辽宁工程技术大学测绘学院虚拟现实技术复习资料2

虚拟现实技术虚拟现实技术 利用计算机生成一种模拟环境 并通过多种专用设备使用户 投入 到该环境中 实现用户与该环境直接进行自然交互的技术 虚拟现实技术的研究目标虚拟现实技术的研究目标 消除人所处的环境和计算机系统之间的界限 即在 计算机系统提供的虚拟空间中 人可以使用眼睛 耳朵 皮肤 手势和语言等 各种感觉器官直接与之发生交互 这就是虚拟环境下的自然交互技术 即为自 然交互 典型虚拟现实系统的工作原理 典型虚拟现实系统的工作原理 用户首先激活头盔 手套等输入设备 为计算 机提供输入信号 VR 软件收到由跟踪器和传感器送来的输入信号后加以处理 对虚拟现实数据库实行必要的更新 调整当前的虚拟环境场景 将新视图下的 三维视图及信息传输给相应的输出设备 以便用户获得感官效果 VRVR 系统组成 系统组成 计算机软 硬件系统 包括 VR 软件和 VR 环境数据库 和 VR 输 入 输出设备等组成 VRVR 的最突出特征 的最突出特征 1 1 交互性 交互性 用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟 环境中得到反馈的自然程度 2 2 沉浸感 沉浸感 又称临场感 是指用户感到作为主 角存在于虚拟环境中的真实程度 3 3 想象力 想象力 指用户在虚拟世界中根据所获 取的多种信息和自身在系统中的行为 通过逻辑判断 推理和联想等思维过程 随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力 虚拟现实系统的分类 虚拟现实系统的分类 1 1 桌面式 桌面式 VRVR 系统 系统 使用个人计算机和低级工作站来产 生三维空间的交互场景 2 2 沉浸式 沉浸式 VRVR 系统 系统 利用头盔显示器 洞穴式显示设 备和数据手套等交互设备把用户的视觉 听觉和其他感觉封闭起来 3 3 增强 增强 式式 VRVR 系统 系统 允许用户对现实世界进行观察的同时 将虚拟图像叠加在真实物理 对象之上 4 4 分布式 分布式 VRVR 系统 系统 指基于网络构建的虚拟环境 将位于不同物理 位置的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接并共享信息 虚拟现实技术的应用领域 虚拟现实技术的应用领域 1 教育与训练 仿真教学与实验 特殊教育 多种 专业训练 应急演练和军事演习 2 设计与规划 3 科学计算可视化 4 商 业领域 5 艺术与娱乐 跟踪系统的功能 跟踪系统的功能 要实时检测出虚拟现实系统中人的头 身体和手的位置与指 向 以便把这些数据反馈给控制系统 生成随视线变化的图象 使参与者在空 间上能够自由移动 旋转 不局限于固定的空间位置 虚拟现实系统的硬件设备 虚拟现实系统的硬件设备 一 跟踪定位设备 一 跟踪定位设备 1 1 电磁波跟踪器 电磁波跟踪器 2 2 超声波跟踪器 超声波跟踪器 3 3 光学跟踪器 光学跟踪器 4 4 机械惯性其他类型跟踪器 机械惯性其他类型跟踪器 跟踪定位技术 跟踪定位技术 使用 XYZ 的平移与旋转六自由 度 6DOF 表示 主要有电磁波 超声波 机械 光学 惯性 图像提取等方 法 跟踪器的性能指标 跟踪器的性能指标 精度 分辨率 响应时间 抗干扰性 二 立体显示设备 二 立体显示设备 1 1 固定式立体显示设备 固定式立体显示设备 台式 VR 显示设备 投影式 VR 显 示设备 三维显示器 2 2 头盔显示器 头盔显示器 性能指标 逼真的立体视觉 分辨率 视场 透射率 重叠率 重量 人的因素 3 3 手提式立体显示设备 手提式立体显示设备 在开发 中 光学透镜部件哪些功能 光学透镜部件哪些功能 1 提供舒适的焦点 防止和缓解人眼长时间 近距离 聚焦产生的疲劳现象 2 放大屏幕图像 使之尽可能低充满视野 三 手部数据交互设备 数据手套 空间球 三维浮动鼠标器三 手部数据交互设备 数据手套 空间球 三维浮动鼠标器 充气式 振动式接触反馈手套在功能和结构上的异同点 充气式 振动式接触反馈手套在功能和结构上的异同点 1 1 充气式 充气式 利用小气 囊作为传感装置 发生虚拟接触式 气囊通过空气压缩泵改变压力 适合缓慢 柔和的力 2 2 振动式 振动式 通过小震动换能器的状态记忆合金 当电流通过时 发生弯曲变形 安装在皮肤表面 能对虚拟物体的光滑度 粗糙度感知 适合 产生不连续 快速的感觉 力反馈设备特点 适应工作力反馈设备特点 适应工作 设备能使参与者实现虚拟环境中除视觉 听觉之 外的第三感觉 触觉和力感 安装简单 使用轻便灵巧 并且不会因自身重量 等问题在使用中使用户感觉到疲倦 疼痛感 广泛应用于虚拟医疗 虚拟装配 等诸多领域 对于研究物理磁性 力等问题 虚拟现实的建模软件 应用特点 虚拟现实的建模软件 应用特点 1 1 3ds3ds