虛擬現(xiàn)實期末論文-虛擬現(xiàn)實概論

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1、2015-2016學(xué)年第1學(xué)期期末考試論文考試科目：虛擬現(xiàn)實原理與技術(shù)學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程任課教師：黃海北京郵電大學(xué)時間：2016年1月12日《虛擬現(xiàn)實原理與技術(shù)》期末論文姓名：學(xué)號：2015-2016學(xué)年第1學(xué)期虛擬現(xiàn)實概論宋曉茜（北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院北京100876）摘要：虛擬現(xiàn)實作為一門新興技術(shù)，從其產(chǎn)生之初就引起了各個行業(yè)的廣泛關(guān)注。本文從虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本概念出發(fā)，簡述了虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實研究的最近進(jìn)展，如數(shù)字水印、三維模型檢索、分布式虛擬現(xiàn)實，并在文章最后列出了現(xiàn)如今虛擬現(xiàn)實發(fā)展中幾個亟待解決的問題。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)數(shù)字水印

2、三維模型檢索分布式虛擬現(xiàn)實1.虛擬現(xiàn)實概述1.1虛擬現(xiàn)實的概念虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR)，是一種計算機(jī)界面技術(shù)[1]。從本質(zhì)上講，虛擬現(xiàn)實就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視覺、聽覺、觸覺等各種直觀自然的實時感知交互手段，最大限度地方便用戶操作，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)，提高整個系統(tǒng)的工作效率。從應(yīng)用上看，它是一種綜合計算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來的計算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)，也是力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、機(jī)構(gòu)運動學(xué)等各種學(xué)科的綜合應(yīng)用。這種計算機(jī)領(lǐng)域最新技術(shù)的特點在于以模仿的方式為用戶創(chuàng)造一種虛擬的

3、環(huán)境，通過視、聽、觸等感知行為使得用戶產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺，并與虛擬環(huán)境相互作用從而引起虛擬環(huán)境的實時變化。1.2虛擬現(xiàn)實的基本特征虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本特征可以簡潔地表征為沉浸性、交互性和構(gòu)想性[2]。u沉浸性（Immersion）沉浸性是指用戶作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用難以分辨真假的程度例如可視場景應(yīng)隨著視點的變化而變化甚至超越真實如生成比現(xiàn)實更逼真的照明和音響效果等。u交互性（Interaction）10《虛擬現(xiàn)實原理與技術(shù)》期末論文姓名：學(xué)號：2015-2016學(xué)年第1學(xué)期交互性是指用戶對虛擬環(huán)境內(nèi)的物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。例

4、如用戶可以用手直接取虛擬環(huán)境中的物體，這時手應(yīng)該有觸摸感，并可以感覺物體的重量，場景中被取的物體也立刻能夠隨著手的移動而移動。u構(gòu)想性（Imagination）構(gòu)想性是指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答方式，形成新的概念。ImmersionImaginationInteractionI3圖1.2.1虛擬現(xiàn)實的3I特性1.3虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域目前，雖然虛擬現(xiàn)實還不夠成熟，但虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)可以滿足部分應(yīng)用領(lǐng)域的要求。國內(nèi)外已出現(xiàn)了一些較為成功的應(yīng)用系統(tǒng)，如日本松下公司的“虛擬廚房設(shè)計系統(tǒng)”VIVA、美國NASA的“虛擬風(fēng)洞系統(tǒng)”、美軍的

5、SIMSET訓(xùn)練系統(tǒng)以及英國的Virtuality游戲系統(tǒng)等[3]。目前，它已擴(kuò)展到科研、教育培訓(xùn)、工程設(shè)計、商業(yè)、軍事、航天、醫(yī)學(xué)、影視、藝術(shù)和娛樂等眾多領(lǐng)域。隨著軟件、硬件價格的下降及技術(shù)的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用將會更加普遍。2.虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)2.1環(huán)境建模技術(shù)要建立虛擬現(xiàn)實環(huán)境，首先要對環(huán)境進(jìn)行建模。目前主要的環(huán)境建模是三維視覺建模和三維聽覺建模。其中三維視覺建模又可以分為幾何建模，物理建模，行為10《虛擬現(xiàn)實原理與技術(shù)》期末論文姓名：學(xué)號：2015-2016學(xué)年第1學(xué)期建模等[4]。下面主要介紹三維視覺模型中的方法。1）幾何建模。幾何建模是基于幾何信息來描述物體模型的建模方法，它處理

6、物體的幾何形狀的表示，研究圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本問題。幾何建模通常分為兩種，人工的幾何建模方法和自動的幾何建模方法。人工建模方法通常利用建模軟件來進(jìn)行建模；而自動建模方法最典型的是采用三維掃描儀對實際物體進(jìn)行建模，它能快速將真實世界的物體的三維信息轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可以處理的數(shù)據(jù)。2）物理建模。物理建模是幾何建模的進(jìn)一步發(fā)展，在建模的時候要考慮對象的物理屬性。典型的物理建模方法有分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。分形技術(shù)是指用來描述具有自相似特征的數(shù)據(jù)集，通過簡單的操作就可以完成復(fù)雜的不規(guī)則物體的建模；粒子系統(tǒng)由大量稱為粒子的簡單體素構(gòu)成，每個粒子具有位置，速度，顏色等屬性，通過簡單的像素完成復(fù)雜運動的建模。3）行為

7、建模。行為建模技術(shù)主要用于物體運動的處理及其行為的描述。行為建模方法有兩種，基于數(shù)值插值的運動學(xué)方法和基于物理的動力學(xué)仿真方法。運動學(xué)動畫技術(shù)可以做得很逼真和高效，但應(yīng)用領(lǐng)域不廣；而動力學(xué)仿真適合于物體間交互較多的虛擬環(huán)境。2.2真實感實時繪制技術(shù)建立好環(huán)境模型后，接下來要做的就是實時繪制。實時繪制技術(shù)可以分為兩種，基于幾何圖形的實時繪制技術(shù)和基于圖像的實時繪制技術(shù)[5]。前者采用曲線、曲面等數(shù)學(xué)