第三章虚拟现实系统的相关技术40课件

29十二月20221第三章虚拟现实系统的相关技术ppt4029十二月20221第三章虚拟现实系统的相关技术ppt43.1平面显示技术人类从客观世界取得的信息的80%以下去自视觉。在视觉显示技术中，完成平面显示技术成为虚拟理想的一种极重要的支撑技术。人的左右眼有大约6-8cm的距离，由于这种视差，使得人的大脑能将两眼失掉的纤细差异图像停止融合而发生有空间感的平面物体。平面图的发生基本进程是对同一场景区分发生两个相应于左右双眼的不同图像，让它们之间具有一定的视差。在观察时借助平面眼镜等设备，使左右双眼只能看到与之相应的图像，视野相交于三维空间中的一点上，从而恢复出三维深度信息。罕见有黑色眼镜法、偏振光眼镜法、串行平面显示法等。23.1平面显示技术人类从客观世界取得的信息的80%以下去自3.2环境建模技术虚拟环境建模的目的在于获取实践三维环境的三维数据，并依据其运用的需求，应用获取的三维数据树立相应的虚拟环境模型。只要设计出反映研讨对象的真实有效的模型，虚拟理想系统才有可信度。33.2环境建模技术虚拟环境建模的目的在于获取实践三维环境的3.2环境建模技术虚拟理想系统中的虚拟环境，能够有以下几种状况：〔1〕模拟真实世界中的环境〔系统仿真〕〔2〕人类客观结构的环境〔3〕模拟真实世界中的人类不可见的环境〔迷信可视化〕43.2环境建模技术虚拟理想系统中的虚拟环境，能够有以下几种3.2环境建模技术虚拟理想系统中的环境建模技术与其他图形建模技术相比，主要有以下三个特点：〔1〕虚拟环境中可以有很多的物体，往往需求建造少量完全不同类型的物体模型。〔2〕虚拟环境中有些物体有自己的行为，而普通其他图形建模系统中只结构静态的物体，或是物体复杂的运动。〔3〕虚拟环境中的物体必需有良好的操纵功用，当用户与物体停止交互时，物体必需以某种适当的方式来做出相应的反响。53.2环境建模技术虚拟理想系统中的环境建模技术与其他图形建3.2环境建模技术基于目前的技术水平，罕见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在以后运用中，环境建模普通主要是三维视觉建模。三维视觉建模可分为几何建模、物理建模、行为建模。63.2环境建模技术基于目前的技术水平，罕见的是三维视觉建模3.2.1几何建模技术传统意义上的虚拟场景基本上都是基于几何的，就是用数学意义上的曲线、曲面等数学模型预先定义好虚拟场景的几何轮廓，再采取纹理映射、光照等数学模型加以渲染。主要研讨对象是对物体几何信息的表示与处置。它触及几何信息数据结构及相关结构的表示与操纵数据结构的算法建模方法。73.2.1几何建模技术传统意义上的虚拟场景基本上都是基于几何3.2.1几何建模技术几何模型普通可分为面模型与体模型：面模型用面片来表现对象的外表，其基本几何元素多为三角形；建模与绘制技术相对成熟，处置方便，但难以停止全体方式的操作〔如拉伸、紧缩等〕，多用于刚体对象的几何建模。体模型用体历来描画对象的结构，其基本几何元素多为四面体。拥有对象的外部信息，可以很好地表达模型在外力作用下的体特征〔如变形、分裂等〕，但计算的时间与空间复杂度也相应添加，多用于软体对象的几何建模。83.2.1几何建模技术几何模型普通可分为面模型与体模型：83.2.1几何建模技术几何建模通常采用以下两种方法：〔1〕人工的几何建模方法应用虚拟理想工具软件来停止建模，如OpenGL、Java3D、VRML等。这类方法主要针对虚拟理想技术的特点而编写，编程容易，效率较高。直接从某些商品图形库中选购所需的几何图形，可以防止直接用多边形拼构某个对象外形时繁琐的进程，也可节省少量的时间。应用常用建模软件来停止建模。如AutoCAD、3DS等，用户可交互式地创立某个对象的几何图形，但并非一切要求的数据都以虚拟理想要求的方式提供，实践运用时必需要经过相关顺序或手工导入。自制的工具软件。93.2.1几何建模技术几何建模通常采用以下两种方法：93.2.1几何建模技术〔2〕自动的几何建模方法采用三维扫描仪对实践物体机型三维扫描。基于图片的建模技术。对建模对象实地拍摄两张以上的照片，依据透视学和摄影测量学原理，依据标志和定位对象上的关键控制点，树立三维网格模型。103.2.1几何建模技术〔2〕自动的几何建模方法103.2.2物理建模技术几何建模的下一步开展是物理建模，也就是在建模时思索对象的物理属性。虚拟理想系统的物理建模是基于物理方法的建模，往往采用微分方程来描画。典型的物理建模方法有分形技术和粒子系统。