MaxMax 集三维建模 材质制作 灯光设 定 摄像机使用 动画设置及渲染输出于一体 提供了三维动画及静态效果图 全面完整的解决方案 2 2 MayaMaya 顶级建模 动画 特效和渲染软件 可制作数 字图像 逼真的动画和非凡的视觉效果 3 3 CreatorCreator 多边形建模 矢量建模 和大面积地形精确生成功能 不仅能创建三维地形和模型 而且可以高效 最 优化地生成实时三维数据库 三维虚拟声音的特征三维虚拟声音的特征 1 全向三维定位特性 在三维虚拟环境中实时跟踪虚 拟声源的能力 使用户准确判断精确位置 符合真实世界的听觉方式 2 2 三 三 维实时跟踪特性 维实时跟踪特性 三维虚拟环境中实时跟踪虚拟声源位置变化或虚拟影像变 化的能力 HRTFHRTF 是一种音效定位算法 它的实际作用在于欺骗我们的耳朵 简单说这就 是个头部反应传送函数 功能 功能 1 制作一个头部模型并安装一支麦克风到耳 膜的位置 2 从固定的位置发出一些声音 3 分析从麦克风中得到声音并得 出被模型所改变的具体数据 4 设计一个音频过滤器来模仿那个效果 5 当 你需要模仿某个位置所发出的声音的时候就使用上述过滤器来模仿即可 物理仿真技术需要解决的问题 物理仿真技术需要解决的问题 1 设计数学模型 利用数学模型来实现 描述 虚拟对象行为和运动的一组方程式 2 创建物理属性 从基本几何建模出发 将时间 长度 质量和力经过抽象处理 与图形学中的元素 如帧 绝对坐标 节点和面等结合起来 3 实现碰撞检测 对用户和虚拟对象加以限制 防止 出现两个对象自由穿透的情景 人机自然交互技术 人机自然交互技术 1 手势识别技术 导航 拾取物体及释放物体等工作 2 面部表情识别技术 同过面部表情进行编码 3 眼动跟踪技术 代替鼠标 作为一种指点装置 三维全景技术 三维全景技术 利用照相机平移或旋转所得的序列图像样本 将样本折叠变换 并投影至观察表面 将图像局部对准 用相关软件进行图像拼接融合形成可供 浏览和交互的三维全景图 3ds3ds MaxMax 工作界面 工作界面 1 主工具栏 2 视图区 3 视图控制区 4 命令面板 5 动画控制区 6 状态栏和信息提示栏 三种三种 复制复制 区别 区别 Copy 后两个对象互不影响 是独立的两个对象 Instance 复制后的对象使用一个修改器 只要有一个对象变化其他也会变化 Reference 复制后的原对象与复制后的对象是父子关系 即上级可以影响下级 反之则不 可 三维物体的修改编辑 台灯 三维物体的修改编辑 台灯 1 制作台灯底座 建立 几何体 标准几何体 圆柱体 顶视图 非等比例缩放 圆柱体 X 轴 椭圆体 2 制作台灯支柱 建 立 立方体 顶视图 修改 扭曲 扭曲角度 360 3 制作灯泡和灯罩 建立 球体 建立 圆管 设置内外半径 修改削切 锥化数量 0 8 曲度 0 4 产生外凸的 弧形外形 二维图形建立三维物体 二维图形建立三维物体 花瓶 花瓶 车削 车削 1 建立花瓶的二维截面图形 建立 图形 线 绘制曲线 2 修改截面型 修改 编辑样条 进入点编辑子层 3 旋转建模 利用 lathelathe 旋 旋 转加工 转加工 将花瓶截面沿其中心轴旋转 4 给花瓶赋予青瓷材质 材质编辑器 选取样本球 明暗法基本参数 Phong 渲染方式 漫反射区 解除颜色锁定 高光区 高光亮度 光泽区域 材质赋予 Assign Material to Selection 制作油画制作油画 放样放样 1 建立画框的二维截面图形 建立 图形 线 绘制二维的封 闭图形 2 修改截面型 3 绘制放样路径 矩形 4 画框的放样建模 5 制作画布 6 赋予材质和贴图 7 渲染保存 3ds3ds MaxMax 放样工具 放样工具 1 变化 Scale 沿物体的 XY 轴 对截面进行百分比缩放 2 Twist 扭曲 以路径为轴 对截面进行扭曲 3 选转 Teeter 将截面沿放 样物体的轴旋转 改变物体的路径末端的倾斜度 4 Bevel 倒角 对截面进行 缩放 产生内外倒角 5 Fit 拟合 指定视图的二维轮廓造型 NURBSNURBS 曲线造型方法 曲线造型方法 1 建立 几何体 Surface NURBS 曲面 建立原始曲面 然后在修改面板中修改 2 建立 Curves NURBS 曲面 建立多个原始的二维 曲线形 在修改面板中进行旋转 拉伸等 3 建立标准几何体 在物体上右击 选择 ConvertTo Convert to NURBS 将几何体转化为曲线 制作床罩 制作床罩 1 创建 NURBS 控制点曲线 建立 几何体 Surface 点击控制 点曲面 调整长宽 控制点数 2 修改曲面上的控制点 修改 子物体编辑器 控 制点层 选中除 4 条边线外的所有点 前视图 把点沿 Y 轴上拉 3 制作床围 褶皱 顶视图 把边线上的点沿 Y 轴不规则拉动 4 赋予材质和贴图 设定贴图坐标方法 