虚拟现实技术论文.doc

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1、南京师范大学报告之虚拟现实技术期末论文作者:学校名称:南京师范大学学号:18103617专业:测绘工程年级:大四指导教师:江南日期:2013年12月【摘要】：本文介绍了虚拟现实技术的特点和研究现状，对虚拟现实技术的建模技术进行了描述，论述了虚拟现实技术在科学、军事等领域的应用以及国内外的最新研究进展，并对未来发展方向进行了展望。【关键词】：虚拟现实技术；三维建模技术；实时绘制技术一、虚拟现实技术1.1定义虚拟现实（简称VR），又称灵境技术或者赛伯空间，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级

2、人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。虚拟现实是从两个英语单词“VirtualReality”翻译而来的，其

3、中“Virtual”的含义是虚拟的，非真实的，即现场或环境是由计算机模拟生成的非真实的，只存在于计算机内部的世界。“Reality”的意思是现实、实际，真实的事物，即真实的世界或现实的环境。因此，“VirtualReality”一词应译为虚拟现实。故虚拟现实的含义就是利用计算机技术通过各种技术手段在计算机内部构建一个让人如临其境的虚拟世界。这种用来构建虚拟世界的技术就称为虚拟现实技术。1.2特点人们现在较为熟悉的是3D技术，已被广泛的应用于电影技术中。人们可以看到一个三维的世界，看起来更加真实，观众

4、仿佛已融进了电影情节中，具有较强的视觉冲击感。相较于3D技术，虚拟现实技术则能给我们一个更加完善的虚拟环境，它不光看起来像真的，听起来像真的，还可以摸起来、闻起来、尝起来都像真的。即人的视、听、触、嗅、味各种感觉在这个虚拟环境中就完全如在真实的世界，人们可以完全如在真实的世界中一样与虚拟世界进行交互。虚拟现实技术具有以下几个基本特征:①交互性（Interactivity）:指用户对虚拟现实环境内物体的操作程度以及在虚拟环境中得到反馈信息的实时性及自然程度;②沉浸感（Immersion）也可称为临场感

5、:指用访问者到作为主角存在于模拟环境中的真实感的程度;③构想性（Imagination）也称想像性:指用户沉浸在设计者构想的多维信息空间中，通过自己的感知和认知能力获取虚拟环境中的知识，发挥主观能动性，发现新问题，形成新的思想。　一、主要技术2.1三维建模技术由于虚拟现实技术的基础就是三维模型的建立，不仅对于模型的外观的逼真性要求较高，而且在虚拟现实系统中，由于部分物体好要求具有复杂的行为，以及良好的实时性和交换能力。故虚拟现实系统的建模技术与其他图形的建模技术相比具有如下的特点：（1）虚拟场景中的

6、模型数量和类型都是大量的；（2）其他图形建模系统中只需构建静态或者是简单运动的物体，但在虚拟场景中却需对物体建立自己独特的行为，且符合物理规律。（3）为了满足其较好的操作性和良好的实时性及交换性，故物体必须在某种适当的方式来做出相应的反应。所以建模技术可分为三类：几何建模、物理建模、行为建模。2.1.1几何建模几何建模技术按照结构可分为层次建模法和属主建模法。层次建模法是利用树形结构来表示物体的各个组成部分，当物体发生移动时，只需对某节点及其相对父节点的位置和方向的变化进行描述即可。属主建模法就是让

7、同一类的对象具有相同的属主，属主里面含有了同类对象的详细结构。当需要制作这一类事物时，只需建立一个指向该物主的指针即可。这样不但简单高效，还可以便于修改及一致性也较好。2.1.2物理建模当几何建模完成后，我们就要为其构建动力学体系，描述其预期的运动方式。典型的物理建模方法有分形技术和粒子系统。分形技术的优点是操作简单，易于构建复杂且不规则的物理模型。但是需要大规模的物理计算，造成实时性交差。所以，在虚拟系统中一般只用了构建静态远景模型。在粒子系统中，建模时将物体以最小单位——体素来划分，为每一个体素

8、建立独有的位置、速度、颜色和生命周期等等属性。通过动力学计算和随机过程即可得到运动且逼真的画面。故虚拟系统中用粒子系统构建运动的物理模型。2.1.3行为建模在几何建模和物理建模的基础上，若想让虚拟环境更加逼真，就需要加入行为建模，行为建模用于处理物体的运动和行为。分为运动学法和动力学仿真法两种方法。动力学法是通过线性插值、三次样条插值等方法内插帧，来达到物体的平移和旋转等动作。并不知道物体的物理属性，仿真效果不是很理想。动力学仿真属于物理仿真的一部分，利用物理学定律来