武汉大学遥感学院虚拟现实

1、第1章 虚拟现实概念1、 虚拟现实定义：虚拟+现实（1） 如何获得体验？（2） 相关定义：幻境/灵境，人工现实，赛博空间，增强现实（3） 虚拟现实与仿真的不同（4） 虚拟现实与三维动画2、 虚拟现实的特征（四个）临境性/沉浸性，交互性，想象性/构想性，多感知性3、 虚拟现实的发展历程（1） Lanier虚拟现实天才（2） VPL的发展，VPL（3） 虚拟现实发展方向（4） 国内外研究虚拟现实的主要机构（5） 应用（复习PPT中）4、 虚拟现实主要技术内容，技术体系（1） 实时三维计算机图形技术（2） 广角的立体显示（3） 用户的跟踪（4） 立体声（5） 触觉与力觉反馈（6） 语音输入输出5、

2、虚拟现实系统（四个）桌面使，沉浸式，增强式，分布式第2章 虚拟现实系统输入输出设备1、 虚拟现实硬件的系统集成（1） 虚拟现实系统需要（2） 计算机系统的功能（3） 虚拟现实系统平台VIEW2、 典型输入输出装置（六个）（1） 三维跟踪传感设备1、 跟踪器2、 不良跟踪3、 衡量跟踪器性能的参数（五个）：精度、抖动、偏差、延迟、更新率4、 三维跟踪器类型（五个），各类跟踪器优缺点、定义、原理机械、电磁、超声波、光学、混合惯性跟踪器（2） 漫游和操纵借口：鼠标（3） 手势接口（4） 立体显示器1、 立体显示原理：立体图绘制，立体图像显示、绘制，立体视觉2、 装置：眼镜，头盔显示器，立体显示投影，

3、3D显示器3、 应用（5） 触觉和力觉反馈装置1、 分类：接触反馈，力反馈2、 触觉反馈借口<1>要求：真实性，安全性，轻便舒适性，折中性<2>分类：触觉鼠标、手套，温度反馈手套3、 人类触觉系统感知类型（四个）触觉感知，温度感知，本体感知，肌肉运动感知4、 力反馈借口<1>特点：机械带宽概念<2>操纵杆，臂，手套（特点）（6） 3D声音生成器3、 虚拟现实系统中人的因素（四个）（1） 虚拟现实系统组成：计算机，借口和用户（2） 眼镜，耳朵，身体感觉（深部感觉，内脏感觉，本体感觉，外感受感觉），平衡与运动眩晕第3章 虚拟现实建模技术1、 虚拟现实

4、建模概述：虚拟环境建模与传统CAD建模的不同？（1） 虚拟现实中三类虚拟环境真实世界环境的模仿，人类主观构造的环境，真实世界人类不可见环境的模仿（2） 虚拟环境（五个）（5） 虚拟物体，虚拟光（虚拟环境的照明方式：现实/虚拟世界），物理仿真，动画，碰撞检测（3） 处理流程（输入位置，输出视频、音频、触觉）（4） 虚拟物体的特性（五个）1、 静态和动态特性2、 物理约束3、 细节层次4、 表面属性5、 音频装置二、如何实施虚拟环境的建模？：对模型建模1、 虚拟世界中的模型：静态模型描述，动态模型建立2、 如何完整的描述出模型？模型信息：视觉外形，物体特性，实体信息，环境信息3、 虚拟现实的建模（

5、视觉建模）（1） 几何建模1、 实体对象的组织方法：层次建模方法，属主建模方法2、 实体的几何模型<1>对象形状：三维建模软件绘制三维模型，从商业数据库中购买现有的三维模型，用特殊的硬件或软件实现自动三维建模<2>对象外表：增加物体的多边形（before），实时纹理处理能力（after）（2） 运动建模（3） 物理建模1、 对象的物体特性（两个）2、 VR 的物理属性用微分方程来描述，构成动力学系统：由系统分析和系统仿真来研究。3、 经典力学的仿真不能满足VR的要求（四个）4、 基于物理的建模<1>刚体运动模拟碰撞检测（方法：两个），碰撞响应，物体穿透，防止

6、物体穿透的三个部分<2>塑性物体变形运动模拟变形模型模拟各种变形效果Terzopoulos的连续弹性理论，Baraff等的柔软物体动态的简化模型<3>流体运动模拟（4） 行为建模1、 自主智能体（Agent）：定义，作用2、 移动自主智能体3、 Agent与环境的交互作用4、 基于 Agent 建模的三个部分：感知部分，认知处理部分，行为输出部分5、 机器人足球比赛：Agent（足球机器人）任务分解、多级学习、动态角色分配 （5） 模型分割1、 复杂的模型：建筑仿真，虚拟外科仿真2、 建模复杂度解决方法：单元分割，细节水平分割（LOD）4、 基于图形学的真实感图形实时绘

