虚拟现实chapter2-1概述

内容回顾第一章虚拟现实技术概述采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等一体化的虚拟环境，用户从自己的视点出发，借助特殊的输入输出设备，采用自然的方式与虚拟世界的物体进行交互，相互影响。虚拟现实定义：虚拟现实系统——“3I”图

Immersion-Interaction-ImaginationImmersionImaginationInteraction四类虚拟现实系统虚拟现实系统：

=用户+硬件+虚拟环境沉浸性用户

虚拟环境精神沉浸身体沉浸第二章虚拟现实的建模——虚拟环境的创建本章组织虚拟现实的建模概述虚拟现实建模工具虚拟现实系统图形程序设计接口：OpenGL虚拟现实建模语言：VRML三维建模工具：3Dsmax，MultigenCreator一、虚拟现实建模概述

虚拟现实建模即虚拟环境的建模虚拟环境：计算机生成的环境真实场景的重现——虚构的场景远古时代人类生活环境的重现——数千年后的未来人类不能达到的危险环境人类不可能进入的微小世界虚拟现实中的三类虚拟环境：真实世界环境的模仿建筑物；小区；地理环境人类主观构造的环境影视制作三维动画真实世界中人类不可见环境的模仿分子结构海洋水动力模拟物理仿真和动画碰撞检测光照模型几何表面属性动力学性质物理性质生学性质头部位置手位置视频音频触觉输入输出

处理虚拟环境：虚拟物体虚拟光物理仿真动画碰撞检测虚拟物体的特性（1）静态和动态特征静态：地板、墙壁、楼梯动态：门、窗、抽屉动态模型的建立：考虑模型的运动过程；对象运动引起的场景变化；虚拟物体的特性（2）物理约束有约束的动态对象门、窗、抽屉的运动；使物体在有限的范围内运动；虚拟物体的特性（3）细节层次物体的不同细节模型；动态装载；虚拟物体的特性（4）表面属性物体的颜色、纹理；（5）音频装置带音响效果的虚拟环境如碰撞激发的声音虚拟光虚拟环境的照明方式现实世界：以太阳为主要光源对静态物体建立光照模型；虚拟世界：一个独立的辐射光照模型物理仿真对对象物理特性的模拟：如对象的质量，重量，惯性，表面纹理，硬度，性状改变模式等动画简单的动画：平移、旋转复杂的动画：动画与数据库结合，采用离散的关键帧技术碰撞检测虚拟环境中虚拟物体的相互碰撞如何实施虚拟环境的建模？虚拟环境的建模是：对虚拟世界中模型的建模虚拟世界中的模型：静态模型：地形、地貌、建筑物、道路、桥梁等静态模型的描述：几何模型光照模型灰度模型纹理处理渲染效果等；虚拟世界中的模型：动态模型：飞机、车辆等活动目标动态模型的建立：如何确定场景中每一个对象运动过程中的坐标；视点变化时场景如何动态刷新如何完整的描述出模型？模型的信息：视觉外形形状：由构成物体的各个多边形、三角形及顶点来确定外观：由表面纹理、材质，颜色、光照系数等决定物理特征虚拟世界中对象的物理特征表达是很复杂的，目前的VR技术还不能支持所有的物理特征；实体信息实体的动力学特征（如汽车运动）视觉特征听觉特征环境信息城市地形地貌、气象条件、光照等环境的信息虚拟现实的建模（视觉建模）几何建模运动建模物理建模行为建模模型分割几何建模描述虚拟对象的形状和外表运动建模主要是对象的移动和碰撞检测两部分物理建模包括定义对象的质量，重量，惯性，表面纹理，硬度，性状改变模式等

对象行为建模对象可以有自己的行为特征，并不一定与用户的输入有关；模型分割虚拟环境分割细节分割（一）几何建模构建一个逼真的客观世界—身临其境、沉浸其中的环境；实体对象的组织方法：层次（Hierarchy）建模方法属主建模方法层次建模方法用树形结构表示实体的各个组成部分，呈分层结构；如自顶向下分解一个几何对象或自底向上构造一个几何对象。分层结构：子对象和其之间的连接，能表现子对象之间的拓扑特性；各节点具有自己的局部坐标系，可以相互转换一种简便自然的复杂实体对象的分割方法，对模型修改十分有利人体的层次模型：属主建模方法

思想：同一种对象拥有同一个属主（母体），属主：类对象的详细的结构和属性特征；属主的实例：复制指向属主的指针；如：汽车建模，先建立轮子的模型特点：（1）简单高效（2）易于修改（3）一致性好实体对象的几何模型：对象的形状（多边形、三角形和顶点）对象外表(纹理、表面反射系数、颜色等)1.对象形状（几何造型）三种方法建造虚拟环境中场景与对象的三维模型：三维建模软件绘制三维模型；从商业数据库中购买现有的三维模型；用特殊的硬件或软件实现自动三维建模；用软件绘制三维模型：三维模型能通过PHIGS、Starbase或GL.XGL等图形库从头创建。但开发一个完整的三维数据库费时费工,一般都要利用一定的建模工具。建模软件,如AutoCAD或3DStudio,或专门VR建模工具,如MultiGen或VRT3，得到高质量的三维数据库。购买三维模型：如著名的美国ViewpointDatalabs的产品：ViewpointCatalog。提供18类几何图形：地貌、一般建筑、世界著名建筑、小卧车、运输车、面包车、其他车辆、飞机、舰船、火车、解剖、人物、动物等。可根据需要调用和加工，结合自己创建的实体模型，建立虚拟环境模型库。自动三维建模三维扫描仪：对实际物体三维建模的工具，能快速的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号。扫描后直接输出包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件（4）三维激光扫描2.对象外表外表真实感主要取决于它的表面反射和纹理增加物体的多边形（before）:在需要实时仿真时,增加多边形会使图形速度变得缓慢。实时纹理处理能力（after）：允许二维的图像数据覆盖到多边形上，在维持图形速度的同时,可用少量的多边形和纹理增强真实感。对象的物理特性：固体不应彼此穿过物体在被推拉抓取时应按预期方式运动。

VR的物理属性用微分方程来描述，构成动力学系统：由系统分析和系统仿真来研究。（二）物理建模技术经典力学的仿真不能满足VR的要求：工程实践中的仿真是耗时的推理活动：花很多时间手工开发系统的数学模型模型再转换成仿真软件和参数选择设计时，初始方程必须修改，并重新运行仿真VR的力学仿真必须可靠地、无缝地、自动地、实时地运行。在世界建模的范围内，任何可能发生的情况必须正确处理。计算机图形把这类仿真称为基于物理的建模。复杂性高，但能逼真地模拟自然物理现象。基于物理的建模：刚体运动模拟塑性物体变形运动模拟流体运动模拟1、刚体运动模拟碰