计算机重点虚拟现实

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1、文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.计算机重点虚拟现实第一章1.虚拟现实VR2.虚拟环境系统包括：操作者，人机接口和计算机。3.虚拟现实意义下的人机接口有三种区别以往的地方：（ 1）人机接口的内容。计算机提供“环境” ，不是数据和信息。这改变了人机接口的内容。（ 2）人机接口的形式。操作者由视觉、力觉感知环境，由自然的动作操作环境，而不是由屏幕、键盘、鼠标和计算机交互，这改变了人机接口的形式。（ 3）人机接口的效果。逼真的感知和自然力的动作，使人产生临身其境的感觉，这改变了人机接口的效果。4.虚拟现实的定义：狭义，由计算机生成的，能让人有临身其境感觉的虚拟图形界

2、面。广义，模拟了真实世界的某些特征的，没有三维图形的世界。5.虚拟现实系统具有三个重要特征：沉浸感、交互性、想象力。可以用3 个“ i”来描述。沉浸感和交互性是决定一个系统是否属于虚拟现实系统的关键。6.沉浸感，使用者通过头盔显示器、数据手套或数据衣等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。7.交互性，使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，对虚拟环境中的任何对象进行观察或操作。8.想象力，由于虚拟现实系统中装有视、听、触、动觉的传感及反应装置，因此，使用者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。9.虚拟现实系统的组成：观察者、传

3、感器、效果产生器及实景仿真器。10.VR 的关键技术：实物虚化、虚无实化和高性能计算处理技术。11.VR 主要基于以下几个技术实现：基本模型构建技术、空间跟踪技术、声音跟踪技术、视觉跟踪和视点感应技术、高性能计算处理技术。12.VR 系统的分类：沉浸型虚拟现实技术、增强现实性虚拟现实技术、桌面（表面）型虚拟现实技术、分布式虚拟现实技术。13.沉浸型 VR 系统的优点是用户可完全沉浸到虚拟世界中去，缺点是系统设备价格昂贵，难以普及和推广。14.沉浸型 VR 系统的特点：（ 1）具有高的度实时性（ 2）高度沉浸感（ 3）具有强大的软件支持（ 4）并行处理能力（ 5）良好的系统整合性15.沉浸型 V

4、R 系统的类型（ 1）头盔式虚拟现实系统（ HMD)（ 2）洞穴式虚拟现实系统（ CAVE ）（ 3）座舱式虚拟现实系统（ COCKPIT ）（ 4）投影式虚拟现实系统（ PROJECTION ）（ 5）远程存在系统（ REMOTE ）16.增强现实性虚拟现实系统的主要特点是不需要把用户和真实世界隔离，而是将真实世界和虚拟世界融为一体，用户可以同时与两个世界进行交互。17.桌面型虚拟现实系统的特点是结构简单、价格廉价，易于普及和推广；缺点是缺乏真实的现实体验。1文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.18.分布式虚拟现实系统具有的特征:(1) 共享的虚拟工作空间(2

5、) 伪实体的行为真实感(3) 支持实时交互，共享时钟(4) 多用户相互通信(5) 资源共享并允许网络上的用户自然的方式对环境中的对象进行操作和观察19.虚拟现实技术的主要研究对象：1） .虚拟环境表示的准确性为使虚拟环境与客观世界相一致，需要对其中种类繁多、 构形复杂的信息做出准确、 完备的描述。2） .虚拟环境感知信息合成的真实性抽象的信息模型并不能直接为人类所直接感知，这就需要研究虚拟环境的视觉、听觉、力觉和触觉等感知信息的合成方法，重点解决合成信息的高保真性和实时性问题，以提高沉浸感。3.）人与虚拟环境交互的自然性合成的感知信息实时地通过界面传递给用户， 用户根据感知到的信息对虚拟环境中

6、事件和态势做出分析和判断，并以自然方式实现与虚拟环境的交互。4.）实时显示问题理论上讲能够建立起高度逼真的，实时漫游的VR ，但至少现在还达不到这样的水平。5） .图形生成问题图形生成是虚拟现实的重要瓶颈，虚拟现实最重要的特性是人可以在随意变化的交互控制下感受到场景的动态特性，换句话说，虚拟现实系统要求随着人的活动(位置、方向的变化)即时生成相应的图形画面。6.）人工智能技术(Artificial Intelligence，简称 AI)在 VR 中，计算机是从人的各种动作，语言等变化中获得信息，要正确理解这些信息，需要借助于 AI 技术来解决，如语音识别、图像识别、自然语言理解等。20.虚拟现