设定贴图坐标方法 1 内建式 建立物体时 选中参数面板的生成贴图坐标复 选框 2 外部指定式 在修改中 给物体指定 UVW Map 修改功能 自行设定贴 图坐标 3 放样物体贴图方式 放样物体生成或修改时 按照纵向或横向指定 的贴图方式 制作彩罐 制作彩罐 1 建立彩罐造型 建立 几何体 标准几何体 茶壶 在组成中只 保留壶体部分 2 赋予双面材质 材质编辑器 标准材质 材质来源 双面材质 3 装饰彩罐 位图参数 设置 U 轴 重复次数 V 轴的贴图偏量 UVW Map 命令 圆 柱体 制作舞台效果 制作舞台效果 灯光 灯光 1 建立场景 背景 文字 2 建立泛光灯和目标聚 光灯 建立 灯光 目标聚光灯 顶视图 右下角拖动到左上角 是聚光灯指向 文字 3 调整聚光灯的参数 工具 聚光灯源 常用参数 阴影 聚光区 明暗 色彩参数 雾的运用 雾的运用 1 建立山脉造型 建立 几何体 标准几何体 立方体 修改 噪 声 强度 Z 轴设置为 80 选中断裂 2 设置背景环境 渲染 环境 背景 添加材 质天空 3 场景中加入体积雾 环境设置 大气 添加大气效果 体积雾 复选设 置背景雾 降低雾浓度 5 设施雾的类型为陡峭 摇摆的圆柱 摇摆的圆柱 关键帧动画 关键帧动画 1 建立模型圆柱 2 建立动画 单击控制区的 自动建立关键帧 时间滑块至 25 100 圆柱体添加弯曲 角度设置 120 75 100 时角度 120 100 100 时 角度 0 单击关键帧按钮结束动画录制 制作腾空导弹 制作腾空导弹 动画控制器 动画控制器 1 建立导弹场景 2 建立导弹路径 建立 图形 螺旋线 修改半径 高度 圈数 单击导弹模型 命令面板上运动按钮 定义 运动轨迹 指定动画控制符 变换 位置 路径约束 路径参数中 拾取路径 选中螺 旋线 激活透视图 跟随复选框 VRMLVRML 特点 特点 1 基于 Internet 共享的虚拟世界 2 较低的配置要求 3 真正的 动态互动 4 适用于网络现状的技术 5 开放式的标准 VRMLVRML 浏览器功能浏览器功能 接收和解释 VRML 文件的信息 在虚拟空间中创建 3D 造型 并提供实时渲染的自动显示 基本造型 基本造型 Box 立方体 ConeCone 圆锥体 CylinderCylinder 圆柱体 SphereSphere 球体 AppearanceAppearance 设置节点外观属性 GeometryGeometry 创建 几何体 radiusradius 球半径 materialmaterial MaterialMaterial 设置造型的材质 diffuseColordiffuseColor 设置造型表面颜色 TransformTransform 变换 节点 变换 节点 translationtranslation 平移 rotationrotation 旋转 scalescale 缩 放 ChildrenChildren 设置受空间变换的子节点列表 GroupGroup 将多个子节点编组 DEFDEF 定义节点名 USEUSE 调用节点名 TransparencyTransparency 设置透明度 InlineInline 插入内 联节点 TextText 文本造型 文本造型 stringstring 内容 lengthlength 长度 fontStylefontStyle 外观 字体属性 maxExtendmaxExtend 最大有效长度 sizesize 字符高度 JustifyJustify 字符串对齐方式 middle 集中对齐 Y 轴 复杂造型 复杂造型 pointsetpointset 点 indexedlinesetindexedlineset 线 indexedfacesetindexedfaceset 面 ElevationGirdElevationGird 海拔栅格 ExtrusionExtrusion 挤出造型 crosssectioncrosssection 二维 spinespine 三维 TextureTexture 纹理节点 纹理节点 ImageTextureImageTexture 图像纹理 PixelTexturePixelTexture 像素纹理 MovieTextureMovieTexture 电影纹理 SoundSound 声音 节点 用于创建声音发生器 AudioclipAudioclip movietexturemovietexture 用来提 供声源 looploop 循环播放 intensityintensity 声音发射强度 光亮度 PointlightPointlight 点光源 locationlocation 光源坐标 ambientintensitambientintensity 光源对环境光线 的影响程度 DirectionallighDirectionalli