第一章 虚拟现实技术知识.ppt

LOD方法的应用 虚拟现实 对真实感图形的实时生成；LOD方法得到广泛的应用； 对场景用多LOD模型描述 很多虚拟现实开发工具支持LOD特征 交互式可视化 对等值面使用多边形网格简化技术，生成不同的LOD模型 飞行模拟器、3D动画、交互式仿真等 ——碰撞检测技术 在虚拟环境中，由于用户的交互和物体的运动，物体间经常可能发生碰撞，此时为了保持环境的真实性，需要即时检测这些碰撞，并计算相应的碰撞反应，更新绘制结果，否则，物体间会出现穿透现象，破获虚拟环境的真实感和用户的沉浸感； 如在虚拟环境中，用手拿杯子：首先应检测到手与杯子之间有接触，然后进一步仿真拿杯子的情形。 碰撞检测： 检测到有碰撞； 计算出碰撞发生的位置； 检测物体间的距离 检测下一次碰撞将在何时发生 — 基于图象的建模和绘制 尽管经典的图形学发展已经能在很短的时间里产生具有相当复杂度的真实感图形，但其固有的矛盾却使它无法满足高级VR的要求，在一定程度上限制了VR技术的应用和推广； 20世纪90年代兴起新的研究浪潮——基于图象的建模与绘制技术IBMR（Imaged-Based Modeling and Rendering） IBMR与计算机图形学和计算机视觉的关系 ：方法 ：状态 图形学研究如何由几何模型绘制出图象的问题 计算机视觉研究如何从场景图象中重建场景几何的问题 IBMR试图从图象—几何—图象链中完全或尽可能多的消除几何部分，使绘制更接近真实自然 基于图象的建模：用预先获得的一组图象来表示场景的形状和外观；新图象的合成通过适当地组合原图象实现； IBMR的优点： 建模容易 绘制快 真实感强 交互性好 虚拟现实建模工具 制作虚拟作品一般有三种途径： 使用编程方法直接生成 使用商品化的软件 通过摄象机拍摄 目前主要使用的软件 三维模型建模软件： 3DSMax：三维制作软件 Maya：三维动画以及虚拟现实制作软件 Multigen Creator，实时三维模型创建软件 纹理处理软件Photoshop 实时场景管理/驱动软件Vega 数字工程 5 虚拟现实的应用 专项应用 5.1 数字工程 数字地球 数字城市 数字区域 数字流域 数字战场 数字地球 技术支撑 数字地球 数字城市 尺寸：5.8?10 km 地点：北纬34.16° 西经118.16° 方向：北 原始数据分辨率：30m 数据获取时间： 2000年2月16日 PASADENA （加州） SRTM+LANDSAT+航片 数字国土——中国地质调查局开始“数字国土”工程 数字长江——长江水利委员会长江科学院研究构建“数字长江” 数字黄河——黄河水利委员会“数字黄河”工程 数字海河——水利部海河水利委员会《数字海河流域总体规划》 数字清江——华中科技大学打造“数字清江” 数字区域与数字流域 视觉仿真：将战场环境中可见的（如地形、地物）和不可见的（如电磁场、潮汐流场）要素以立体的、三维的或二维的图形图像表达出来。也称战场可视化。 听觉仿真：通过对战场中各作战单元的声音（音效、音量和音位）的模拟来营造战场气氛，具有空间定位的声音可以大大增强临场效果。 触觉仿真：是指通过对人机交互设备的操作来实现人与环境的交流，这是使参训人员产生临场感的重要手段。 数字战场 跟踪系统 定位发射器 主机 CPU 图形 处理器 设计主体 控制、集成、设计 声像头盔 大屏幕影像 立体眼镜 数据手套 接收器 跟踪球 接收器 地图 数据库 GIS VR生成与控制软件 音频系统 知觉系统 ① VR生成系统 ② 软件系统 ③ 图像生成 显示系统 图像 数据库 ① ② ③ 单兵沉浸式 多人共享式 与3D图像的区别 ? ? 可交互 可进入 用户只能看到计算机生成的虚拟世界，看不到其所处的现实世界，从而获得沉浸感； 头盔上装有位置跟踪器，可实时测出头部的位置和朝向，并输入计算机； 计算机根据这些数据生成反映当前位置和朝向的场景图象并显示在头盔显示器的屏幕上； 头盔显示器的显示屏不透明，距离人眼很近，需用专用的光学系统（LEEP系统）使人眼能聚焦在如此近的距离又不易疲劳； 头盔式立体显示器（HMD） 3.洞穴式立体显示装置（CAVE） CAVE（Computer Automatic Virtual Environment） 让几个用户同时沉浸在同一个虚拟世界中进行协同工作； CAVE是一种由投影显示屏包围而成的一个象小房子（洞穴）那样的虚拟现实的立体显示装置； CAVE由四个投影面组成，由左、中、右三面墙体及地板构成投影面称为4面CAVE； CAVE系统中配有三维立体声系统； 3.2 位置跟踪设备 位置跟踪器用来检测有关对象的位置和朝向，并将位置和方位