7、实技术的主要运用领域：医学领域、娱乐和艺术领域、军事和航天工业领域、管理工程领域、 室内设计领域、 房产开发领域、 工业坊镇领域、 文物古迹领域、 娱乐游戏领域、道路桥梁领域、地理领域、教育领域。21.智能化语音虚拟现实建模：对模型的属性、方法和一般特点的描述可以通过语音识别技术转化成建模所需的数据， 然后利用计算机的图形处理技术和人工智能技术进行设计、导航以及评价， 将模型用对象表示出来， 并且将各种基本模型静态或动态地连接起来，最终形成系统模型。第二章1.物体在三维空间运动时有6 个自由度（ DOF)三个平移自由度，用于描述三维对象的X 、Y、Z 坐标值，三个旋转自由度，俯仰角（Pitch

8、）、横滚角（ Roll ）及航向角（ Yaw ）2.常见的位置跟踪器：机械跟踪器、电磁波跟踪器、超声波跟踪器、光学式跟踪器、惯性位置跟踪器、图像提取跟踪器。3.机械跟踪器原理：通过机械连杆装置上的参考点与被测物体相接触的方法来检测其未知的变化。4.机械跟踪系统，精确、响应时间短，不受声、光、电磁波等外界的干扰。缺点，比较笨重、不灵活而且有一定的惯性；由于机械连接的限制，对用户有一定的机械束缚。5.电磁波跟踪器原理:利用磁场的强度进行位置和方向的跟踪。优点：敏感性不依赖于跟踪方2文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.位。基本不受实现阻挡的限制，体积小、廉价，因此对于

9、手部的跟踪大都采用此类跟踪器。缺点： 延迟较长，跟踪范围小， 而且易受环境中大的金属物体或其他磁场的影响， 从而导致信号发生畸变，跟踪精度降低。6.光学式跟踪器工作原理：采用摄像装置或光敏器接收具有一定几何分布的光源所发出的光，通过接收的图像及光源和传感器的空间位置来计算运动物体的6 个自由度信息。7.光学追踪在近距离内非常精确且不受磁场和声场的干扰。8.超声波跟踪器原理：发射器发出高频超声波脉冲(频率 20KHz 以上 )，由接收器计算收到信号的时间差、相位差或声压差等，即可确定跟踪对象的距离和方位。9.超声波跟踪器优点：不受环境磁场及铁磁物体的影响，同时不产生电磁辐射、价格便宜。缺点： 跟

10、踪范围有限、 受环境声场干扰、 与空气湿度有关并且要求发射器与接收器之间不能有物体遮挡。10.惯性位置跟踪器原理：利用小型陀螺仪测量对象在其倾角、偏角和转角方面的数据。优点：不存在发射源、 不怕遮挡、 没有外界干扰， 有无限大的工作空间。缺点：快速积累误差。它体积大，价格昂贵。11.头盔显示器（ HMD ）是常见的立体显示设备，利用头盔显示器将人对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。12.头盔显示器通常由两个LCD 或 CRT 显示器分别显示左右眼的图像。13.沉浸式立体投影系统分为单通道立体投影系统、多通道环幕立体投影显示系统、CAVE投影系统、球面投影系统。14.单

11、通道立体投影显示系统是一套基于高端PC 虚拟现实工作站平台的入门级虚拟现实三维投影显示系统。15.多通道环幕立体投影显示系统，PowerWall柱面沉浸式虚拟现实显示系统是一种沉浸式虚拟仿真显示环境，系统采用环形的投影屏幕作为仿真应用的投射载体。16.CAVE 沉浸式虚拟现实显示系统是一种基于多通道视景同步技术、三维空间整形校正算法、立体显示技术的房间式可视协同环境。该系统可提供一个同房间大小的四面（或六面）立方体投影显示空间，供多人参与。17.球面投影显示系统最大的特点是视野非常广阔，覆盖了观察者的所有视野，从而令使用者完全置身于飞行场景中，给人身临其境的沉浸感。第三章1.立体显示原理：由于

12、人两眼有4 - 6cm 的距离，所以实际上看物体时两只眼睛中的图像是有差别的，如图所示。两幅不同的图像输送到大脑后，看到的是有景深的图像。这就是计算机和投影系统的立体成像原理。（理解内容）2.立体显示技术主要有分色技术、分光技术、 分时技术， 以及光栅技术。 其中前三种， 分色、分光、 分时技术的流程很相似， 都是需要经过两次过滤， 第一次是在显示器端，第二次是在眼睛端。3.分色技术的基本原理是让某些颜色的光只进入左眼，另一部分只进入右眼。4.分时技术是将两套画面在不同的时间播放，显示器在第一次刷新时播放左眼画面，同时用专用的眼镜遮住观看者的右眼，下一次刷新时播放右眼画面，并遮住观看者的左眼。

