前沿技術(shù)講座課程論文-虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)29(編輯修改稿)
2025-07-21 20:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 代替三維模型的局部。環(huán)境映照，具體來講，一個(gè)點(diǎn)的環(huán)境映照可通過取這個(gè)點(diǎn)為視點(diǎn)，將周圍場(chǎng)景的投影變形到一個(gè)中間面上來得到的，中間面可取球面、立方體、圓柱體等。這樣，當(dāng)通過此點(diǎn)沿任何方面視線方向觀察場(chǎng)景時(shí)，環(huán)境映照都可以提供場(chǎng)景的完全、準(zhǔn)確的視圖。反走樣，就是在繪制過程中的一個(gè)走樣問題，防止圖形的失真。關(guān)于真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)，具體有以下幾種技術(shù)：1. 基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)基于幾何模型的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)2. 基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)基于圖像的繪制技術(shù)（Image Based Rendering,IBR）,完全摒棄了傳統(tǒng)的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列已知的圖像中生成未知視角的圖像?；趫D像的繪制技術(shù)是基于一些預(yù)先生成的場(chǎng)景畫面，對(duì)接近與視點(diǎn)或視線方向的畫面進(jìn)行交換、插值與變形，從而快速得到當(dāng)前視點(diǎn)處的場(chǎng)景畫面。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，通過建模軟件所建立虛擬環(huán)境，要使用戶能夠感覺更逼真的效果，需要借助于一些特殊的技術(shù)，比如在視覺顯示技術(shù)中，需要立體顯示技術(shù)，有關(guān)立體顯示技術(shù)，有彩色眼鏡法、偏振光眼鏡法、串形式立體顯示法等。當(dāng)我們?cè)谟^看電影時(shí)，我們常用戴紅綠濾色片眼鏡看的立體電影時(shí)，這種方法就是彩色眼鏡法，其原理就是在進(jìn)行電影拍攝時(shí)，先模擬人雙眼位置從左到右兩個(gè)視角拍攝出兩個(gè)影像，然后分別以濾光片（紅、綠濾光片為多）投影重疊印到同一畫面上，制成一條電影膠片，然后戴上紅綠色眼鏡進(jìn)行觀看。既彩色眼鏡法之后，偏振光眼鏡法出現(xiàn)了，目前應(yīng)用比較多。偏振光眼鏡法是在立體電影放映時(shí)，采用兩個(gè)電影機(jī)同時(shí)放映兩個(gè)畫面，重疊在一個(gè)屏幕上，并且在放映機(jī)鏡頭前分別裝有兩個(gè)相互為90度的偏振光鏡片，投影在不會(huì)破壞偏振光方向的金屬幕上，成為重疊的雙影，觀看時(shí)觀眾戴上偏振軸互為90度、并與放映畫面的偏振光相應(yīng)的偏光眼鏡，即可把雙影分開，形成一個(gè)立體效果的圖像。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)慢慢滲透到各個(gè)領(lǐng)域，目前擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)軍事、航空、娛樂、醫(yī)學(xué)、教育等方面應(yīng)用的越來越廣泛。我的結(jié)論是，虛擬現(xiàn)實(shí)的時(shí)代確實(shí)來臨了。我們需要思考的是，如何讓她們更便宜融入于我們的生活。：強(qiáng)化凝視如果我凝視著你，你的心跳會(huì)加速，你會(huì)記住更多我所傳達(dá)的內(nèi)容。但要同時(shí)與200人保持眼神交流幾乎不可能。而虛擬現(xiàn)實(shí)的魅力在于，我可以通過電腦，將虛擬化身顯示在每個(gè)學(xué)生的顯示屏上，每個(gè)學(xué)生都可以與我進(jìn)行眼神互動(dòng)交流，覺得我一直凝視著自己。在過去15年中，我們對(duì)幾百名學(xué)習(xí)者做過試驗(yàn)。結(jié)果顯示，如果學(xué)生認(rèn)為物體一直是老師目光的焦點(diǎn)，他聽課會(huì)更認(rèn)真，成績(jī)也會(huì)相應(yīng)地得到提升。：動(dòng)作和相貌模仿心理學(xué)家認(rèn)為一個(gè)人的受歡迎程度與物體的模仿能力成正比。例如在面試中模仿面試官的姿勢(shì)、動(dòng)作，對(duì)方會(huì)更喜歡你。現(xiàn)在如果我要模仿你們，只能選擇其中一人的動(dòng)作來模仿，但虛擬現(xiàn)實(shí)可以改變這一狀況。創(chuàng)建一個(gè)老師的虛擬鏡像，電腦會(huì)根據(jù)每個(gè)學(xué)生的動(dòng)作創(chuàng)造出一個(gè)與學(xué)生的相貌及行為舉止更為類似，更具親和力的老師，讓學(xué)生覺得老師跟自己相像，從而更認(rèn)真地聽講。同樣，人們對(duì)于相貌更像自己的人也更有好感。：身份的轉(zhuǎn)變一個(gè)人走近一面虛擬鏡子，看到了他的化身，發(fā)現(xiàn)鏡中的自己是一名白人男性。這時(shí)突然有人按下按鈕，鏡中的形象變成了一名黑人女性，例如非裔美國(guó)人。這種虛擬化身與本體的不一致對(duì)他將有何影響?我們知道有個(gè)詞叫做“設(shè)身處地”，如果你和某人有類似的感覺，你的同理心反應(yīng)會(huì)更強(qiáng)。