第四章虚拟现实的图形学基础

第四章虚拟现实的图形学基础计算机图形学技术是实现虚拟现实系统的重要理论基础之一，它可以把用户脑海中的构想有效地转化为用户能观察的视觉图像，再结合传感技术、用户交互技术，使得计算机构造出一个用户能看到、触摸得到、感受得到并能沉浸其中的虚拟环境。1.虚拟环境中的视点定位在虚拟环境中定义虚拟观察者参考坐标系的方法，主要有以下几种；（1）方向余弦定位法（2）方位角定位法（3）欧拉角定位法（4）四元定位法,2.透视投影为了显示虚拟物体,必须将三维几何模型经过投影变换,转换成显示器二维平面透视投影图。（1）透视控制模型数据被处理成较大的有结构层次的场景还是一台式物体均由Z轴的相对数值决定。（2）视场透视图像的视场可通过设置对虚拟观察者可视的X、Y坐标范围来控制，在此范围内的点是可见的，而外部的点是不可见的。,3.人的视觉（1）空间视觉问题人们在日常生活中常需要知道自己所关注的对象的距离。而获得这些问题的答案依靠的是空间深度感受深度感（远近感）。（2）立体观察虚拟现实系统使用户尽可能地与计算机生成图像接口，尤其是利用立体视觉。,4.色彩理论（1）光线与颜色在光线的照射下，人们通过视觉器官感知周围物体的存在，每个物体在人们的视觉中反应出不同的色彩。（2）三基色原理通过对人眼彩色刺激灵敏度的研究发现，各种彩色感觉都可以由适当选择的3种基色按不同比例混合而成。（3）色彩模型彩色模型是一种定量描述颜色的方法，它是通过彩色空间中一组坐标值来表示一种颜色来实现的。RGB模型CIELUV模型HSV模型HLS模型,5.光照模型（1）点光源在光照模型中，最简单的光源是点光源。因为它需要一个空间位置和光的强度。（2）无限远点光源无限远点光源是由于光源位置处于无限远处以致于入射光线都是平行的。（3）局部光源局部光源要用相关的角度来模拟定向光束的光照特征。典型的应有光强、位置、方向和照射角。（4）环境光环境光即为背景光。,（5）阴影当观察方向和光照方向不一致时，就会出现阴影，阴影能使人感到显示器景物的远近深浅，从而极大地增强了画面的真实感。（6）透明度（7）增强真实感增强真实感需要考虑以下几个问题:多光源光强随距离增加现时衰减逆光X射线源,6.反射模型物体表面的反射光可以分为漫反射光和镜面反射光。（1）漫反射一个粗糙的、无光泽的表面表现为漫反射，即对光线沿各个方向都作相同的散射，所以这种表面从各个视角看起来都有相同的亮度。（2）镜面反射在任何一个有光泽的表面上，都可发生镜面反射。,7.真实感图像的真实感提高有两部分内容：首先图像的内容可以通过加入真实世界的纹理、氛围效果、阴影和复杂的表面形状加以改进。其次描绘生成的图像中应不含任何人造的物品。（1）纹理映射纹理映射是将一给定的纹理函数映射到物体表面上，在对物体表面进行颜色计算时可采用相应的纹理函数值代替表面的漫反射分量，从而进行计算。（2）走样（3）反走样（4）凸包映射凸包映射是在光照计算的时候通过调整平面法向量而提高真实感。（5）环境映射,8.三维消隐常见的消隐算法有以下几种：（1）画家算法（2）Z缓冲器