7、制（1）计算机图形学：定义，结果，计算机图形学常用算法（2）虚拟环境三个组成部分：内容，几何，动态特性（3）真实感：维持真实感的条件（三个），计算机图形学中真实感含义（三个）1、几何真实感：定义，用处，三维几何图形构成（两个）2、光照真实感：计算复杂，光照计算（两种）3、行为真实感（4）真实感和实时之间的冲突，真实感三个部分构造难度（5）实时：虚拟现实系统：真实+ 实时，实时三维图形生成技术（6）VR系统中，三维图形主要通过人工对物体及环境进行三维建模（7）计算机图形学围绕着生成、表示和渲染具有真实感虚拟物体与场景的算法（8）几何造型：多面体造型，（优点）曲面造型（9）光照模型1、来自光源和周

8、围环境的光照射到景物表面时，出现情况2、Lambert漫反射模型3、Phong 模型：镜面反射4、镜面反射遵循光的反射定律（10）三维观察：三维图形显示等（11）纹理映射1、纹理给VR仿真带来的好处2、纹理生成3、纹理分类4、常用纹理映射方法，绘制流程五、基于图象的建模技术（1）VR特性，VR对计算机图形学的挑战，经典图形学问题（2）QuickTime VR 是不是 VR 系统？（3）IBMR 、计算机图形学、计算机视觉（4）图形、图象建模比较（5）基于图象的建模定义（6）IBMR 的优点（7）基于图象的造型与绘制（IBMR），基于图象的造型（ IBM ）（8）IBMR 技术两种方法：基于计算

9、机视觉，基于图像的渲染（ IBR ）（9）虚拟友谊广场（10）IBR技术全光函数，四维光图函数，光场技术，同心拼图技术（11）虚拟全景空间 基于图像渲染的虚拟现实系统1、全景图像：二维的全光函数2、N 维虚拟空间（VPS）3、局部图像4、全景图像定义、制作、特点、应用<1>全景，全景摄影<2>怎么生成三维全景？<3>全景图像的制作拍摄<3>云台，鱼眼镜头，取景与用光<4>360度全景图像是否是真正的虚拟现实？（12）虚拟现实的人机交互信息导航六、模型分割：层次细节模型（LOD）（1）VR沉浸1、衡量指标：动态特性，交互延迟2、图像生成

10、速度（2）LOD模型，技术，方法，应用（3）造型软件和 VR 开发系统都支持 LOD 模型表示虚拟现实，交互式可视化，网络图形应用（4） 虚拟场景 LOD 模型生成的方法（5） LOD 模型生成算法分类：三维多边形网格简化（6） 典型 LOD 模型生成算法LOD 中的 “ 跳出 ”( (“ Pop”) )（7）LOD 方法基本思想第4章 虚拟现实软件平台1、 虚拟现实的五个核心系统显示设备、交互设备、3D 内容、软件平台（3D 内容创建过程）、高性能的计算机系统2、 软件平台概述（1） 比较主流的国外虚拟现实引擎（2） 五大类虚拟现实软件1、 虚拟现实整合软件及平台：Virtools，Ques

11、t3D，2、 游戏开发引擎：Unity3D，Nibiru 虚拟现实游戏平台3、 语言类虚拟现实工具：虚拟现实建模语言VRML，三维图像标记语言X3D4、 视觉类虚拟现实工具：Flash 3D，3D 播播5、 触觉类虚拟现实工具：Haptics 技术3、 虚拟现实建模工具（1） Multigen Creator建模与Vega1、 主要内容<1>城市建模的实现数据的准备和处理模型的分解和组织 建模：树的建模<2>实例分析：虚拟校园建模<3>Vega场景漫游（2） 3DSMAX1、 建立场景的基本步骤2、 粒子系统4、 虚拟现实系统图形程序设计接口OpenGL（1

12、） 显示：软件，硬件，接口（2） OpenGL 优势，定义，发展历史，组成，特点，基本工作流程，基本操作（3） OpenGL 程序的基本结构（4） 在C 语言中调用OpenGL 的函数5、 虚拟现实建模语言：VRML（1） VRML基本概念1、 由来2、 特点（2） VRML的浏览与编辑1、 浏览条件2、 编辑方法3、 文件结构：文件头，文件注释，节点，事件和路由（3） 地理虚拟建模语言（GeoVRML）：特性第5章 Ø 虚拟现实相关技术发展趋势1、 虚拟地理环境（1） 地理环境：概念（2） 虚拟地理环境（比较）（3） 环境层次结构（4） 虚拟地理环境组成的层次特征（5） 虚拟社群（6） 虚拟地理环境特点（7） 发展演化：虚拟群落，虚拟村落，虚拟城市（8） 虚拟地理环境概念的发展：地理学，社会学，计算机技术、GIS（9） 虚拟GIS（10） 虚拟地理学语