面向视景仿真的虚拟校园实时交互和漫游系统

1、面向视景仿真的虚拟校园实时交互和漫游系统摘要：本文研究了双目立体视觉成像原理并实现了基于wtk的虚拟校园动态对象的双目立体视觉成像，探讨了视点的设置、虚拟场景的交互和漫游、实时碰撞检测处理等虚拟场景交互和漫游问题，开发了面向视景仿真的桌面式虚拟现实系统，分析了系统层次结构，简介了系统的软件硬件配置，初步实现了虚拟校园实时交互和漫游基本功能。关键词：虚拟现实虚拟校园交互和漫游中图分类号：tp391.9文献标识码：a文章编号：1007-9416(2012)01-0087-021、双目立体视觉成像原理人的信息感知约有80%是通过视觉获取的，虚拟环境的好坏主要取决于其视景生成系统的好坏。人之所以对所见

2、物体产生立体感，主要是由双目视差造成的，人的大脑通过这一视差差别对被观察对象产生立体感觉，虚拟现实环境就是基于这一原理，对用户的双眼分别产生两幅具有细微差异的图像，而两只眼睛的视线有很大一部分是重叠的，利用这种重叠而形成的深度知觉即为双目立体视觉1。双目立体视觉成像原理2,3,4如图1所示。图1中，左、右投影中心分别为和，左右眼的距离为，视点到投影面的距离为，将三维空间物体上的任意一点投影到z=0的x-y投影平面上，产生该点的像分别为和。2、虚拟校园动态对象的双目立体视觉实现虚拟校园动态对象（如汽车整车模型）的建立是基于cad建立整车的三维几何模型，通过iges的数据接口转化为wtk可接受的数

3、据格式，再添加纹理、定义光源和材质文件来实现对汽车模型的表面建模；根据双目立体视觉成像原理，在wtk软件平台上实现两幅图像的合成，并以一定的频率相互转换，利用人的视觉的迟滞效应，通过虚拟现实硬件（如红外发射器、立体眼镜等）在人的大脑中合成立体视觉图像。图2为在cad中建立的某虚拟校园动态对象模型在wtk平台上实现的动态对象的双目立体视觉显示示例。3、虚拟校园和图书馆场景的交互和漫游3.1 视点的设置在虚拟校园动态对象虚拟场景的交互和漫游中，首先必须设置视点。视点的设置有两种，即设置在动态对象的内部或者外部，分别获得不同的视觉效果。当视点设置在动态对象的内部时，则可以观察到动态对象的内部情况，实

4、现对象的内部交互；视点设置在动态对象的外部时，则可以观察到动态对象的外部情况，实现对象的外部漫游。本研究视点是通过三维鼠标等传感器来实现，传感器的方位被自动记录并进行实时平移和旋转计算，通过wtk有关函数来设定视点的方位，再实现视点和虚拟场景中的实体的运动连接，从而产生沉浸感。3.2 虚拟场景的交互和漫游桌面式虚拟现实系统中，虚拟场景的交互是采用键盘和鼠标来实现的，由于鼠标操作灵活，通过鼠标的移动来改变观察的视点，控制动态对象的运动方向，或实现虚拟场景的放大和缩小；通过立体眼睛或头盔来感受动静态模型在不同方位上运动图像。3.3 实时碰撞检测当动态对象在虚拟环境中运动时，应对动态对象与其它物体间进行实时的碰撞检测和响应，从而增强交互的真实感。动态对象的实时碰撞检测，主要是针对运动物体（如汽车）与虚拟环境中的静态物体（如校园公路旁边的栅栏等）的碰撞进行实时检测，并做出响应。本研究是通过采用粗略碰撞检测算法来实现的。粗略碰撞检测算法是基于整个包围盒或包围球的碰撞检测，只能大体检测物体之间的碰撞，可以降低碰撞检测的复杂性，使虚拟环境交互实时性增强5,6。4、面向视景仿真的桌面vr系统开发4.1系统层次结构考虑到经济性，确定开发的重点是虚拟校园和图书馆场景的生成和漫游，使用户能够“沉浸”于一个由计算机生成的虚拟校园环境中，并实现基本的交互功能和简单的构想。基于w