角不应该小于21°。这是视 景生成和头盔显示过程中的重要参考系数。
3. 图象大小差异:对己知物体，图像尺寸的变化是透视深度感。人的直 觉是，物体越远，看起来越小。如果物体A与B同样大，但A的图象 比B的小.同样可认为A比B离观察者更远。
4. 纹理梯度:指视野中的物体在网膜上的投影大小和投影密度发生有层 次的变化。例如，当你看沙滩上的石头。根据视网膜上纹理梯度的 变化，把小而密的事物看成是比较远的，大而疏的物体看成是比较 近的
和设备的一种补充和辅助。
佳能公司最新混合虚拟现实系统通过一个头戴式眼镜带给人虚拟场景 和实景混合的体验，并开发出一种专用的头戴式显示器和专用的位置 校准软件，软件通过高精度和高速图像处理来获得合成图像，合成的 图像大小与现实中的大小无异。而头戴式显示器则采用一种被称为自 由曲线棱镜的镜片，确保使用者能够获得宽广的视野和清晰的图像。