13、5.三维视觉建模可分为几何建模、物理建模、行为建模。6.几何建模通常可分为层次建模法和属主建模法：（ 1) 层次建模法（ 2) 属主建模法3文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.7.几何建模可通过以下两种方式实现：（ 1) 人工的几何建模方法（ 2) 自动的几何建模方法8.分形技术和粒子系统是典型的物理建模方法。分形技术，在虚拟现实系统中一般仅用于静态远景的建模。在虚拟现实系统中，粒子系统常用于描述火焰、水流、雨雪、旋风、喷泉等现象及动态运动的物体建模。9. 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。运动学方法：通过几

14、何变换（平移和旋转等）来描述运动。动力学仿真：运用物理定律而非几何变换来描述物体的行为。10.为了提高显示的逼真度，加强真实性，常采用下列方法：（ 1）纹理映射：将纹理图像贴在简单物体的几何面上，以近似描述物体表面的纹理细节。坚强真实感（ 2）环境映射：采用纹理图像来描述物体表面的镜面反射和规则透视效果（ 3）反走样走样是由图像的向素星制造成的失真现象，反走样方法的实质是提高像素的密度11.有下面几种用来降低场景复杂度的方法：（ 1）预测计算 （ 2）脱机计算 （ 3） 3D 剪切（ 4）可见消隐 （5）细节层次模型12. 基于图像的实时绘制技术中软件技术包括全景函数的方法，基于图像拼合的方法

15、，视图插值技术，基于图像变形的方法，基于立体视觉的试图合成方法13. 语音识别技术包括参数技术，参考模式技术，模式识别14. 手势识别： 基于数据手套的手势识别系统， ，就是利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空信息。 手势识别技术主要有模板匹配， 人工神经网络， 统计分析奇数15. 一般人检测问题可以描述为，从未知的图像背景中分割，提取并确认可能存在的人脸，如果监测到人脸， 提取人脸特征。 根据人脸技术的利用方法可以将人脸检测方法分为两大类：基于特定的人脸检测方法和基于图像的人脸检测方法 （可被看作一般的模式识别问题包括神经网络问题，特征脸方法，模板匹配方法16. 碰撞检测

16、算法主要划分为层次包围盒法，空间分解法第五章1.三维全景，全景这词基于希腊语意为“都能看见”三维全景技术是使用全景图像表现虚拟环境的虚拟显示技术也叫虚拟现实全景2.三维全景技术与虚拟现实技术相比其优势表现在：感应强复制复杂度低可传播性强3.全景技术的应用，国内能比较著名的街景服务有谷歌的street view 微软的 street side 城市吧 我秀中国soso 街景4 全景照片通常是通过在同一个场景拍多张照片并用全景图拼接软件将它们拼接在一起制作二成的。5 广义上的全景图是视角范围超过人的正常视角的图片， 再通过全景播放器的矫正处理生成的三维全景。6 三维全景技术依据场景生成过程可以划分

17、为：基于矢量建模的三维全景技术和基于实景图像绘制的三维全景技术。7 基于矢量建模的实时建模可以通过反馈实时修正场景环境，数据量小，适合网络应用。8 制作三维漫游全景通常需要的硬件有单反相机、鱼眼、云台、三脚架。软件选用造景师或漫游大师。9 全景图生成技术， 以 IBR 方法为例， 全景图的生成步骤如下： 先利用数码相机 +鱼眼镜头4文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.采集场景序列图片， 然后把多幅全景图投影到合适的空间模型， 再把拼接处理过的全景图组合成虚拟的全景空间。10 全景图像采集， 全景图像的拍摄要求 360无死角的视角角度， 在图像的采集过程中要求有以

18、下几点：（理解内容）（ 1）拍摄角度要恰当，相机应大致位于一个场景的中心位置。（ 2）拍摄水平角度图像时，要尽可能的避免平转数码相机时镜头的偏斜和俯仰，尽量保持相机水平旋转。（ 3）相机要尽可能的绕光心旋转。偏离光心引入的误差会导致插值图像时的重影和定位困难。（ 4）拍摄时光圈和焦距要固定不变。不同的光圈会使拍摄的不同方向的照片亮度、对比度和色彩差异较大。（5）同一场景的序列图像必须有重叠部分，一般重叠区域约为30%-50% 之间，这样拼接图像的时候才有足够的匹配点。（ 6）同一场景的采集时间要尽快，间隔不要太久，以免风云变色，带来外界环境变化，影响拼接效果。（ 7）在拍摄时，场景中尽量不要出

