基于视觉传感器的vr环境几何自动建模

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1、西南交通大学研究生学位论文第2页主体的关系，是理解和研究VR的两个关键点和出发点。VR系统的构建就是首先耍在计算机中生成一个逼真的虚拟环境(客体)，其次要将人(一#体)，犹如“跨越时空”一般，“投入”到这样一个虚拟环境之中，使人在虚拟环境中能够和在真实世界中一样，与虚拟环境中的事物进行自然的交流。VR所追求的目标就是力图使用户在虚拟环境中处于一种“全身心投入”的感觉状态，使其觉得自己是虚拟环境中的一部分，而不是旁观者，即要实现通常所说的vR的3I特性：沉浸感(Iminersioiq)、交互性(Interact

2、ion)、自由想象性(Imaginatiorl)。这种目标的实现，从客体方面考虑，就是要利用现有的各种技术手段，使生成的虚拟环境达到以假乱真的程度。从主体方面考虑，就是要研究人的行为学、认知学，分析人类对外界事物的感知和认识方法以及知识和经验的形成过程，从而找到使人达到身临其境的最佳方法和手段，为虚拟环境更趋于真实指明方向。由此可见，在一个VR系统中，虚拟环境处于举足轻重的核心地位，它的好坏将直接影响到vR系统的性能。所谓虚拟环境(VirtualEnvironment)，是由计算机生成的，通过视、昕、触觉等作

3、用于用户，使之产生身临其境的感觉的交互式视景仿真。因为它专属于VR系统，是VR系统中不可或缺的核心部分，所以有些学者也将其视为VR的同意词；为了明确起见，在本文中称虚拟环境为vR环境，意为VR系统中的虚拟环境。这种VR环境可以是静态的，也可以是动态的，可以是现实世界、真实环境的一个映射，也可以是主观臆造、纯由计算机生成的超现实景物。在VR系统中，当用图形表示所创建和成像的数据时，称为构造场景，也称创建VR环境。1．2对象的几何模型及其建模方法VR环境是由一系列对象组成的，对象是VR环境中的成员。这些对象可以是

4、山川河谷、鱼虫鸟兽；花草树木、五官躯体；车船路桥、广厦楼宇，也可以是计算机合成的各种古怪离奇的事物。这其中的现实事物对象，通常更具有实际意义，是VR环境的主体构成。VR系统的开发需要创建vR环境，而VR环境又是各种对象的集合，那么很显然的一个问题，如何建造VR环境中的对象呢?在VR系统中不仅要求对象在外形上与真实对象酷似，而且要求它们在形态、光照、质感、纹理等静态特性，对于某些对象甚至要求其在碰撞、Ch001．4080．97ll西南交通大学研究生学位论文第3页抓取、放缩、表面扭曲的改变等动态特性以及行为规则上

5、都十分逼真。为了达到上述要求，在建造VR环境中的对象时，可基本分为以下三步：第一步是建造对象的几何模型，称为几何建模，即生成对象的二三维模型以描述对象的外形；第二步称为形象建模(也称物理建模)，主要包括对几何模型进行纹理、颜色、光照等处理；第三步是具体程序实现，包括动态特性以及行为规则的表达与指派。对象的几何模型是构造对象的前提和基础，它起着描述对象外观特点的重要作用。通过对人类感知机理和特性的研究，一般认为人类从外界所获得的信息有近80％是通过眼睛得到的，而在对事物进行辨识和区别的过程中，事物本身所具有的形

6、状外观特征则占有主导地位。可以想象，假设使一个猫对象的几何模型具有狗的形状特征，那么无论其发出的声音多么象猫，无论将其捕食老鼠的动作建造得多么逼真，人们也不会视其为猫。所以说，对象的三维几何建模技术是整个VR系统的基础。创建vR环境需要大量的几何模型，那么这些几何模型从何而来呢?一般说来，有以下三种获取途径：第一种方法，也是最常用的建模方法，是使用CAD软件，比如AutoCAD、3DS和工作站上运行的造型系统等。用户采用交互的方式来创建对象的几何模型；第二种方法是使用三维数字化仪如“l{yperSpaceMo

7、del100”来进行几何建模。这种数字化仪有一个P01hemus测量头可用来获得三维点信息。用户首先要制作一个所需物体(比如一架飞机)的非金属固态模型，然后把测量头放在模型表面以获得框架顶点信息。一个内置编辑器允许线段和多边形沿着任何轴重新定位。线段上的点和多边形连接点可按Bezier曲线重新分布；第三种方法，可使用一些现有的图形库(比如PHIGS，Starbase，GL，XGL)中的成像功能来创建多边形物体形状。有时也可以从商业数据库比如ViewpointCata]og购买现存的模型。它们的模型有三个细节层

8、次：“低”(L)、“中”(M)和“高”(H)(根据模型中多边形的数目来划分)，价格也随着细节层次的提高而上升。1．3利用视觉传感器进行自动建模的可行性和必要性利用视觉传感器进行几何自动建模是一种新的几何模型建造方法。它是指首先使用一般常规的视觉传感器如CCD摄像机，对待建模实体或其模型进行图像摄取，然后对所捕获的图像进行处理和分析，从中提取出建模Ch0014080971I西南交通大学研究生学位论文第