体验虚拟现实04-..

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1、CyberForceDigitalSeatingBuckHapticWorkstation力触觉工作站包含:•一个可以调节的汽车座椅•一个头盔显示器(HMD)•Immersion公司手交互软件，该软件可以载入CAD模型系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）1体验虚拟现实ExperiencingVirtualReality第四讲VR的计算体系结构范秀敏系统仿真与虚拟现实实验室上海交通大学机械与动力工程CIM研究所上海市网络化制造与企业信息化重点实验室1VR是如何工作的?形状,颜色,图案,纹理,光照,视点,行为.23D模型4图形,声音,触觉感知1计算机头/眼/手跟踪3人系统仿真与虚拟现

2、实实验室（SS&VRLab）3目录绘制流水线基于PC的图形体系结构基于工作站的体系结构分布式VR体系结构系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）42VR的计算体系结构虚拟现实引擎VREngineVR引擎是任何VR系统的关键部分，它从输入设备中读取数据，访问与任务相关的数据库，执行任务要求的实时计算，从而实时更新虚拟世界的状态，并把结果反馈给输出显示设备。这个术语是一种抽象，指的是各种硬件配置，从单个计算机到支持给定仿真的通过网络互联在一起的许多计算机。42图形,声音,触觉感知1计算机头/眼/手跟踪3系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）5VR的计算体系结构VR实时性的特征要求V

3、R引擎足够强劲，以保证：¾快速的图形和力触觉刷新率（30fps帧/秒，上百赫兹Hz);¾低延迟(<100ms，避免仿真病simulationsickness);¾该体系的核心是渲染/绘制流水线renderingpipeline.¾本课程中，将绘制拓展到力触觉(Haptic)的绘制范畴系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）63VR的计算体系结构图形渲染流水线TheGraphicsRenderingPipeline¾渲染是指把组成虚拟世界的三维几何模型转换成展示给用户的两维场景的过程¾渲染图形流水线有三个功能阶段，流水线的速度取决于最慢的那个阶段应用程序阶段几何处理阶段光栅化阶段系统仿

4、真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）7图形渲染流水线¾传统的渲染流水线用软件方法完成（慢）¾现代的流水线体系使用并行体系和缓冲区¾应用程序阶段在软件程序中执行¾其他两个阶段通过硬件加速完成系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）84绘制流水线的一个例子HPVisualizefx流水线体系结构系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）9图形渲染流水线应用程序阶段几何处理阶段光栅化阶段系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）105应用程序阶段TheapplicationstageV完全由CPU在软件中完成V读取世界几何数据库和来自鼠标、跟踪球、跟踪器或传感手套的用户输入V改变虚拟

5、相机的坐标系V为力触觉感知，执行碰撞检测和碰撞响应（基于物体属性）V瓶颈：影响渲染速度——流水线优化系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）11应用程序阶段优化V降低模型的复杂程度(减少模型的多边形数–减少对图形流水线的输入);低分辨率模型高分辨率模型~600polygons134,754polygons.系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）126应用程序阶段优化V减少浮点运算精度（单精度代替双精度）V编写代码时尽可能减少除法的数目V由于都由CPU完成，可以选择双核处理器等系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）13图形渲染流水线应用程序阶段几何处理阶段光栅化阶段系统仿真

6、与虚拟现实实验室（SS&VRLab）147几何处理阶段V由硬件完成V包括模型和模型变换V根据光照模型计算，进行场景明暗效果处理V场景投影、裁剪和映射到场景坐标系中系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）15光照计算子阶段V计算表面颜色，基于：°仿真光源的类型和数量°光源模型°反光表面的属性°大气效果，如雾和烟°光照计算的结果使物体具有明暗效果，看上去更加真实系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）168Iλ=IaλKaOdλ+fattIpλ[KdOdλcosθ+KsOsλcosnα]系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）17光照计算子阶段优化V场景中光源少，计算量也少V明暗

7、模型越简单，计算量越小(真实感也减少):V方法：°线框模型/Wire-framemodels;°面片明暗处理模式/Flatshadedmodels;°Gouraud明暗处理模式/Gouraudshaded;°Phong明暗处理模式/Phongshaded.系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）189线框模型面片明暗处理模式Gouraud明暗处理模式系统仿真与虚拟现实实验室（SS&VRLab）19图形渲染流水线应用程序阶段几何处