19、现移动的物体。11.图像的预处理已有很多方法，大致分为两种：一种是全局处理，它主要针对图像的整体或大面积区域进行校正以得到平滑图像； 另一种平滑技术是对含噪声图像使用局部算子， 对某一像素进行平滑处理，算法效率明显高于全局处理，可以实现实时处理。12.制作全景图的目的：克服摄像器材的物理性能限制，将景物四周的一切事物摄入摄像头，360 度向观众全方位的展现景物。13.狭义上的全景图是360 度的视野，广义上的全景图是超越了视野极限的图片。14.照片拍摄步骤： （理解内容）步骤 1：准备好相机，选择好景点，然后在景点的中心位置确定一个中心点，再将相机放置在中心点处。步骤 2：在开始拍摄前，最好关

20、闭相机的自动曝光功能，所以尽量使用手动曝光模式。步骤 3：在拍摄的过程中，第一张照片拍摄完成后，用一只手扶住三角架，确保其稳定，另一只手轻轻转动云台，转动一定的角度，继续拍摄，直至转完一周。第六章1.视图区：顶视图、前视图、左视图、透视图2.转换视口：系统默认的 4 个视口是可以相互转换的，默认的转换快捷键为： T 顶视图； B 底视图 ；L 左视图 ； U 用户视图 ；F 前视图 ；P 透视图3.按 Alt+W 可将当前选择的视口最大化或还原。4.“选择并移动”工具（快捷键W ）5.“选择并旋转”工具（快捷键E）6.“选择并缩放”工具（快捷键R）7.按住 Ctrl 键同时单击视口中对象，可增

21、加选择对象；按住Alt 键的同时单击视口中已选择的对象，可以减去选择的对象。8.“选择并移动” 、“选择并旋转”和“选择并缩放”当选择其中一种时，按住Shift 键的同时进行拖动将弹出“克隆选项”对话框。9.“围栏线选择区域” ：单击鼠标不断拉出直线，在末端双击鼠标左键, 围成多边形区域，多边形框内对象被选择。5文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.10.“分段”值的大小决定了模型是否能够弯曲以及弯曲的程度。“分段”值越大，模型弯曲就越平滑。11.边数，该属性决定了弯曲曲面边的个数，其值越大，侧面越接近圆形。12.线段：角点、平滑、贝塞尔曲线13.顶点，是线段开始

22、和结束的点。包括角点、平滑、贝塞尔曲线、贝塞尔曲线角点。14.常用将二维对象转换成三维对象的编辑修改器：（理解内容）15.有很多编辑修改器可以将二维对象转换成三维对象。在此我们将介绍挤出、车削、倒角和倒角剖面编辑修改器。（1）“挤出”是沿着二维对象的局部坐标系的Z 轴为其增加一个厚度。同时可以沿着拉伸方向指定段数。（2）“车削”是绕指定的轴向旋转二维图形，旋转角度的取值范围可以是0 360。（3）“倒角”编辑修改器与“挤出”类似，但它除了沿对象的局部坐标系的Z 轴拉伸对象外，还可分3 个层次调整截面的大小。（ 4）“倒角剖面”编辑修改器的作用类似于“倒角”编辑修改器，但它用一个称之为侧面的二维

23、图形来定义截面大小，变化更为丰富。16.布尔运算：（理解内容）交集：保留对象A、 B 的相交部分，其余部分被删除。差集 (A-B) ：从对象A 减去与对象B 相交的部分。差集 (B-A) ：从对象B 减去与对象A 相交的部分。17.“放样”操作是将一个或多个样条线（截面图形）沿着第三个轴（放样路径）挤出三维物体。18.打开编辑器：M打开环境和效果：8第八章1.VRML的基本目标是建立 Internet 上的交互式三维多媒体，它以Internet 作为应用平台，作为构筑 VR 应用的基本构架。2.VRML即虚拟现实建模语言，是 Virtual Reality Modeling Language的

24、简称，本质上是一种面向 web，面向对象的三维造型语言。3.VRML的基本特性： 1) 平台无关性 (2) 网络传输高速性 (3)实时性 (4)可扩充性4.VRML文件的基本要素节点和域。 节点用来完成某个功能，是实现功能的最小单位和场景图的基本组件。5.在 VRML中，每个节点一般都有两种事件： “入事件” (eventIn) 和“出事件” (eventOut) ，“入事件”以 set_开头，“出事件”以 _changed 结尾。6.文档中的第一行“ #VRML V2.0 uft8 ”，是 VRML 文件头，任何 VRML 文件都必须有这样的文件头，并且必须放在第一行。7.文档中的“ DEF