：美麗的化身社會(huì)心理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有魅力的美麗女孩通常更自信、更外向、求職成功率也更高。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，美麗唾手可得，每個(gè)人都可以擁有完美的化身。當(dāng)你的化身是美女時(shí)，你在上前與他人交流時(shí)會(huì)站在一個(gè)離對(duì)方相對(duì)較近的地方。此外，你的講話方式、語音語調(diào)、詞匯的選擇，都會(huì)因?yàn)槟愕奶摂M化身而發(fā)生變化。美麗的虛擬化身能激發(fā)你的信心。：高大的化身在現(xiàn)實(shí)世界中，一個(gè)人的地位高度通常與收入、信心成正比，這是一種重要的社會(huì)暗示。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，高大的形象也垂手可得，它甚至?xí)绊懙侥愕默F(xiàn)實(shí)財(cái)務(wù)狀況。那么這種美麗和高大的感覺會(huì)持續(xù)多久?有的人摘除頭戴式設(shè)備回到現(xiàn)實(shí)后，虛擬現(xiàn)實(shí)仍會(huì)持續(xù)對(duì)他們產(chǎn)生影響。擁有美麗虛擬化身的女孩在現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)更加積極地參與各類社交活動(dòng)，擁有高大虛擬化身的男性在現(xiàn)實(shí)世界里也會(huì)變得更為自信，擁有更強(qiáng)的領(lǐng)導(dǎo)能力。：同理心和利他主義在虛擬現(xiàn)實(shí)中，如果你的化身是視覺障礙者或殘障人士，你會(huì)體會(huì)到各種不便，也會(huì)更加了解這些人的不易。對(duì)這種角色的扮演會(huì)提升你的同理心。而且人們?cè)谔摂M世界中更愿意幫助別人。：環(huán)境保護(hù)人類的特定行為所造成的結(jié)果無法立刻呈現(xiàn)在人們面前，如氣候變化。然而如果使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行模擬，無形的事物——如碳分子——就可以變成有形的，給人一種更直觀的感受。在美國(guó)，廁紙通常是不可循環(huán)再利用的。為了減少這類紙張的使用率，我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，將測(cè)試對(duì)象分為三組：第一組成員拿到了一篇紐約時(shí)報(bào)的文章，講述的是伐木的場(chǎng)景。第二組成員在視頻上看到了樹木砍伐的過程。第三組成員在虛擬現(xiàn)實(shí)中身臨其境地體驗(yàn)了砍樹的過程。一段時(shí)間后，我們對(duì)這三組成員進(jìn)行了后續(xù)追蹤調(diào)查，其中第三組成員的用紙量下降了20%，而其他兩組成員的行為基本沒有改變。所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在一定程度上有助于加強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)。 二、技術(shù)方法介紹開發(fā)一個(gè)應(yīng)用的第一步就是要從數(shù)學(xué)上定義基本過程,并配備已有的硬件資源。第二步就是開發(fā)對(duì)象數(shù)據(jù)庫和優(yōu)化模型,即建立對(duì)象的形狀、外表、行為、限制模型并將對(duì)應(yīng)的I/0 工具映射到仿真的世界。建立一個(gè)虛擬對(duì)象模型所要考慮的一些基本問題有以下幾個(gè)方面：幾何建模，運(yùn)動(dòng)建模，對(duì)象特征，模型分割等。本論文主要就幾何建模技術(shù)進(jìn)行闡述，幾何建模描述虛擬對(duì)象的形狀(多邊形)三角形和頂點(diǎn)、以及它們的外表(紋理、表面反射系數(shù)、顏色) 。要表現(xiàn)三維物體，最基本的是繪制出三維物體的輪廓，利用點(diǎn)和線來構(gòu)建整個(gè)三維物體的外邊界，即僅使用邊界來表示三維物體。三維圖形物體中運(yùn)用邊界表示的最普遍方式是使用一組包圍物體內(nèi)部的表面多邊形來存儲(chǔ)物體的描述，多面體的多邊形表示精確的定義了物體的表面特征，但對(duì)其它物體，則可以通過把表面嵌入到物體中來生成一個(gè)多邊形網(wǎng)格逼近，曲面上采用多邊形網(wǎng)格逼近可以通過將曲面分成更小的多邊形加以改進(jìn)。由于線框輪廓能快速顯示以概要的說明表面結(jié)構(gòu)，因此，這種表示在設(shè)計(jì)和實(shí)體模型應(yīng)用中普遍采用。通過沿多邊形表面進(jìn)行明暗處理來消除或減少多邊形邊界，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)性繪制。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果或數(shù)據(jù)分析：對(duì)于對(duì)象的形狀建模常?？梢岳矛F(xiàn)有的圖形庫來創(chuàng)建，常用的圖形庫有：圖形核心系統(tǒng)GKS(Graphical Kerna1 System )、程序員級(jí)分層結(jié)構(gòu)交互圖形系統(tǒng)PHIGS、開放式圖形庫OpenGL(Open Graphics Library)等。下圖是使用OpenGL創(chuàng)建的幾個(gè)幾何形體：voidNeHeWidget::paintGL(){
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