辽宁工程技术大学虚拟现实复习资料3

第一章1，发展虚拟现实技术的目的性他的实时三维空间表现能力、自然交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感觉，不但为人机交互技术开创了新的研究领域，为智能工程的应用提供了新的界面工具，为各类工程大规模数据可视化提供了新的描述方法，同时还为人们探索宏观世界和微观世界的运动变化规律提供了极大的便利2，何谓自然交互和实时交互自然交互：利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种用户专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境进行自然交互技术。实时交互：VR何以让用户使用人的自然技能对虚拟世界的事物进行考察或操作，同时提供视、听、触等多种直观而又自然的实时感知。3，试述典型的虚拟现实系统的工作原理一个典型的VR系统主要由计算机软、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。其中，计算机是VR系统的心脏，负责构建虚拟世界和实现人机交互。VR软件负责提供友好的人机交互界面，使用户具备实时构建和参与虚拟世界的能力。VR输入输出设备用于观察和操纵虚拟世界。用户与虚拟世界交互的大致过程：用户首先激活头盔、手套和话筒等输入设备。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，然后对虚拟环境数据库做必要的更新，调整当前的虚拟环境场景，并将这一新视点下的三维视觉图像以及其他（如声音，触觉，力反馈等）信息立即传送到相应的输出设备（头盔显示器，耳机，数据手套等），以便用户及时获得多种感官上的虚拟效果。4，虚拟现实技术的三大基本特征：交互性，沉浸感，想象力。VR的交互性是指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的反馈的自然程度（包括实时性）VR的沉浸感又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，即让用户由观察者变为参与者，觉得自己是计算机系统所创建的虚拟环境中的一部分，并能全身心的沉浸于虚拟实践中。 沉浸感被认为是VR的主要的特征。VR的想象力是指用户在虚拟世界中根据所获得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。它有助于人类或许更多的知识。认识复杂系统深层次的机理和规律。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：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。虚拟现实系统的分类：1、桌面式VR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、沉浸式VR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、增强式VR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、分布式VR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：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 第二章 1， 跟踪系统的功能是什么他是VR系统实现人机之间沟通的重要手段，是实时处理的关键数据2，VR系统中常用的立体显示设备以及他们在应用中分别存在哪些侧重点和差异VR系统中常用的立体显示设备可分为固定式、头盔式和手持式3大类固定式立体显示设备通常会被安装在某一位置，不具备有可移动性或不必要移动。头盔显示器它通常被固定在用户的头部，随着头部的运动而运动，并装有位置跟踪器，能够实时测出头部的位置和朝向，并输入到计算机中。头盔显示器可以是参与者暂时与真实世界隔离开，而处于完全沉浸状态。手持式VR立体显示器屏幕很小，他利用某种跟踪定位器和图像传输技术实现立体图像的显示和交互作用，可以将额外的数据增加到真实世界的视图中，用户可以选择观看这些信息，也可以忽略他们而直接观察真实世界，一般适用于增强式VR系统中。2， 头盔显示器中的光学透镜的部件有哪些主要功能光学镜片，一是舒适的焦点，防止和缓解人眼长时间，近距离聚焦产生的疲劳现象；二是放大屏幕图像，使之尽可能地充满人的视野4,6DOF的含义：六自由度（6 Degree Of Freedom，6DOF）来表征跟踪对象在三维空间中的位置和朝向。这6种不同的运动方向沿x y z 坐标轴的平移和沿xyz轴的旋转。5，充气式和振动式接触反馈手套在结构和功能上的差异充气式接触反馈手套是使用小气囊作为传感装置，在手套上有20-30个小气囊放在对应的位置，当发生虚拟接触时，这些小气囊能够通过空气压缩泵的充气和放气而被迅速的加压和减压振动式接触反馈手套是使用小震动换能器实现的，换能器通常由状态记忆合金制成。当电流通过这些换能器时，他们就会发生形变和弯曲。6，力反馈设备的特点以及适合用用的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7，数据衣的工作原理以及它急需改进的技术数据衣将大量的光纤、电极等传感器安装在一个紧身服上，可以根据需要检测出人的四肢、腰部的活动以及各关节（如腕关节、肘关节）的弯曲角度。然后用计算机重建出图像。