虚拟现实技术的体系结构和关键技术

《虚拟现实技术的体系结构和关键技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、虚拟现实技术及应用VirtualReality郝泳涛博士haoyt@vip.sina.com同济大学CAD研究中心副教授2007年上海第二章虚拟现实技术的技术体系结构2.1虚拟现实技术的体系结构体系结构输入处理器渲染处理器用户模拟处理器虚拟世界数据库模拟处理器VR的核心程序处理:控制交互、对象动作和决定虚拟世界的状态。渲染处理感觉传输到用户视觉听觉触觉（触摸/力）实时图像生成SGI图形工作站虚拟世界数据库设计的主体部分隶属虚拟世界的对象信息描述动作的脚本用户信息灯光效果程序控制硬件设备支持OOD技术虚拟现实建模语言(VRML)VirtualRealityMode

2、lingLanguageVRML是在因特网上建立虚拟现实的开放标准AVRMLcylinder#VRMLV2.0utf8#ACylinderShape{appearanceAppearance{materialMaterial{}}geometryCylinder{height2.0radius1.5}}Cylinder.wrl2.2虚拟现实的多感知系统体系和技术J.J.Gibson总结的感知系统人类的感知系统行为系统人类的行为系统人与环境的关系虚拟现实系统http://www.reflex.lth.se/reflex/whatisVR/1992年Bryson主计

3、算机数据手套（传感器）（信号源）BOOM双筒全方位监视器多感知系统技术框图一个示例：virtualcockpithttp://www.ipo.tue.nl/homepages/mrauterb/presentations/HCI-history/sld068.htmVirtualRealitysystemstotrainaircraftpilotsandtankcommandershttp://www.gridclub.com/info/fact_gadget/best_ever_qa/science__technology/computers/1781.ht

4、ml1、视觉生成技术1.1视觉生成基本原理：光线跟踪的方法假设从视点V通过屏幕象素e向场景投射光线交场景中的景物于P1,P2,…,Pm,那么离视点最近的P1就是画面在象素点e处的可见点，象素e的光亮度应由P1点向P1V方向辐射的光亮度决定。如此求出视域内每一个象素的光亮度，则可生成一幅完整的真实感图象。e光线跟踪技术(raytracing)I=Ic+tsIs+ttIt其中：I：可见点P处的光亮度。Ic：局部光照亮度tsIs：环境镜面反射光亮度ttIt：规则透射光亮度每一点的光亮度求法视觉生成的基本内容在图形设备上生成逼真视景必须完成四个基本任务：用数学方法建立所

5、需要三维场景的几何描述将三维几何描述转换为二维视图这可通过对场景的透视变换来完成。确定场景中的所有可见面这需要使用隐藏面消除算法将视域之外的或被其他物体遮挡的不可见面消去。计算场景中可见面的光强与颜色严格地说，就是根据基于光学物理的光照模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩，并将它转换成合适图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一个象素的颜色，最终生成视景。1.2视景的几何建模与表示方法要实现虚拟现实，首先要尽可能详细地表示虚拟现实的场景几何信息。例如：表示虚拟环境中的山川河谷、鱼虫鸟兽，花草树木、五官躯体、车船路桥等。实现虚拟现实视景的表示方法有：多

6、边形(三角形)网格表示方法结构立体几何表示方法体数据表示方法(volume-basedmethod)多边形(三角形)表示方法这种方法又称为表面或边界表示方法，即物体的立体几何信息是通过它们的边界面或包围面来表示的。而物体的边界面或包围面（即物体的表面）可以用多边形表示。结构立体几何表示方法这种方法又称为体积表示方法。这种表示方法中，物体被表示为一个三维体积基元的集合及它们之们的布尔运算：并、交及差。Volume-basedmethods表示单元为体素(voxel)每个体素表示了所在位置的颜色、密度等相关信息。其他建模与表示技术(VR相关)细节层次(Levelso

7、fDetail:LOD)技术纹理映射(texturemap)技术CourtesyStanford3DScanningRepository69,451polys2,502polys251polys76polysLevelofDetail:TraditionalLODInANutshellFrom:DavidLuebke(UniversityofVirginia)http://www.cs.virginia.edu/~gfx/Courses/2004/RealTime/lecture06.LOD1.pptDistantobjectsusecoarserLODs:Le

8、velofDetail: