虚拟现实的建模技术

虚拟现实的建模技术一、虚拟现实建模技术概述虚拟现实技术是在虚拟的数字空间中模拟真实世界中的事物,这就需要一个逼真的数字模型,于是虚拟现实建模技术就产生了。虚拟现实与现实到底像不像,是与建模技术紧密相关的,所以建模技术的研究具有非常重要的意义。按照建模方式的不同,现有的建模技术主要可以分为:几何造型、扫描、基于图象等几种方法。几何建模虚拟对象基本上都是几何图形构成的。几何建模主要处理具有几何网络特性的几何模型的拓扑信息和几何信息。拓扑信息是指物体各分量的数目及其相互间的关系，包括点、线、面之间的连接关系、邻近关系和边界关系。几何信息一般是指物体在欧式空间中的形状（点线面），具有确定的位置和度量值。采用几何建模方法对物体对象虚拟主要是对物体几何信息的表示和处理，描述虚拟对象的几何模型，例如多边形、三角形、顶点和样条等。即用一定的数学方法对三维对象的几何模型的描述。1、多边形建模多边形建模方法是传统的建模方法，适合于建立规则的物体模型，多边形建模的基础在于点、线和多边形，任何模型都可以最终看做是由无数三角形面按一定的组成关系所构成的三维对象。基于多边形建模的基本原理，可以知道的是构成模型的面数越多，模型的细节越能表达的细致，模型也越真实，但也需要考虑模型的细节需求与面数的折衷。6多边形建模-实例1（editablemesh）7(F4)→多边形建模-实例2（eidtablepoly）Editablepoly与editablemesh类似，也是多边形建模的一种方法，其子物体层级与editablemesh有些区别，没有face，只有border，该建模方式与editablemesh相比，参数丰富一些，也更灵活。8910Nurbs（非统一有理B样条）Non-UniformRationalB-SplinesNon-Uniform：是指一个控制顶点的范围能够改变，用来创建不规则曲面。Rational：指每个NURBS模型都可以用数学表达式来定义，用于表示曲线或曲面的有理方程式给一些重要的曲线和曲面提供了更好的模型，如球体等。B-Splines：是一种在三个或者更多点之间进行插补的构建曲线的方法。12创建NURBS模型——

花瓶1314创建NURBS模型——

鼠标1516171819人机交互的环境通常包括三种情况:第一种是完全对真实世界中的环境的再现。如网上3D户型展示（如图9-1）是对真实房屋结构图的再现，虚拟校园中教学楼模型的真实再现(如图9-2)等，这些真实环境已经存在，通过虚拟现实技术将其仿真模拟出来.网上3D户型校园直场景第二域种是腊完全润虚拟工的、谢当前期并不蛾存在雀的环弄境。征例如逼在影罢视制蛋作领并域，壳虚拟则现实蝴技术眨的发色展为框其提磨供了赢更为适广阔奥的空阻间,创作项者可固以灵给活地税将以神前很庄难或堂者无碌法拍筑摄到北的画谎面元舌素融止入到傲自己开的作舟品中,以增址强画油面的越真实继感、熟表现批力和滋视觉惊冲击晓力。徒在游渗戏行湾业中夏，虚比拟现夏实技锡术创屡造三茎维模或型、槽三维邻角色讲和虚披拟世遭界，绞使玩亏家与芽游戏迈中的拖角色司合二镜为一似。电影《阿凡夜达》植物大那战僵尸第三种讯是对微巷观的物朵体或现狐象进行教模拟仿怨真。如脾物理、炎化学等姐物体及碧物质变捎化过程狱难以用膀语言文熔字说明晴清楚，丙可借助坚虚拟现弄实技术廊，使人穿眼能够伞看到，勺从而体券现科学允可视化套的重要娱意义。耐在生理贼课程中乔，通过州虚拟现域实技术通模拟真刻实的人球体器官痛的三维梁模型，誉该模型姓具有人球体形态归以及肋慨骨、肝妹脏、心颠脏等各塔个器官晴的外貌搁，而且好具备各钥器官的阳新陈代首谢机能裳，能较行为真实疯地显示畅出人体禁的正常枣生理状浴态和出郊现的各军种变化收。虚拟现躲实系统要的分类（1）沉浸对式VR系统沉浸式狡虚拟现详实系统哑提供参贷与者完效全沉浸搞的体验辅，使用斜户有一家种置身谢于虚拟族世界之越中的感撤觉。其晒特点是停：利用闸头盔显稼示器把晌用户的浙视觉与寄听觉封标闭起来莫，产生暖虚拟视踢觉；同电时，它挺利用数悉据手套什把用户杰的手感赞通道封铁闭起来执，产生传虚拟触芝动感。虚拟斥现实零系统就的分步类沉浸式VR系统虚拟白现实宴系统药的分耳类（2）桌岔面式VR系统桌面虚税拟现实状系统利蝴用个人傅计算机须或PC工作站删去产生判仿真，备将计算店机的屏瞧幕作为怀用户观报察虚拟粗世界的侮一个窗紧口，参捎与者坐发在监视追器前，腿通过计跳算机屏夺幕观察36赴0度范散围内逗的虚鄙拟世挺界。曲使用亡的硬随件设哭备主珍要是臂立体脊眼镜债和一逃些交幅互设亲备（冠如数早据手扰套、壁空间韵位置仿跟踪荷定位界设备愁等）朋。主龙要用称于计肯算机济辅助止设计辩与制绑造、执建筑篮设计撤与桌趋面游协戏等轰领域获。桌面式VR系统虚拟咱现实赚系统棋的分疗类（3）价增强贝式VR系统增强式VR系统过简称鼓增强葡现实占，英吉文全谢称为Au辜gm脸en茎te纳d法Vi栏rt称ua吼l播Re格al票it研y，它燃既允弊许用蜓户看次到真滔实世膀界，刻同时以也能筒看到痛叠加急在真招实世印界上防的虚仅拟对壮象，冶它是厌把真查实环凉境和圆虚拟涌环境凝结合粮起来忠的一裁种系族统，险既可凤减少亦构成播复杂傅场景川的开烈销，遵也可掘对实画际物掘体进垒行操各作，臭真正宁达到昌了亦挖真亦制幻的泻境界珍。在纱增强纯式VR系统中蛙，虚拟蒜对象所愿提供的淘信息往世往是用捆户无法妙凭借其搬自身感泼觉器官悉直接感神知的深减层信息畏，用户委通过利疲用虚拟意对象所框提供的鹊信息来贪加强对消现实世该界的认但知，如塞图9-1腰0所示翅。增强屠式VR系统虚拟而现实慎系统蚂的分燃类（4）节分布扎式VR系统分布式VR系统肯（Dis疮tri乓but侍ed戴Vir狸tua脂lR除eal烈ity）是VR技术和僻网络技牵术发展仆和结合气的产物炼，是一飘个在网虽络的虚部拟世界桶中，位挠于不同暂物理位任置的多享个用户贿或多个弱虚拟世所界，通柜过网络郊连接成滑共享信题息的系血统。分径布式虚等拟现实明系统的地目标是昼在沉浸副式VR系统的六基础上当，将地惭理上分哭布的多率个用户糕或多个钓虚拟世裁界通过辱网络连万接在一练起，使丸每个用坡户同时谊加入到贿一个虚帝拟空间毯里，通符过联网歼的计算阁机与其站他用户唯进行交进互，以敢达到协氏同工作阔的目的练。虚拟现截实系统在的分类分布式VR系统的喷特点：①寇各用飞户具番有共扭享的摘虚拟葬工作凤空间架。②碌伪实增体的受行为键真实华感。③李支持境实时厕交互吵，共停享时员钟。④多逗个用户泊可用各讽自不同贯的方式仁相互通扣信。⑤擦资源书信息稠共享鲜以及掀允许涛用户涨自然布操纵卷虚拟票世界则中的证对象楼。虚拟现码实系统丢的硬件储设备在虚拟惭现实系铃统中，毙硬件设备备由三茅部分组杯成，即疏是输入啄设备、笨输出设乏备和虚貌拟世界币生成设拘备。手部数宾据交互妄设备数据点手套绑（Da仙ta妻G眨lo感ve）数据侨手套符是一怠种戴去在用背户手斥上的县传感阳装置俯，用跌于检狂测用僚户手胜部活硬动的钩设备辉，并于向计殃算机止发送抛相应董电信亩号，策从而志驱动孝虚拟局手模蒜拟真继实手酬的动艇作。如图盗所示节为戴摩上VPL数据手姥套的人畏手与屏归幕显示哪的虚拟或手。该驱数据手严套把光蚁导纤维童和一个陆三维位务置传感宾器缠绕煤在一个沉轻的、席有弹性厘的手套跃上，每信个手指傍的每个班关节处肯都有一屠圈纤维债，用以并测量手笼指关节宝的位置粒与弯曲渣。输入摄设备数据游衣（Da表ta目S海ui汤t）数据疮衣将愈大量挡的光堤纤、逢电极驱等传呆感器进安装趟在一再个紧缘瑞身服妄上，教可以所根据按需要零检测幼出人傅的四辫肢、丙腰部逆的活回动以鞠及各框关节启（如扑腕关目节、李肘关膛节）促的弯们曲角框度，悔然后遵用计碰算机尼重建池出图撤像。其他交肚互设备三维慕扫描贡仪（3D碑Sca韵nne渔r）三维扫算描仪的辰功能是勾通过扫亩描真实脊模型的晴外观特鹅征，构地造出该统物体对甜应的计钱算机模视型，通强常分为迎激光式疏、光学镰式、机云械式等刚三种类丹型。三维激兴光扫描性仪（3借DL蹦ase饮rS佣can异ner询）应用摔最为广剑泛，其界数据处急理的过巷程一般爸包括数寻据采集厌、数据沈预处理故、几何泼模型重魔建和模馒型可视超化等四佳个步骤虽。手部数两据交互肃设备三维患浮动习鼠标腰器（3D满Fly弯ing涉Mo易use）三维浮谋动鼠标钟器的工链作原理跃是：在仇鼠标内薪部安装蛛了一个臭超声波额或电磁萄探测器掉，利用每这个接湖收器和夹具有发忧射器的暗固定基餐座，就霜可以测缠量出鼠底标离开愿桌面后丈的位置蝇和方向思。三维定舞位跟踪辈设备:用于丸检测盆位置贪与方乒位，陡并将涝其数室据报繁告给岩虚拟区现实猛系统牙。在塔虚拟河现实壳系统包中最稠常见目的应爽用是利跟踪泻用户抹的头测部位稿置与摘方位亏来确蔬定用铺户的爪视点蛙与视折线方腔向，史而视墨点位嫂置与病视线降方向即是确筒定虚仅拟世蚀界场耳景显换示的死关键府。三维定忌位跟踪稼设备输出设摆备①视觉感汁知设备奥：视觉惨感知设坟备主要躁是向用势户提供防立体宽牢视野的梳场景显缓示，并丢且这种排场景的晚变化会所实时改浙变。此侄类设备删主要有困：头盔杰式显示肥器、洞福穴式立炊体显示屿装置、疗响应工睡作台立肉体显示睛装置、刑墙式立百体显示圾装置等论。带立体员眼镜的婶台式立棒体显示裳系统②听觉感尊知设备疮：提供体虚拟世唐界中的色三维真弱实感声支音的输咽入及播建放。一偏般由耳图机和专带用声音登卡组成傅。通常嫩用专用允声音卡孝将单通虎道或普歪通立体轧声源信父号处理语成具有芳双耳效著应的三网维虚拟娃立体声豆音。③触觉摸（力诉觉）习感知壤设备朱：力搭觉感率知设驻备主辞要是灿要求资能反朋馈力爪的大土小和掘方向错，而察触觉筛感知莫应包菜含一未般的故接触饰感，臂进一谱步应予包含广感知钩物体势的质广感、惕纹理哈感及晶温度薯感等凝。目或前能稿实现项的仅母仅是宵模拟谅一般遗的接斥触感弓。桌面萍力觉享反馈屠装置虚拟使现实座的Web哀3D技术We抄b3尖D一词来员自We诵b3板D协会，乏它是一据个国际出性的非新赢利组渴织，主暂要任务么是制定蹈因特网3D图形的德标准与讯规范。子随着网泛络带宽嫁的逐渐雁提升，者采用We颜b3舌D技术靠实现暂的网桥站越吐来越粗多。We伶b3耳D技术主央要是针啊对于三境维显示匙技术的壁网络应银用而开走发的，鲜故决定历了We踩b3像D技术的耕主要特完点就是动使三维森模型在歇网上进骡行三维展交互演氧示。We在b3活D是指舱基于In狼te肆rn弯et的、膝依靠扎软件权技术贡实现叔的桌导面级型虚拟找现实竞技术慎。We悟b3剥D技术是厦实现网权页中虚精拟现实摩的一种驰最新技笋术。VR屯ML是互联卸网3D图形的畜开放标墨准，是3D图形茅和多贤媒体载技术乱通用室交换脚的文搅件格氧式，介它基怜于建杆模技绣术，佛描述椅交互否式的3D对象和皂场景，乔可应用弃在互联割网与本状地客户廉系统中故。由于闪网上传虚输的是豆模型文陕件，故否其传输逆量明显杜低于视赔频图像香的传输北量。VR世ML技术（1）VR考ML技术VR委ML是一种良在网络部环境下绕描述虚劲拟三维碎模型和度提供交阵互操作笑的跨平鸦台、开管放式、字解释性哈的文本郊语言，眉具有强甲大的三驰维场景淘建模功督能，可扶方便的就构建虚骗拟控制旧设备现溪场。VRM惩L是一狗种建怖模语每言，娘也是托一种拳描述Int纪ern延et上交妈互式3D多媒与体和患共享虎虚拟白世界严的开善发标灾准，艺可在鸦低带逝宽异监构的欠网络清环境矛下，超进行底低带拖宽的络传输寺和远村程指违令的神接收月。利碗用VR红ML建立逃的三柜维场迁景可砖在带VRM椒L浏览豪器插练件的IE浏览轿器中邪浏览舒观看乒，同饶时VR均ML支持烘三维抗声音文，可泊定义门不同相的事锦件触犁发不亿同的春声音里提示钉。VR逝ML技术由于VR柿ML支持使系用内建结的脚本县语言如如：Jav悄a、Jav京asr板ipt等，锄故VR喜ML程序种具有搂很强梨的交夹互功设能。VR疲ML文档一乏般包含可如下部货分：文件树头：葡给浏芬览器握提供漠文件侦的版延本信简息；注释：敏以#号开紫始的鹅说明胃文字疯；节点尖：场旅景信锄息的仗单位由，用遣来描摧述场乓景中筑的造沾型、尽灯光答等；属性拘值：祸描述驻及改东变节款点属钟性的樱大小父。VR戴ML是类似C的结丛构化下数据饿，易束读性顷好，旨但用普程序脉数据搭提取星出来文困难昏。VR炕ML技术#危VR洞ML目V榆2.烈0抛ut贼f-跃8Sh撑ap倦e{己a假pp写ea舟ra容nc金e锡Ap残pe触ar骆an办ce务#定义碎物体幸的外龙观属疾性{城ma怠te培ri辈al堪M背at理er绑ia棉l嘉#定义材高质属性{匀e渣mi花ss及iv脂eC免ol蔬or漏1书0长0系#表示柴球的油表面要材质降反射胆红光}铜}ge捷om君et芳ry堪S脖ph神er匪e彻#定义暮物体意的几剖何属兔性{竞r吸ad推iu悄s绿1唐#表示球四体的半氏径是1个单坚位}}Cul现t3D技术Cu荣lt踩3D是瑞典Cy盖co见re公司开究发的网薯络三维攻互动展秀示技术宏，它是例利用现聚有的网铃络技术绒和强大轮的3D引擎在世网页上馆建立互砌动的三庆维物件貌，只需栽用鼠标丹进行简程单的操待作，便姨可对页役面中的事逼真物未体模型孩进行全猪方位的腥观看，鹅还可对背物体进缺行放大领、缩小释、旋转立与拆装慈等操作哨，让浏惨览者能着够真实盯地感受抱到物体垫的相关释属性。Cul禽t3D的内首核基即于Jav赵a语言，杰具有很依强的交项互和扩欣展性。Cu浙lt轿3D技术利用Cu法lt汤3D技术芒可以受对产柏品进巴行数秆字化母模型薄设计栗，设题计后泉的模螺型可控无缝蜘地嵌箭入到挖在线柿的HT看M页面以惨及其他满一些应慢用程序啦中。Cul垒t3D有三个扶不同的沾程序功蓝能，包孟括Cul元t3D汉Ex吨por裹ter、Cul暴t3D脊De伪sig皆ner和Cul值t3D范Vi吨ewe联r。Cul袖t3D绕Ex缠por塌ter是供3D建模鞭的软趁件，倾如可榆作为3D忧Stu蠢dio或May着a使用的告插件。抖由于Cul颂t3D不具喊备3D建模功鲁能，利增用这个赵插件可弊以从3D建模锣软件裤中把3D模型导弹出到Cul萄t3D突De岂sig属ner中制柄作。Cu腾lt狠3D械D笋es搞ig施ne预r是Cu权lt堤3D的核厘心技犁术，垫在Cul骑t3D侵De退sig饺ner中可以设对3D筝Stu将dio、Ma栋ya等3D软件珍导出Cu送lt喉3D模型对丧象建立堪基本的缺交互功傲能，Cu芳lt陡3D殿V逃ie刷we瞒r是供IE等浏名览器娱使用党的插辆件。Vir党too情ls技术Vi孤rt艺oo辉ls操作界踩面Vi罢rt淹oo鉴ls资源系编辑贷界面三维浪世界博编辑城区窗赛口三维榴世界借编辑淹区窗谣口三维世领界编辑古区窗口三维建况模工具搅简介（1）3d控sm炊ax3ds游max可以用额于影视投制作、尊广告动御画、建朝筑效果罩图与模药拟产品萍造型设疾计等。3ds群max具有的鱼强大功您能：灵与活多样芽的建模纽奉方式，朝如多边泪形建模纺、细分沟建模与NUR惯BS曲面茶建模歉等；府丰富僻的材霸质质址感表夺现；帖高级遗曲线粘动画嗓编辑瓶等。标准基普本体非巷常容易积建立，另只要单耐击并拖惩动鼠标纲指针，俯交替几略次就可录完成；涨或通过翼键盘输轻入来建报立。建鼻立标准袍几何体浙是3ds融Ma泛x的基绵础。闸建立【标准冲基本傻体】的工杆具介速绍如芳下。标准花基本蛇体的垂创建扩展基家本体的管创建车削喜编辑隐修改姜器使用【车削】修改夹器可惯以通膛过旋垃转二尼维图红形来汗产生佳三模真模型怀，如因图所喂示，质或通筛过Nur典bs曲线来植创建3D对象。挤出编捕辑修改童器【挤出】修改踪蝶器是丛将二逢维的廉样条妨线图额形增杯加厚钞度，相挤出剩成为泳三维刃实体穴，可坊以进兵行面停片、两网格转对象仁和Nu巾rb车s对象3类模累型的迅输出脊。倒角哀编辑劳修改士器使用【倒角】修改掠器是纺通过寒对二冒维图成形进帖行挤贺出成芝形的风同时票，在雁边界倚上加朱入直案形或澡圆形窑的倒篮角，耽如图算所示劣，一轻般用洁来制找作立遗体文击字和远标志确。+二维图形放样路径三维建她模工具原简介（2）May筹aMay列a是美国Au闸to渗de程sk公司敲开发狂的三丝式维动安画软建件，翻主要针应用煎于专层业的康影视捐广告朗，角花色动哑画与傻电影农特技率等。May印a与其它牌的三维耗软件有菜明显的照区别，冤首先，May迫a继承了Ali苹as所有的属工作站呆级优秀助软件的冷特性：样灵活、顾快捷、奸准确、钉专业与刃可扩展垃性。May辈a的操掀作平跟台基葛于Win觉dow稀sN赛T，操作危更简便妨。Ma禁ya模拟纠灯光刚更加包真实旱，可付调参谢数更艇突出贫，特莲技灯份光种轰类更底丰富充更具怀有吸漂引力塞。矢逆量材愉质可计模仿京木纹危、毛叔石、仗水等竹，节祥省了脖贴图援的制廊作，么同时颠在折筹射、患反射傻等效竖果上计更加钢独特钩。（3）Aut春oCA暖DAut疼oCA呢D是美国Au斥to而de锻sk公司首屡次于198胡2年开发烂的自动次计算机状辅助设涉计软件鸣