关键问题在于如何适用不同用户的形体差异、如何协调大量传感器的实时同步性能等跟踪系统的功能：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：一、跟踪定位设备：1、电磁波跟踪器 2、超声波跟踪器 3、光学跟踪器 4、机械惯性其他类型跟踪器 （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：精度、分辨率、响应时间、抗干扰性）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 第三章 1，虚拟现实的建模软件以及各自的特点 建模软件：3ds Max、Maya及Creator等 各自特点：（1）3ds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身，提供了三维动画及静态效果图全面完整的解决方案（2）Creator拥有多边形建模、矢量建模和大面积地形精确生成等功能，不仅能创建三维地形和模型，而且可以高效、最优化的生成实时三维数据库（3）Maya一款顶级建模、动画、特效和渲染软件，可制作引人入胜的数字图像、逼真的动画和非凡的视觉特效。2，影响实时动态现实的决定性因素（1）数据空间和视频图像的好坏，（2）等待时间是实时动态绘制技术的另一个关键指标 常用的方法有：场景分块，可见消隐，细节选择 3，三维虚拟声音的特点(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)、三维实时跟踪特性：（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）4， HRTF的含义和功能HRTF:头部相关传递函数。功能：可以看做是声源在人体周围位置与人体特征的函数。当获得HRTF能够准确描述某个人听觉定位过程时，利用它就能够虚拟再现真实的声音场景。6，VR系统中常用的人机自然交互的技术以及他们分别适用的工作（1）手势识别技术。适用于：导航、位置重置， 它还适用于一些快速但不要求很精确的三维物体操作。（2）面部表情识别技术。该技术的三个步骤：表情的跟踪，表情的编码，表情的识别（利用6种表情的简化FACS规则进行识别）（3）眼动跟踪技术。多被用于军事（如飞行员观察记录）、阅读以及帮助残疾人进行交互等领域5，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）7，全三维景技术的基本原理三维全景技术是日趋流行的一种视觉新技术，它的原始资料不是利用计算机生成的模拟图像，而是利用照相机平移或旋转所得的序列图像样本，通过拼接技术生成全景图像，因而具有强烈的动感影像透视效果，并能带来全新的真实现场感和交互感 第四章 1，VRML和HTML有何区别 HTML（超文本标记语言）用于定义可与更多信息相关联的二维页面额布局和内容那样，VRML用于定义可与更多信息相关联的三维世界的布局和内容,2，VRML的技术特点 基于Internet共享的虚拟世界，较低的配置需求，真正的动态交互，适用于网络现状的技术，开放式的标准 3，Vrml浏览器的作用VRML浏览器功能是接收和解释VRML文件信息，在虚拟空间中创建3D造型，并提供实时渲染的自动显示4，VRML源程序文件主要由VRML文件头、造型、脚本以及路由等构成#VRML V2.0 utf8为文件头，它的含义（1）本文件是一个VRML文件。（2）本文件遵循VRML规范的2.0版本。（3）本文件使用国际UTF-8字符集。5，路由不是节点，路由语句可以放置在节点内域可以出现的任何地方。路由中引用的节点名都应该在ROUTE语句之前被定义6，VRML的空间坐标系：X轴的正向水平向右，Y轴的正向垂直向上，Z轴的正向垂直向前，小知识：VRML描述旋转等角度的计量单位是弧度。VRML使用红绿蓝（RGB）颜色：0.0值表示该颜色被关闭，1.0值表示该颜色完全打开。7，Shape（形状）节点的功能是创建一个Geometry域（集合属性），appearance域（包含一个appearance节点）指定的材质和纹理等外观属性应用到geometry域的造型节点上。Geometry的节点有4种：Box（立方体），Cone（圆锥体），Cylinder（圆柱体），Sphere（球体）小知识：VRML对节点的书写尤其要注意到大小写。节点类型名称第一个单词的首字母要大写。8，利用Transform （变换）节点可以在VRML中随意translation（平移）、rotation（旋转）和scale（缩放）。小知识：在VRML中，可以使用DEF语句为为场景中的任何节点定义一个节点名，而后使用USE语句调用这个被定义的节点，以避免在同一场景文件中重复设置相同节点所造成的程序代码冗余9，Text文本造型节点有四个域分别为：string（内容） length（长度）fontStyle（外观）和maxExtend（最大有效长度）小知识：Inline（内联）节点的使用可以使VRML程序设计模块化，有利于分工协作，组成复杂而庞大的VRML场景,10，复杂造型节点：PointSet（点）、IndexedLineSet（线）、IndexedFaceSet（面）以及ElevationGrid（海拔栅格）、Extrusion（挤出造型）。他们都是geometry域的节点型域值。小知识：在coordindex坐标系列表中，索引值-1用来标记一个面坐标索引表的结束。11，VRML提供了3种纹理节点，包括ImageTexture（图像纹理）节点、PixelTexture（像素纹理）节点和MovieTexture（电影纹理）节点。纹理映射使用Appearance节点的texture域或textureTransform域。小知识：使用Group节点可以将多个相同或不同的节点进行编组，以构造复杂造型。12，VRML的声音涉及两个部分：声源和声音发射器。可引用的声音文件类型：WAV、MID和MPEG等3种。13，VRML中光源节点：PointLight点光源，DirectionalLight平行光源，SpotLight锥光源 小知识：通过设置NavigationInfo节点headlight域的值域，关闭由VRM空间默认提供的灯头可以增强附加光源昌盛的光照效果。