虚拟现实的相关技术

《虚拟现实的相关技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第三节虚拟现实的关键技术实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的三个主要方面。实物虚化是将现实世界的多维信息映射到计算机的数字空间生成相应的虚拟世界，为高性能的计算处理提供必要的信息数据。虚物实化通过各种计算和仿真技术使计算机生成的虚拟世界中的事物所产生的各种刺激以尽可能自然的方式反馈给用户。虚拟环境中的实体是虚拟的，并不真实存在。但是为了使虚拟环境有真实感，除了物体外观的逼真性外，更重要的是要求物体运动行为的真实性，这就要求虚拟物体的运动符合物理定律。通常的作法是，以一般物体的机械运动为例，若已知虚拟物体的

2、初始状态，外部作用和物体的物理特性，我们若能依据力学基本定律，给出一组动力学方程，就可能通过数值计算确定下一时间步的运动状态，逐步实现物体的真实运动。这首先就要求我们对虚拟环境中的虚拟物体赋予真实物体的物理特性，这通常称为虚拟物体物理特性表示(representingphysicalpropertiesofvirtualobjects)。正确表示了虚拟物体的物体特性后，便可以依据物体的物理特性和物理定律确定物体在虚拟环境中的行为，这称为虚拟物体物理特性处理(handingphysicalpropertiesofvirtu

3、alobjects)。因此，在虚物实化中，首先需要如实地表示出各虚拟物体的物理特性，然后正确地作各虚拟物体物理特性处理。为了实现很好的逼真性，VR的实现必须采用许多先进的基于特别技术的人机接口。因此，VR包括了众多的功能如：快速计算、数据分割、复杂数据建模、数据融合和配准、解析和理解、显示、激励器和传感器控制以及快速通讯等等。虚拟现实的主要技术基础有计算机图形学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能技术、多传感器技术、语音处理与音响技术、网络技术、并行处理技术和高性能计算机。这些技术主要分三大块：建模技术、三维场景

4、中的交互技术和系统集成技术。1建模技术实物虚化主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。基本模型的构建是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，它将真实世界的对象物体在相应的三维虚拟世界中重构，并根据系统需求保存部分物理属性。模型构建首先要建立对象物体的几何模型，确定其空间位置和几何元素的属性。例如，通过CAD/CAM或二维图纸构建产品或建筑的三维几何模型；通过GIS数据和卫星、遥感或航拍照片构造大型虚拟战场。为了

5、增强虚拟环境的真实感、物理特性和行为规则，建模要表现出对象物体的质量、动量、材料等物理特性，并在虚拟环境中遵循一定的运动和动力学规律。当几何模型和物理模型很难准确地刻画出真实世界中存在的某些特别对象或现象时，可根据具体的需要采用一些特别的模型构建方法。例如，可以对气象数据进行建模生成虚拟环境的气象情况（阴天、晴天、雨、雾）。1.1体元建模技术体元建模技术从线框模型到面元模型（曲面、实体以及混合建模）经历了一个迅速发展的过程。由于体元建模技术能够支持产品的快速成形、体元分析、动态仿真等应用，特别是体元模型技术允许人们能够沉

6、浸到仿真建模的环境中，而不是象通常的CAD系统里人只能从外部去观察建模结果，因此体元模型的应用基本上能够满足虚拟现实技术的“3I”要求。这样的建模软件很多，如常用的3DSMAX。这类技术中，值得一提的是NURBS在对模型的自由曲面描述过程中的应用。VRML文件对自由曲面描述的方式一直是基于多边形的，必须以描述曲面上各个点在场景中的位置，因此原文件中的数据量非常庞大。NURBS的意思是非均匀有理B样条（Non-UniformRationB-Splines），是一种在一个3D的模型空间中，用曲线和曲面表示轮廓和形状的方法（在

7、传统制图领域并不存在），曲线和曲面用数学方法进行构造，对复杂曲面修改很方便。NURBS的数学方法很复杂，这里也就不做介绍，有兴趣可以参考相关书籍。NURBS的造型方法为大多数3D造型软件所提供，并成为三维设计师的主要造型手段之一。NURBS作为一种专门为计算机三维建模而建立的曲面物体造型方法，已经成为曲面设计与造型的工业标准。1.2动态环境建模技术动态虚拟环境的建立是VR技术的核心。其主要目的是获取实际的三维数据，并依据应用的需要建立相应的虚拟环境模型。建模的内容还包括对象的物理属性、运动特性和行为特征。相关的如视觉建模

8、、行为建模、CAD技术等（1）虚拟物体物理特性表示。这是虚物实化的基础，表示的内容直接涉及到最终获得的虚物实化的逼真程度，表示方法的通用性与简单性直接关系到物理特性表示系统的实用性。目前还仍然没有一种完全令人满意的物理特性表示方法，这将是未来物理特性表示研究的一个重要课题。（2）虚拟物体物理特性处理。即根据物体的物理