113.2.2物理建模技术几何建模的下一步开展是物理建模，也就是3.2.3行为建模技术行为建模主要研讨的是物体运动的处置和对其行为的描画。行为建模就是在创立模型的同时，不只赋予模型外形、质感等表现特征，同时也赋予模型物理属性和〝与生俱来〞的行为与反响才干，并且听从一定的客观规律。123.2.3行为建模技术行为建模主要研讨的是物体运动的处置和对3.2.3行为建模技术在虚拟环境行为建模中，建模方法主要有基于数值插值的运动学方法与基于物理的动力学仿真方法。〔1〕运动学方法：经过几何变换〔平移和旋转等〕来描画运动。〔2〕动力学仿真：运用物理定律而非几何变换来描画物体的行为，在该方法中，运动是经过物体的质量和惯性、力和力矩以及其他的物理作用计算出来的。133.2.3行为建模技术在虚拟环境行为建模中，建模方法主要有基3.3真实感实时绘制技术要完成虚拟理想系统中的虚拟世界，仅有平面显示技术是远远不够的，虚拟理想中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的发生不只需求真实的平面感，而且虚拟世界还必需实时生成，这就必需要采用真实感实时绘制技术。143.3真实感实时绘制技术要完成虚拟理想系统中的虚拟世界，仅3.3.1真实感绘制技术真实感绘制：在计算机中重现真实世界场景的进程。其主要义务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的外形、光学性质、外表纹理和粗糙水平，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。实时绘制：当用户视点发作变化时，他所看到的场景需求及时更新，这就要保证图形显示更新的速度必需跟上视点的改动速度。153.3.1真实感绘制技术真实感绘制：在计算机中重现真实世界3.3.1真实感绘制技术为了提高显示的逼真度，增强真实性，常采用以下方法：〔1〕纹理映射：纹理映射是将纹理图像贴在复杂物体的几何外表，以近似描画物体外表的纹理细节，增强真实性。实质上，它用二维的平面图像替代三维模型的局部。〔2〕环境映射：采用纹理图像来表示物体外表的镜面反射和规那么透视效果。〔3〕反走样：走样是由图像的像素性质形成的失真现象。反走样方法的实质是提高像素的密度。163.3.1真实感绘制技术为了提高显示的逼真度，增强真实性，3.3.2基于几何图形的实时绘制技术传统的虚拟场景基本上都是基于几何的，就是用数学意义上的曲线、曲面等数学模型预先定义好虚拟场景的几何轮廓，再采用纹理映射、光照等数学模型加以渲染。大少数虚拟理想系统的主要局部是结构一个虚拟环境，并从不同的方向停止遨游。要到达这个目的，首先是结构几何模型，其次模拟虚拟摄像机在六个自在度运动，并失掉相应的输入画面。173.3.2基于几何图形的实时绘制技术传统的虚拟场景基本上都3.3.2基于几何图形的实时绘制技术除了在硬件方面采用高功用的计算机，提高计算机的运转速度以提高图形显示才干外，还可以降低场景的复杂度，即降低图形系统需处置的多边形数目。有下面几种用来降低场景复杂度的方法：〔1〕预测计算：依据各种运动的方向、速率和减速度等运动规律，可在下一帧画面绘制之前用预测、外推法的方法推算出手的跟踪系统及其他设备的输入，从而增加由输入设备所带有的延迟。〔2〕脱机计算：在实践运用中有必要尽能够将一些可预先计算好的数据停止预先计算并存储在系统中，这样可加快需求运转时的速度。183.3.2基于几何图形的实时绘制技术除了在硬件方面采用高功3.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔3〕3D剪切：将一个复杂的场景划分红假定干个子场景，系统针对可视空间剪切。虚拟环境在可视空间以外的局部被剪掉，这样就能有效地增加在某一时辰所需求显示的多边形数目，以增加计算任务量，从而有效降低场景的复杂度。〔4〕可见消隐：系统仅显示用户以后能〝看见〞的场景，当用户仅能看到整个场景很小局部时，由于系统仅显示相应场景，可大大增加所需显示的多边形的数目。193.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔3〕3D剪切：将一个3.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔5〕细节层次模型(LevelofDetail,LOD)：首先对同一个场景或场景中的物体，使用具有不同细节的描画方法失掉的一组模型。