14，常使用的其他节点：Background（背景），Viewpoint（视点），NavigationInfo（导航）15，动画实现必备的两个要素：一用来制作动画时间值的时钟，另一个随时间如何改变物体的描述。VRML提供了PositionInterpolator（位置）、OrientationInterpolator（朝向旋转）、ColorInterpolator（颜色）、ScalarInterpolator（标量）等多个插补器节点来控制动画。插补器使用关键时刻和关键值 ， 关键时刻在key域中指定，关键值列表在keyValue域中指定。TimeSensor（时间传感器）它设置开始动画，结束动画和控制动画的播放速度等属性。小知识：当发送一个出事件到另一个入事件时，两个事件的名字可以不同，但类型必须匹配。同时，为了说明将事件传递到那一个节点，还需要使用DEF语句为节点定义一个名字。16，VRML中的传感器两大类：（1）接触型传感器用于检测用户对鼠标的各种操作，节点包括：TouchSensor（触摸）、PlaneSensor（平面）、CylinderSensor（圆柱体）和SphereSensor（球体）传感器。（2）感知型传感器用于检测用户与造型的接近程度或造型在场景中是否可见等，节点包括：VisibilitySensor（可视）、ProximitySensor（接近）传感器及Collision（碰撞）编组。小知识：TouchSensor传感器必须和感知接触的造型节点放在同一个组节点下，否则无法正确感知事件。第五章1，比较物体复制的3种方式（copy，instance，reference）之间的异同点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2对二维图形的编辑可以分成几层，各层的修改功能有何区别对二维图形的修改可分为Vertex（节点 ，直线条的每个转折处），segment（线段，指两个相邻节点之间的连线），Spline（样条，指结合在一起的连续线段），Object（造型）四个层次3， 修改器堆栈的功能是什么记录一个物体的边际调整的过程（修改器堆栈中有+标志的操作代表他有子物体编辑层，对于这些紫编辑层的合理使用，将能修改和变形操作产生完全不同的多种变化效果。）4， 在什么情况下需要使用多层子材质功能需要在三维模型的不同区域使用完全不同的材质，从而达到进一步装饰模型的目的3ds Max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：（花瓶-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lathe（旋转加工），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-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3ds Max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NURBS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）：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：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）：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-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）：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-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-120100/100时，角度0-单击关键帧按钮结束动画录制（制作腾空导弹-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-跟随复选框一沙发文件，复位建立，几何面板，拓展几何体，倒角立方体顶，键盘输入，长，宽，高，倒角，建立。参数，倒角段数6前，shift扶手，复制选项，关联复制修改，贴图轴，贴图，立方体材质编辑器，选样本球，贴图，漫反射区颜色，在材质来源选新材质，位图。透视图，快速渲染，成组，保存。二 台灯建立，几何面板，标准几何体，圆柱体。等比例缩放，非等比例缩放，顶，缩放椭圆体建立，几何面板，标准几何体，立方体，aotogrid，顶，立方体。修改，扭曲修改，扭曲，选中心项，拖建立几何面板，标准几何体，球体，取autogrid。建立，几何面板，圆管，修改，削切，锥化渲染并保存三 花瓶建立图形，线，前，逐点绘线修改，编辑样条，点，选贝塞尔角点旋转加工，子物体编辑层材质编辑器，明暗法基本参数，phong，双面，phong基本参数的漫反射区，调出青色。Phong基本参数，解除锁定。阴影区降低亮度。高光区制造瓷器效果。四 油画1.2 同花瓶3制作放样路径及放样建模建图距（前）greategeometrycompound objectloftgetshope2D造型4制作画布建几标平面平移5材质 6 渲染并保存五 导弹 1 建立导弹截面图形建图圆建图星2 绘制放样路径建圆线3 放样建模建几组合物体loft路径参数4 放样物体的变形修变形变比比例变形插入节点平移保存六 床罩1 创建 nursb控制点曲面建几nurb曲面2 修改曲面上的控制点修子物体编辑层控制点选择对象锁定平移3 制作床围褶皱4赋予材质和贴图材漫材