第二章 虚拟现实概论 第三节 虚拟现实的关键技术.pptVIP

§3 虚拟现实的关键技术 VR技术的三个主要方面: 实物虚化 虚物实化 高性能的计算处理技术 3.1 概述3.1.1 实物虚化 （1）实物虚化 是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界，为高性能的计算处理提供必要的信息数据 （2）实物虚化涉及的技术 基本几何模型构建 3.1.2 虚物实化 （1） 虚物实化 通过各种计算和仿真技术使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可能自然的方式反馈给用户。 （2） 两种逼真 形状的逼真－几何建模的逼真绘制 行为的逼真－物理建模 若已知虚拟物体的初始状态，外部作用和物体的物理特性，我们若能依据力学基本定律，给出一组动力学方程，就可能通过数值计算确定下一时间步的运动状态，逐步实现物体的真实运动 。 涉及内容 物理特性的表达: 对虚拟环境中的虚拟 物体赋予真实物体的物理特性 。 物理特性的处理: 依据物体的物理特性和物理定律确定物体在虚拟环境中的行为。 3.1.3 功能要求 为了实现很好的逼真性，VR的实现必须采用许多先进的基于特别技术的人机接口。因此，VR包括了众多的功能如： 快速计算、数据分割、复杂数据建模、数据融合和配准、解析和理解、显示、激励器和传感器控制以及快速通讯等等。 3.1.4 主要技术 （1）虚拟现实的主要技术基础 计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机。 （2）这些技术主要分三大块 建模技术、三维场景中的交互技术和系统集成技术。 3.2 建模技术3.2.1 概述 基本模型的构建是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。 模型构建首先要建立对象物体的几何模型，确定其空间位置和几何元素的属性。例如，通过CAD/CAM或二维图纸构建产品或建筑的三维几何模型；通过GIS数据和卫星、遥感或航拍照片构造大型虚拟战场－几何造型。 为了增强虚拟环境的真实感、物理特性和行为规则，建模要表现出对象物体的质量、动量、材料等物理特性，并在虚拟环境中遵循一定的运动和动力学规律－物理造型。 基于图象的建模 3.2.2 几何建模技术 几何建模技术－空间位置和几何元素的属性。 发展过程：从线框模型到面元模型及实体建模经历了一个迅速发展的过程。 建模软件：3DS MAX 、 AutoCAD 几何建模的两条途径： （1）人工的几何建模方法 ? 建立详细的三维几何模型的要求是来自计算机辅助设计(CAD)，计算机图形学，和其它领域。几何建模是活跃的科学和工业研究领域，已经可以得到大量的商业建模系统。 尽管有丰富的工具，还是把建模看成繁重的任务，因为： 建模缓慢； 用户接口不便，不灵活； 模型规定在低层次。 这些困难的表现是多数实验室和商业动画公司宁愿使用自制建模工具，或在某些情况用自制建模工具与市场销售建模工具的混合。 VR的几何建模一般通过基于PC或基于工作站的CAD工具获取。 在北卡大学漫游建筑的项目中，AutoCAD用于产生构成一座教堂几何模型的12000个多边形。 （2）自动的几何建模方法 许多的应用要求复制真实世界。不是用手建立模型，最好利用视觉或其它感觉自动获取模型。 自动获取复杂环境模型(如工厂环境)当前还不现实，但正在朝这方面努力。 自动或接近自动获取几何模型，现在在某些情况是现实的。 部分自动的交互式获取在不久将是可行的。 现在已有利用激光扫描建立实际物体三维外形的设备出售。 ? 三维扫描仪（3 Dimensional Scanner）又称为三维数字化仪（3 Dimensional Digitizer）。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具。 它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。 它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同。 首先，其扫描对象不是平面图案，而是立体的实物。 其次，通过扫描，可以获得物体表面每个采样点的三维空间坐标，彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。某些扫描设备甚至可以获得物体内部的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丢失大量的深度信息。 第三，它输出的不是二维图像，而是包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。这可以直接用于CAD或三维动画。 最后，彩色扫描仪还可以输出物体表面色彩纹理贴图。 三维信息获取原理有： 单目视觉法，立体视觉法，从轮廓恢复形状法，从运动恢复形状法，结构光法，编码光法等。 其中的结构光法，编码