在实时绘制时，对场景中不同的物体或物体的不同局部，采用不同的细节描画方法，关于虚拟环境中的一个物体，同时树立几个具有不同细节水平的几何模型。LOD模型是一种全新的模型表示方法，改动了传统图形绘制中的〝图像质量越精细越好〞的观念，而是依据用户视点的主方向、视野在景物外表的停留时间、景物离视点的远近和景物在画面上投影区域的大小等因历来决议景物应选择的细节层次，以到达实时显示图形的目的。经过对场景中每个图形对象的重要性停止剖析，使得最重要的图形对象停止较高质量的绘制，而不重要的图形对象采用较低质量的绘制，在保证明时图形显示的前提下，最大水平地提高视觉效果。203.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔5〕细节层次模型(L21213.3.3基于图像的实时绘制技术以后真实感图形实时绘制的其中一个热点效果就是基于图像的绘制(IBR,ImageBasedRendering)。IBR完全摒弃传统的先建模、后确定光源的绘制方法，它直接从一系列的图像中生成未知视角的图像。基于图像的绘制技术是基于一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视野方向的画面停止变换、插值与变形，从而快速失掉以后视点处的场景画面。223.3.3基于图像的实时绘制技术以后真实感图形实时绘制的其3.3.3基于图像的实时绘制技术与基于几何的传统绘制技术相比，基于图像的实时绘制技术的优势在于：〔1〕计算量适中，对计算机的资源要求不高。〔2〕作为的源图像既可以是计算机生成的，也可以是用相机从真实环境中捕捉，甚至是两者混合生成，因此可以反映愈加丰厚的明暗、颜色、纹理等信息。〔3〕图像绘制技术与所绘制的场景复杂性有关，交互显示的开支仅与所要生成画面的分辨率有关，因此能用于表现十分复杂的场景。233.3.3基于图像的实时绘制技术与基于几何的传统绘制技术相3.3.3基于图像的实时绘制技术目前基于图像的绘制的相关技术主要有以下两种：〔1〕全景技术：全景技术是指在一个场景中选择一个观察点，用相机或摄像机每旋转一下角度拍摄失掉一组照片，再采用各种工具软件拼接成一个全景图像，它所构成的数据较小，对计算机要求低，适用于桌面型虚拟理想系统中，建模速度快，但普通一个场景只要一个观察点，因此交互性较差。〔2〕图像的插值及视图变换技术：依据在不同观察点所拍摄的图像，交互地给出或自动失掉相邻两个图像之间对应点，采用插值或视图变换的方法求出对应于其他点的图像，生成新的视图，依据这个原理可完成多点遨游。243.3.3基于图像的实时绘制技术目前基于图像的绘制的相关技3.4三维虚拟声响的完成技术虚拟理想系统中的三维声响，使听者能觉失掉声响是来自围绕听者双耳的一个球形中的任何中央。因此把在虚拟场景中能运用户准确地判别出声源的准确位置、契合人们在真实境界中听觉方式的声响系统称为三维虚拟声响。253.4三维虚拟声响的完成技术虚拟理想系统中的三维声响，使听3.4.1三维虚拟声响的作用声响在虚拟理想系统中的作用，主要有以下几点：〔1〕声响是用户和虚拟环境的另一种交互方法，人们可以经过语音与虚拟世界停止双向交流。〔2〕数据驱动的声响能传递对象的属性信息。〔3〕增强空间信息，尤其是当空间超出了视域范围。263.4.1三维虚拟声响的作用声响在虚拟理想系统中的作用，主3.4.2三维虚拟声响的特征在三维虚拟声响系统最中心的技术是三维虚拟声响定位技术，它的特征主要有：〔1〕全向三维定位特征：在三维虚拟空间中把实践声响信号定位到特定虚拟公用源的才干。〔2〕三维实时跟踪特性：在三维虚拟空间中实时跟踪虚拟声源位置变化或现象变化的才干。〔3〕沉溺感与交互性：沉溺感是指参与三维虚拟声响后，能运用户发生身临其境的觉得，有助于增强临场效果。而三维声响的交互特性那么是指随用户的运动而发生的临场反响和实时照应的才干。273.4.2三维虚拟声响的特征在三维虚拟3.4.3语音识别技术与虚拟世界停止语音交互是完成虚拟理想系统中一个初级目的，语音技术在虚拟理想技术中的关键技术是语音识别技术和语音分解技术。语音识别技术(ASR,AutomaticSpeechRecognition)：将人说话的语音信号转换为可被计算机顺序所识别的文字信息，从而识别说话人的语音指令以及文字内容的技术。包括：参数提取、参考形式树立、形式识别等进程。283.4.3语音识别技术与虚拟世界停止语音交互是完成虚拟理想3.4.4语音分解技术语音分解技术〔TTS,TesttoSpeech〕：用人工的方法生成语音的技术，当计算机分解语音时，如何能做到听话人能了解其意图并感知其情感，普通对〝语音〞的要求是明晰、可听懂、自然、具有表现力。