虚拟现实期末论文-虚拟现实概论

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1、2015-2016学年第1学期期末考试论文考试科目：虚拟现实原理与技术学院：信息与通信工程学院专业：电子信息工程任课教师：黄海北京邮电大学时间：2016年1月12日《虚拟现实原理与技术》期末论文姓名：学号：2015-2016学年第1学期虚拟现实概论宋晓茜（北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876）摘要：虚拟现实作为一门新兴技术，从其产生之初就引起了各个行业的广泛关注。本文从虚拟现实技术的基本概念出发，简述了虚拟现实的关键技术，介绍了国内外虚拟现实研究的最近进展，如数字水印、三维模型检索、分布式虚拟现实，并在文章最后列出了现如今虚拟现实发展中几个亟待解决的问题。关键词：虚拟现实技术数字水印

2、三维模型检索分布式虚拟现实1.虚拟现实概述1.1虚拟现实的概念虚拟现实(VirtualReality，简称VR)，是一种计算机界面技术[1]。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。从应用上看，它是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术及仿真技术等多种科学技术综合发展起来的计算机领域的最新技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用。这种计算机领域最新技术的特点在于以模仿的方式为用户创造一种虚拟的

3、环境，通过视、听、触等感知行为使得用户产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，并与虚拟环境相互作用从而引起虚拟环境的实时变化。1.2虚拟现实的基本特征虚拟现实技术的基本特征可以简洁地表征为沉浸性、交互性和构想性[2]。u沉浸性（Immersion）沉浸性是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的虚拟环境应该达到使用难以分辨真假的程度例如可视场景应随着视点的变化而变化甚至超越真实如生成比现实更逼真的照明和音响效果等。u交互性（Interaction）10《虚拟现实原理与技术》期末论文姓名：学号：2015-2016学年第1学期交互性是指用户对虚拟环境内的物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。例

4、如用户可以用手直接取虚拟环境中的物体，这时手应该有触摸感，并可以感觉物体的重量，场景中被取的物体也立刻能够随着手的移动而移动。u构想性（Imagination）构想性是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答方式，形成新的概念。ImmersionImaginationInteractionI3图1.2.1虚拟现实的3I特性1.3虚拟现实的应用领域目前，虽然虚拟现实还不够成熟，但虚拟现实技术已经可以满足部分应用领域的要求。国内外已出现了一些较为成功的应用系统，如日本松下公司的“虚拟厨房设计系统”VIVA、美国NASA的“虚拟风洞系统”、美军的

5、SIMSET训练系统以及英国的Virtuality游戏系统等[3]。目前，它已扩展到科研、教育培训、工程设计、商业、军事、航天、医学、影视、艺术和娱乐等众多领域。随着软件、硬件价格的下降及技术的进步，虚拟现实的应用将会更加普遍。2.虚拟现实的关键技术2.1环境建模技术要建立虚拟现实环境，首先要对环境进行建模。目前主要的环境建模是三维视觉建模和三维听觉建模。其中三维视觉建模又可以分为几何建模，物理建模，行为10《虚拟现实原理与技术》期末论文姓名：学号：2015-2016学年第1学期建模等[4]。下面主要介绍三维视觉模型中的方法。1）几何建模。几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法，它处理

6、物体的几何形状的表示，研究图像数据结构的基本问题。几何建模通常分为两种，人工的几何建模方法和自动的几何建模方法。人工建模方法通常利用建模软件来进行建模；而自动建模方法最典型的是采用三维扫描仪对实际物体进行建模，它能快速将真实世界的物体的三维信息转换为计算机可以处理的数据。2）物理建模。物理建模是几何建模的进一步发展，在建模的时候要考虑对象的物理属性。典型的物理建模方法有分形技术和粒子系统。分形技术是指用来描述具有自相似特征的数据集，通过简单的操作就可以完成复杂的不规则物体的建模；粒子系统由大量称为粒子的简单体素构成，每个粒子具有位置，速度，颜色等属性，通过简单的像素完成复杂运动的建模。3）行为

7、建模。行为建模技术主要用于物体运动的处理及其行为的描述。行为建模方法有两种，基于数值插值的运动学方法和基于物理的动力学仿真方法。运动学动画技术可以做得很逼真和高效，但应用领域不广；而动力学仿真适合于物体间交互较多的虚拟环境。2.2真实感实时绘制技术建立好环境模型后，接下来要做的就是实时绘制。实时绘制技术可以分为两种，基于几何图形的实时绘制技术和基于图像的实时绘制技术[5]。前者采用曲线、曲面等数学