25、 Yzt Appearance ”这是为Appearance 节点定义一个名称。8.在 VRML 场景中，空间直角坐标满足右手螺旋法则。x 坐标向右为正，y 坐标向上为正，而 z 坐标指向观察者为正。9.在 VRML 中，使用角度单位时，要先将其换算成弧度后，再将其写入到VRML 文档中。VRML 中的 360o角度等于2弧度，由此，1 弧度约等于57o。10.当 VRML 要求程序存盘时文件的扩展名必须是.wrl(world 的缩写 )。11.在 VrmlPad 编辑器中主窗口的左半部分，还提供了一些辅助窗口以帮助设计者更方便的6文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载

26、支持.设计和管理VRML文件。(1) 场景树（ Scene Tree）：可以显示场景的结构树，提供浏览层次结构，编辑标志符名称和文本快速定位的功能。(2) 路径图（ Routing Map ）：显示 VRML 文件中所有的节点、事件等信息。（ 3) 资源（ Resources）：显示了该文件引用到的所有外部资源文件，可以包括纹理贴图、声音和插入的 VRML 文件。(4) 文件列表（ File List ）：相当于资源管理器里的文件列表，可以方便地管理文件。12.域值说明 :Shape 节点有 2 个域，这2 个域的域值都是单域值节点型。(1)appearance：包含一个Appearance

27、节点，定义造型的材质和外观。(2)geometry ：包含一个几何节点以及诸如文本造型等其他造型节点（如 Box 、Material 、Text等），定义造型的形状和空间尺寸。13.在 VRML 中，用来描述造型的形状特征的域是geometry。VRML的基本几何造型节点有Box 节点、 Sphere 节点、 Cone 节点和 Cylinder节点。14.创建长方体几何造型的节点是Box ，它是 geometry 域的节点型域值。15.创建圆柱体几何造型的节点是Cylinder ，它是 geometry 域的节点型域值。圆锥体节点是Cone16.节点 Text 也是 geometry 域的一个

28、域值。17.VRML 中对于点、线以及面集合造型确定一系列的空间点用节点Coordinate 。18.point ：指定一个或一组空间点的X 、Y 、Z 坐标，它是多域值三维向量型，意味着给出一个三维坐标的列表。19 离散点的几何造型， .coord：包含一个 Coordinate 节点，用来给出一些列空间坐标点。20.空间折线造型， coord：用来提供空间线段的顶点的点坐标。其域值是Coordinate 节点，Coordinate 节点的域 point 给出这些点坐标的列表。这些点的列表按照先后顺序从0 开始每一个分配一个索引值，后面的域coordIndex 引用的时候直接针对索引值。co

29、ordIndex ：指向Coordinate 节点的索引列表，指明哪些顶点相连和以什么顺序相连。21.索引值为 1时，表明当前连接的线段已经结束，下一个线段将开始。22.域值设置为TRUE 则表示为平面的顶点着色；如果域值设置为FALSE 则表示为平面着色。23.solid ：指明用户是否能看见表面的背面。24.编组节点 Group 是 VRML中最基本的群节点。25.children ：包含在该 Group节点下面的子节点，默认值为 ，表示不包含任何子节点。在Group 中可以包含任意多个子节点，节点的类型没有限制，也可以是群节点。26.空间坐标变换使用节点Transform。27.tran

30、slation ：用来决定坐标平移的新位置。rotation ：用来给定旋转的轴和角度（单位为 rad）。前三个坐标点与原坐标原点的连线决定旋转轴，第四个量决定旋转的角度。scale：指定各个坐标轴缩放的比例，各轴向缩放比值可以不相等。28.接触检测器TouchSensor 节点，接触检测器主要是检测鼠标是否对对象的动作做出响应。29.PlaneSensor，平面移动型检测器用于检测鼠标拖动对象的动作，使得对象可在xy 平面上移动。30.一般 3ds Max 与 VRML 结合应用的步骤是：（ 1）在 3ds Max 中建立一个三维场景的造型、材质、贴图、动画和视点等（ 2）利用 3ds Max 的 Export 功能导出为 VRML97 文件格式（ 3）最后在编辑生成的 wrl 格式的源文件中对其修改和编辑等。7文档来源为 :从网络收集整理.word 版本可编辑 .欢迎下载支持.（ 4）在 3ds Max 文件菜单中，选择 Files 下的导出（ Export ）选取项，在其导出文件类型中选择 wrl 文件类型，弹出如右图所示对话框，输入文件名，确定保存。例 8-20 好好看一下吧。8