完成语音输入有两种方法：〔1〕录音/重放：首先要把模拟语音信号转换成数字序列，编码后暂存于存储设备中〔录音〕，需求时再经解码，重建声响信号〔重放〕。〔2〕文-语转换：把计算机内的文本转换成延续自然的语声流。应预先树立语音参数数据库、发音规那么库等。需求输入语音时，系统按需求先分解语音单元，再按语音学规那么或言语学规那么衔接成自然的语流。293.4.4语音分解技术语音分解技术〔TTS,Testt3.5自然交互与传感技术人机交互界面阅历以下几个开展阶段：〔1〕20实践40年代到70年代，人机交互采用的是命令行方式〔CLI〕。〔2〕到20世纪80年代初，出现了图形用户界面〔GUI〕，GUI的普遍流行将人机交互推向图形用户界面的新阶段。〔3〕到20世纪90年代初，多媒体界面成为盛行的交互方式，它在界面信息的表现方式上停止了改良，运用了多种媒体。同时，界面输入也末尾转为静态、二维图形/图像及其他多媒体信息的方式。303.5自然交互与传感技术人机交互界面阅历以下几个开展阶段：3.5自然交互与传感技术作为新一代的人机交互系统，虚拟理想技术与传统交互技术的区别：〔1〕自然交互〔2〕多通道〔3〕高〝带宽〞〔4〕非准确交互技术313.5自然交互与传感技术作为新一代的人机交互系统，虚拟理想3.5自然交互与传感技术在虚拟理想范围中较为常用的交互技术有手势识别、面部表情的识别以及眼动跟踪等。〔1〕手势识别手势识别系统的输入设备与主要分为基于数据手套的识别和基于视觉〔图像〕的手语识别系统两种。基于数据手套的手势识别系统，就是应用数据手套和位置跟踪器来捕捉手势在空间运动的轨迹和时序信息，对较为复杂的手的举措停止检测，包括手的位置、方向和手指弯曲度等，并可依据这些信息对手势停止剖析。基于视觉的手势识别是从视觉通道取得信号，通常采用摄像机采集手势信息，由摄像机延续拍下手部的运动图像后，先采用轮廓的方法识别出手上的每一个手指，进而再用边界特征识别的方法区分出一个较小的、集中的各种手势。手势识别技术主要有：模板婚配、人工神经网络和统计剖析技术。323.5自然交互与传感技术在虚拟理想范围中较为常用的交互技术3.5自然交互与传感技术〔2〕面部表情识别人可以经过脸部的表情表达自己的各种心情，传递必要的信息。人脸图像的联系、主要特征〔如眼睛、鼻子等〕定位以及识别是这个技术的主要难点。普通人脸检测效果可以描画为：给定一副运动图像或一段静态图像序列，从未知的图像背景中联系、提取并确认能够存在的人脸，假设检测到人脸，提取人脸特征。在某些可以控制拍摄条件的场所，将人脸限定在标尺内，此时人脸的检测与定位相对容易。在另一些状况下，人脸在图像中的位置预先是未知的，这时人脸的检测与定位将受以下要素的影响：人脸在图像中的位置、角度和不固定尺度以及光照的影响；发型、眼镜、胡须以及人脸的表情变化等；图像中的噪声等。333.5自然交互与传感技术〔2〕面部表情识别333.5自然交互与传感技术人脸检测的基本思想是树立人脸模型，比拟一切能够的待检测区域与人脸模型的婚配水平，从而失掉能够存在人脸的区域。依据对人脸知识的应用方法，可以将人脸检测方法分为两大类：基于特征的人脸检测方法和基于图像的人脸检测方法。①基于特征的人脸检测，直接应用人脸信息，比如人脸肤色、人脸的几何结构等。包括轮廓规那么；器官散布规那么；肤色、纹理规那么；对称性规那么；运动规那么。②基于图像的人脸检测方法，看作普通的形式识别效果。包括神经网络方法；特征脸方法；模板婚配方法。343.5自然交互与传感技术人脸检测的基3.5自然交互与传感技术〔3〕眼动跟踪人们能够经常在不转动头部的状况下，仅仅经过移动视野来观察一定范围内的环境或物体。为了模拟人眼的功用，在虚拟理想系统中引入眼动跟踪技术。眼动跟踪技术的基本任务原理是应用图像处置技术，运用能锁定眼睛的特殊摄像机。经过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线延续地记载视野变化，从而到达记载、剖析视野追踪进程的目的。353.5自然交互与传感技术〔3〕眼动跟踪353.5自然交互与传感技术〔4〕触觉〔力觉〕反应传感技术触觉〔力觉〕是运用先进的技术手腕将虚拟物体的空间运动转变成特殊设备的机械运动，在觉失掉物体的外表纹理的同时也运用户可以体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。