《几何建模》PPT课件.ppt

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1、《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿1第7章几何建模《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿2三维建模技术是整个虚拟现实系统建立的基础，是所有应用中的一个关键的步骤和技术，是整个虚拟现实技术的灵魂。它的研究有助于提高虚拟环境的真实感、实时交互的速度和实际交互的可操作程度，使用户真正地“身临其境”。因为人所感受到的大部分信息是通过视觉获取的，而且在真实的世界里，人感受到的是三维信息。所以三维建模技术在虚拟现实技术中就处于非常核心和基础的地位，是虚拟现实技术所必须的，是虚拟现实技术的底层。而且虚拟现实世界是人可参与并与之交互的世界。模型准确度的高低，

2、模拟场景的真实与否，往往直接关系到应用实例的成败。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿3虚拟现实建模基本内容虚拟现实中的三维建模分为数据建模和过程建模。过程建模包括连续建模和离散建模。数据建模包括分形建模、图像建模、图形建模、几何建模、混合建模等。虚拟环境的建模是整个VR系统建立的基础，主要包括三维视觉建模和三维听觉建模。其中三维视觉建模主要包括：几何建模、物理建模、运动建模、行为建模。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿4几何建模虚拟环境中的几何建模是物体几何信息的表示，涉及表示几何信息的数据结构、相关的构造与操纵该数据结构的算法。虚拟环境

3、中的每个物体包含形状和外观两个方面。物体的形状由构造物体的各个多边形、三角形和顶点等来确定，物体的外观则由表面纹理、颜色、光照系数等来确定。对虚拟对象模型的要求（交互显示能力、交互式操纵能力和易于构造的能力）。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿5几何建模几何建模可以进一步划分为层次建模法和属主建模法。（1）层次建模法：利用树形结构来表示物体的各个组成部分。例如：手臂可以描述成有肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节、手掌、手指等构成的层次结构，而各手指又可以进一步细分为大拇指、食指、中指、无名指和小拇指。在层次建模中，较高层次构件的运动势必改变较低层次构

4、件的空间位置（2）属主建模法：让同一种对象拥有同一个属主，属主包含了该类对象的详细结构。当要建立某个属主的一个实例时，只要复制指向属主的指针即可。每一个对象实例是一个独立的节点，拥有自己独立的方位变换矩阵。以木椅建模为例，木椅的四条凳腿有相同的结构，我们可以建立一个凳腿属主，每次需要凳腿实例时，只要创建一个指向凳腿属主的指针即可。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿6几何建模用于CAD/CAM系统中。在CAD/CAM整个过程中，要涉及产品几何形状的描述、结构分析、工艺设计、加工、仿真等方面的技术，其中几何形状的定义与描述是关键，它为结构分析、工艺规程生

5、成、加工制造提供基本数据（PDM贯穿始终），后续的数据都是由它衍生而来。不同应用领域或部门，对物体的几何形状定义与描述的要求不同。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿7有的只需2D图形。特点是：描述简单、传递快速、节省空间。但阅读时，用户需“翻译”转换成3D实体，提高了对用户的要求。仅有2D的CAD系统是不够的，需要能够处理3D实体的CAD系统。实际设计构形时，思维中先有真实的几何形状/实物模型，再用视图形式表达设计结果。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿8几何建模——以计算机能够表示的方式，对实体进行准确定义（即以一定的数据结构形式对所定

6、义的几何实体加以描述），在计算机内部构造出实体的几何模型。几何模型整数维模型分数维模型正则体模型非正则体模型以欧氏几何方程表示的模型——用分形几何方法描述对象几何特性，以过程式模拟对象的模型《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿9表示形体的两大模型《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿10物理建模物理建模指的是虚拟对象的质量、重量、惯性、表面纹理（光滑或粗糙）、硬度、变性模式（弹性或可塑性）等特征的建模，这些特征与几何建模和行为规则结合起来，形成更真实的虚拟物理模型。物理建模是虚拟现实系统中比较高层次的建模，它需要物理学与计算机图形学配合，涉及到

7、力的反馈问题，主要是重量建模、表面变形和软硬度等物理属性的表现。分形技术和粒子系统就是典型的物理建模方法。分形技术在虚拟现实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用于动态的、运动的物体建模，如常用于描述火焰、水流、雨雪、旋风、喷泉等现象。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿11运动建模在虚拟环境中，仅仅建立静态的三维几何体还是不够的，物体的特性还涉及到位置改变、碰撞、捕获、缩放、表面变形等等。这也是虚拟环境难以处理的问题之一。《图形学与虚拟环境》郑州大学信息工程学院赵新灿12行为建模行为建模就是在创建模型的同时，不仅赋予模型外形、质感等表

8、观特征，同时也赋予模型物