触摸感知是指人与物体对象接触所失掉的全部觉得，包括触摸感、压感、震动感、刺痛感等；触摸反应普通指作用在人皮肤上的力，它反映了人触摸物体的觉得，侧重于人的微观觉得，如对物体的外表粗糙度、质地、纹理、外形等的觉得；力气反应是作用在人的肌肉、关节和筋腱上的力气，侧重于人的微观、全体感受，尤其是人的手指、手段和手臂对物体运动力的感受。363.5自然交互与传感技术〔4〕触觉〔力觉〕反应传感技术363.6实时碰撞检测技术在虚拟理想系统中通常包括有很多运动的环境对象与运动的活植物体，每一个虚拟物体的几何模型往往都是由不可胜数个基本几何元素组成，虚拟环境的几何复杂度使碰撞检测的计算复杂度大大提高，同时由于虚拟理想系统中有较高实时性的要求，要求碰撞检测必需在很短的时间〔如30-50ms〕完成，因此碰撞检测成了虚拟理想系统与其他实时仿真系统的瓶颈，碰撞检测是虚拟理想系统研讨的一个重要技术。碰撞效果普通分为碰撞检测与碰撞照应两个局部：碰撞检测的义务是检测到有碰撞的发作及发作碰撞的位置；碰撞照应是在碰撞发作后，依据碰撞点和其他参数促使发作碰撞的对象做出正确的举措，以契合真实世界中的静态效果。373.6实时碰撞检测技术在虚拟理想系统中通常包括有很多运动的3.6实时碰撞检测技术碰撞检测的要求为了保证虚拟世界的真实性，碰撞检测要有较高的实时性和准确性。所谓实时性，基于视觉显示的要求，碰撞检测的速度普通至少要到达24Hz，而基于触觉要求，速度至少要到到300Hz才干维持触觉交互系统的动摇性，只要到达1000Hz才干取得平滑的效果。准确性的要求取决于虚拟理想系统在实践运用中的要求。383.6实时碰撞检测技术碰撞检测的要求383.6实时碰撞检测技术碰撞检测的完成方法最复杂的碰撞检测方法是对两个几何模型中的一切几何元素停止两两相交测试。这种方法可以失掉正确的结果，但当模型的复杂度增大时，计算量过大，十分缓慢。对两物体间的准确碰撞检测的减速完成，现有的碰撞检测算法主要可划分为两大类：层次包围盒法和空间分解法。393.6实时碰撞检测技术碰撞检测的完成方法3929十二月202240第三章虚拟现实系统的相关技术ppt4029十二月20221第三章虚拟现实系统的相关技术ppt43.1平面显示技术人类从客观世界取得的信息的80%以下去自视觉。在视觉显示技术中，完成平面显示技术成为虚拟理想的一种极重要的支撑技术。人的左右眼有大约6-8cm的距离，由于这种视差，使得人的大脑能将两眼失掉的纤细差异图像停止融合而发生有空间感的平面物体。平面图的发生基本进程是对同一场景区分发生两个相应于左右双眼的不同图像，让它们之间具有一定的视差。在观察时借助平面眼镜等设备，使左右双眼只能看到与之相应的图像，视野相交于三维空间中的一点上，从而恢复出三维深度信息。罕见有黑色眼镜法、偏振光眼镜法、串行平面显示法等。413.1平面显示技术人类从客观世界取得的信息的80%以下去自3.2环境建模技术虚拟环境建模的目的在于获取实践三维环境的三维数据，并依据其运用的需求，应用获取的三维数据树立相应的虚拟环境模型。只要设计出反映研讨对象的真实有效的模型，虚拟理想系统才有可信度。423.2环境建模技术虚拟环境建模的目的在于获取实践三维环境的3.2环境建模技术虚拟理想系统中的虚拟环境，能够有以下几种状况：〔1〕模拟真实世界中的环境〔系统仿真〕〔2〕人类客观结构的环境〔3〕模拟真实世界中的人类不可见的环境〔迷信可视化〕433.2环境建模技术虚拟理想系统中的虚拟环境，能够有以下几种3.2环境建模技术虚拟理想系统中的环境建模技术与其他图形建模技术相比，主要有以下三个特点：〔1〕虚拟环境中可以有很多的物体，往往需求建造少量完全不同类型的物体模型。〔2〕虚拟环境中有些物体有自己的行为，而普通其他图形建模系统中只结构静态的物体，或是物体复杂的运动。〔3〕虚拟环境中的物体必需有良好的操纵功用，当用户与物体停止交互时，物体必需以某种适当的方式来做出相应的反响。443.2环境建模技术虚拟理想系统中的环境建模技术与其他图形建3.2环境建模技术基于目前的技术水平，罕见的是三维视觉建模和三维听觉建模。而在以后运用中，环境建模普通主要是三维视觉建模。三维视觉建模可分为几何建模、物理建模、行为建模。453.2环境建模技术基于目前的技术水平，罕见的是三维视觉建模3.2.1几何建模技术传统意义上的虚拟场景基本上都是基于几何的，就是用数学意义上的曲线、曲面等数学模型预先定义好虚拟场景的几何轮廓，再采取纹理映射、光照等数学模型加以渲染。主要研讨对象是对物体几何信息的表示与处置。它触及几何信息数据结构及相关结构的表示与操纵数据结构的算法建模方法。463.2.1几何建模技术传统意义上的虚拟场景基本上都是基于几何3.2.1几何建模技术几何模型普通可分为面模型与体模型：面模型用面片来表现对象的外表，其基本几何元素多为三角形；建模与绘制技术相对成熟，处置方便，但难以停止全体方式的操作〔如拉伸、紧缩等〕，多用于刚体对象的几何建模。体模型用体历来描画对象的结构，其基本几何元素多为四面体。拥有对象的外部信息，可以很好地表达模型在外力作用下的体特征〔如变形、分裂等〕，但计算的时间与空间复杂度也相应添加，多用于软体对象的几何建模。473.2.1几何建模技术几何模型普通可分为面模型与体模型：83.2.1几何建模技术几何建模通常采用以下两种方法：〔1〕人工的几何建模方法应用虚拟理想工具软件来停止建模，如OpenGL、Java3D、VRML等。这类方法主要针对虚拟理想技术的特点而编写，编程容易，效率较高。直接从某些商品图形库中选购所需的几何图形，可以防止直接用多边形拼构某个对象外形时繁琐的进程，也可节省少量的时间。应用常用建模软件来停止建模。如AutoCAD、3DS等，用户可交互式地创立某个对象的几何图形，但并非一切要求的数据都以虚拟理想要求的方式提供，实践运用时必需要经过相关顺序或手工导入。自制的工具软件。483.2.1几何建模技术几何建模通常采用以下两种方法：93.2.1几何建模技术〔2〕自动的几何建模方法采用三维扫描仪对实践物体机型三维扫描。基于图片的建模技术。对建模对象实地拍摄两张以上的照片，依据透视学和摄影测量学原理，依据标志和定位对象上的关键控制点，树立三维网格模型。493.2.1几何建模技术〔2〕自动的几何建模方法103.2.2物理建模技术几何建模的下一步开展是物理建模，也就是在建模时思索对象的物理属性。虚拟理想系统的物理建模是基于物理方法的建模，往往采用微分方程来描画。典型的物理建模方法有分形技术和粒子系统。503.2.2物理建模技术几何建模的下一步开展是物理建模，也就是3.2.3行为建模技术行为建模主要研讨的是物体运动的处置和对其行为的描画。行为建模就是在创立模型的同时，不只赋予模型外形、质感等表现特征，同时也赋予模型物理属性和〝与生俱来〞的行为与反响才干，并且听从一定的客观规律。513.2.3行为建模技术行为建模主要研讨的是物体运动的处置和对3.2.3行为建模技术在虚拟环境行为建模中，建模方法主要有基于数值插值的运动学方法与基于物理的动力学仿真方法。〔1〕运动学方法：经过几何变换〔平移和旋转等〕来描画运动。〔2〕动力学仿真：运用物理定律而非几何变换来描画物体的行为，在该方法中，运动是经过物体的质量和惯性、力和力矩以及其他的物理作用计算出来的。523.2.3行为建模技术在虚拟环境行为建模中，建模方法主要有基3.3真实感实时绘制技术要完成虚拟理想系统中的虚拟世界，仅有平面显示技术是远远不够的，虚拟理想中还有真实感与实时性的要求，也就是说虚拟世界的发生不只需求真实的平面感，而且虚拟世界还必需实时生成，这就必需要采用真实感实时绘制技术。533.3真实感实时绘制技术要完成虚拟理想系统中的虚拟世界，仅3.3.1真实感绘制技术真实感绘制：在计算机中重现真实世界场景的进程。其主要义务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的外形、光学性质、外表纹理和粗糙水平，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。实时绘制：当用户视点发作变化时，他所看到的场景需求及时更新，这就要保证图形显示更新的速度必需跟上视点的改动速度。543.3.1真实感绘制技术真实感绘制：在计算机中重现真实世界3.3.1真实感绘制技术为了提高显示的逼真度，增强真实性，常采用以下方法：〔1〕纹理映射：纹理映射是将纹理图像贴在复杂物体的几何外表，以近似描画物体外表的纹理细节，增强真实性。实质上，它用二维的平面图像替代三维模型的局部。〔2〕环境映射：采用纹理图像来表示物体外表的镜面反射和规那么透视效果。〔3〕反走样：走样是由图像的像素性质形成的失真现象。反走样方法的实质是提高像素的密度。553.3.1真实感绘制技术为了提高显示的逼真度，增强真实性，3.3.2基于几何图形的实时绘制技术传统的虚拟场景基本上都是基于几何的，就是用数学意义上的曲线、曲面等数学模型预先定义好虚拟场景的几何轮廓，再采用纹理映射、光照等数学模型加以渲染。大少数虚拟理想系统的主要局部是结构一个虚拟环境，并从不同的方向停止遨游。要到达这个目的，首先是结构几何模型，其次模拟虚拟摄像机在六个自在度运动，并失掉相应的输入画面。563.3.2基于几何图形的实时绘制技术传统的虚拟场景基本上都3.3.2基于几何图形的实时绘制技术除了在硬件方面采用高功用的计算机，提高计算机的运转速度以提高图形显示才干外，还可以降低场景的复杂度，即降低图形系统需处置的多边形数目。有下面几种用来降低场景复杂度的方法：〔1〕预测计算：依据各种运动的方向、速率和减速度等运动规律，可在下一帧画面绘制之前用预测、外推法的方法推算出手的跟踪系统及其他设备的输入，从而增加由输入设备所带有的延迟。〔2〕脱机计算：在实践运用中有必要尽能够将一些可预先计算好的数据停止预先计算并存储在系统中，这样可加快需求运转时的速度。573.3.2基于几何图形的实时绘制技术除了在硬件方面采用高功3.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔3〕3D剪切：将一个复杂的场景划分红假定干个子场景，系统针对可视空间剪切。虚拟环境在可视空间以外的局部被剪掉，这样就能有效地增加在某一时辰所需求显示的多边形数目，以增加计算任务量，从而有效降低场景的复杂度。〔4〕可见消隐：系统仅显示用户以后能〝看见〞的场景，当用户仅能看到整个场景很小局部时，由于系统仅显示相应场景，可大大增加所需显示的多边形的数目。583.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔3〕3D剪切：将一个3.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔5〕细节层次模型(LevelofDetail,LOD)：首先对同一个场景或场景中的物体，使用具有不同细节的描画方法失掉的一组模型。在实时绘制时，对场景中不同的物体或物体的不同局部，采用不同的细节描画方法，关于虚拟环境中的一个物体，同时树立几个具有不同细节水平的几何模型。LOD模型是一种全新的模型表示方法，改动了传统图形绘制中的〝图像质量越精细越好〞的观念，而是依据用户视点的主方向、视野在景物外表的停留时间、景物离视点的远近和景物在画面上投影区域的大小等因历来决议景物应选择的细节层次，以到达实时显示图形的目的。经过对场景中每个图形对象的重要性停止剖析，使得最重要的图形对象停止较高质量的绘制，而不重要的图形对象采用较低质量的绘制，在保证明时图形显示的前提下，最大水平地提高视觉效果。593.3.2基于几何图形的实时绘制技术〔5〕细节层次模型(L60213.3.3基于图像的实时绘制技术以后真实感图形实时绘制的其中一个热点效果就是基于图像的绘制(IBR,ImageBasedRendering)。IBR完全摒弃传统的先建模、后确定光源的绘制方法，它直接从一系列的图像中生成未知视角的图像。基于图像的绘制技术是基于一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视野方向的画面停止变换、插值与变形，从而快速失掉以后视点处的场景画面。613.3.3基于图像的实时绘制技术以后真实感图形实时绘制的其3.3.3基于图像的实时绘制技术与基于几何的传统绘制技术相比，基于图像的实时绘制技术的优势在于：〔1〕计算量适中，对计算机的资源要求不高。〔2〕作为的源图像既可以是计算机生成的，也可以是用相机从真实环境中捕捉，甚至是两者混合生成，因此可以反映愈加丰厚的明暗、颜色、纹理等信息。〔3〕图像绘制技术与所绘制的场景复杂性有关，交互显示的开支仅与所要生成画面的分辨率有关，因此能用于表现十分复杂的场景。623.3.3基于图像的实时绘制技术与基于几何的传统绘制技术相3.3.3基于图像的实时绘制技术目前基于图像的绘制的相关技术主要有以下两种：〔1〕全景技术：全景技术是指在一个场景中选择一个观察点，用相机或摄像机每旋转一下角度拍摄失掉一组照片，再采用各种工具软件拼接成一个全景图像，它所构成的数据较小，对计算机要求低，适用于桌面型虚拟理想系统中，建模速度快，但普通一个场景只要一个观察点，因此交互性较差。〔2〕图像的插值及视图变换技术：依据在不同观察点所拍摄的图像，交互地给出或自动失掉相邻两个图像之间对应点，采用插值或视图变换的方法求出对应于其他点的图像，生成新的视图，依据这个原理可完成多点遨游。633.3.3基于图像的实时绘制技术目前基于图像的绘制的相关技3.4三维虚拟声响的完成技术虚拟理想系统中的三维声响，使听者能觉失掉声响是来自围绕听者双耳的一个球形中的任何中央。因此把在虚拟场景中能运用户准确地判别出声源的准确位置、契合人们在真实境界中听觉方式的声响系统称为三维虚拟声响。643.4三维虚拟声响的完成技术虚拟理想系统中的三维声响，使听3.4.1三维虚拟声响的作用声响在虚拟理想系统中的作用，主要有以下几点：〔1〕声响是用户和虚拟环境的另一种交互方法，人们可以经过语音与虚拟世界停止双向交流。〔2〕数据驱动的声响能传递对象的属性信息。〔3〕增强空间信息，尤其是当空间超出了视域范围。653.4.1三维虚拟声响的作用声响在虚拟理想系统中的作用，主3.4.2三维虚拟声响的特征在三维虚拟声响系统最中心的技术是三维虚拟声响定位技术，它的特征主要有：〔1〕全向三维定位特征：在三维虚拟空间中把实践声响信号定位到特定虚拟公用源的才干。〔2〕三维实时跟踪特性：在三维虚拟空间中实时跟踪虚拟声源位置变化或现象变化的才干。〔3〕沉溺感与交互性：沉溺感是指参与三维虚拟声响后，能运用户发生身临其境的觉得，有助于增强临场效果。而三维声响的交互特性那么是指随用户的运动而发生的临场反响和实时照应的才干。663.4.2三维虚拟声响的特征在三维虚拟3.4.3语音识别技术与虚拟世界停止语音交互是完成虚拟理想系统中一个初级目的，语音技术在虚拟理想技术中的关键技术是语音识别技术和语音分解技术。语音识别技术(ASR,AutomaticSpeechRecognition)：将人说话的语音信号转换为可被计算机顺序所识别的文字信息，从而识别说话人的语音指令以及文字内容的技术。包括：参数提取、参考形式树立、形式识别等进程。673.4.3语音识别技术与虚拟世界停止语音交互是完成虚拟理想3.4.4语音分解技术语音分解技术〔TTS,TesttoSpeech〕：用人工的方法生成语音的技术，当计算机分解语音时，如何能做到听话人能了解其意图并感知其情感，普通对〝语音〞的要求是明晰、可听懂、自然、具有表现力。完成语音输入有两种方法：〔1〕录音/重放：首先要把模拟语音信号转换成数字序列，编码后暂存于存储设备中〔录音〕，需求时再经解码，重建声响信号〔重放〕。〔2〕文-语转换：把计算机内的文本转换成延续自然的语声流。应预先树立语音参数数据库、发音规那么库等。需求输入语音时，系统按需求先分解语音单元，再按语音学规那么或言语学规那么衔接成自然的语流。683.4.4语音分解技术语音分解技术〔TTS,Testt3.5自然交互与传感技术人机交互界面阅历以下几个开展阶段：〔1〕20实践40年代到70年代，人机交互采用的是命令行方式〔CLI〕。〔2〕到20世纪80年代初，出现了图形用户界面〔GUI〕，GUI的普遍流行将人机交互推向图形用户界面的新阶段。〔3〕到20世纪90年代初，多媒体界面成为盛行的交互方式，它在界面信息的表现方式上停止了改良，运用了多种媒体。同时，界面输入也末尾转为静态、二维图形/图像及其他多媒体信息的方式。693.5自然交互与传感技术人机交互界面阅历以下几个开展阶段：3.5自然交互与传感技术作为新一代的人机交互系统，虚拟理想技术与传统交互技术的区别：〔1〕自然交互〔2〕多通道〔3〕高〝带宽〞〔4〕非准确交互技术703.5自然交互与传感技术作为新一代的人机交互系统，虚拟理想3.5自然交互与传感技术在虚拟理想范围中较为常用的交互技术有手势识别、面部表情的识别以及眼动跟踪等。〔1〕手势识别手势识别系统的输入设备与主要分为基于数据手套的识别和基于视觉〔图像〕的手语识别系统两种。基于数据手套的手势识别系统，就是应用数据手套和位置跟踪器来捕捉手势在空间运动的轨迹和时序信息，对较为复杂的手的举措停止检测，包括手的位置、方向和手指弯曲度等，并可依据这些信息对手势停止剖析。基于视觉的手势识别是从视觉通道取得信号，通常采用摄像机采集手势信息，由摄像机延续拍下手部的运动图像后，先采用轮廓的方法识别出手上的每一个手指，进而再用边界特征识别的方法区分出一个较小的、集中的各种手势。手势识别技术主要有：模板婚配、人工神经网络和统计剖析技术。713.5自然交互与传感技术在虚拟理想范围中较为常用的交互技术3.5自然交互与传感技术〔2〕面部表情识别人可以经过脸部的表情表达自己的各种心情，传递必要的信息。人脸图像的联系、主要特征〔如眼睛、鼻子等〕定位以及识别是这个技术的主要难点。普通人脸检测效果可以描画为：给定一副运动图像或一段静态图像序列，从未知的图像背景中联系、提取并确认能够存在的人脸，假设检测到人脸，提取人脸特征。在某些可以控制拍摄条件的场所，将人脸限定在标尺内，此时人脸的检测与定位相对容易。在另一些状况下