多媒體虛擬現實技術概述(編輯修改稿)
2025-02-09 05:32 本頁面
【文章內容簡介】 聽覺、觸覺等多種感官與虛擬世界進行交互，而虛擬世界能夠迅速而準確地做出反應。要達到這個目標，虛擬現實系統(tǒng)的硬件是基礎，但這遠遠不夠，虛擬現實系統(tǒng)還要進行大量而復雜的軟件設計。環(huán)境建模技術是虛擬現實系統(tǒng)軟件設計的基礎，三維場景實時生成技術和三維虛擬聲重現技術是使虛擬現實系統(tǒng)具有真實感、沉浸感和交互性的關鍵，碰撞檢測技術是衡量虛擬現實系統(tǒng)真實可用性的一個重要方面。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 環(huán)境建模技術 ? 環(huán)境建模技術是構造虛擬場景模型的技術，它是構造虛擬環(huán)境的核心技術。虛擬現實的環(huán)境建模技術不同于一般的圖形建模技術，主要表現在以下三點： （ 1）虛擬現實系統(tǒng)中的場景和物體有自己的行為，而不是靜止的或簡單的運動。 （ 2）虛擬現實系統(tǒng)中的物體要有良好的可操縱性，當用戶對其進行操作時，物體必須能夠做出真實的反應。 （ 3）虛擬環(huán)境的生成必須滿足實時性的要求，能及時地隨用戶的操作而改變。 1. 幾何建模技術 ? 幾何建模是用幾何圖形來構造物體模型的方法。幾何建模技術主要研究對物體的幾何信息表示與處理、幾何信息的數據結構和構造函數以及操縱數據結構的算法。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 2. 物理建模技術 ? 物理建模是在建模時考慮了物體的物理屬性的建模技術，這些物理屬性有質量、慣性、變形等。建模技術包括體素和結構兩個方面。 3. 行為建模技術 ? 行為建模是對物體運動的處理和行為的描述。行為建模不僅賦予物體外形特征，而且賦予物體行為和反應能力，如果說幾何建模是虛擬現實的基礎，那么行為建模則賦予虛擬現實系統(tǒng)以生命，行為建模真正體現了虛擬現實系統(tǒng)的根本特征。 4．虛擬現實建模 NURBS技術 ? 許多工程設計，需要統(tǒng)一的數學方法描述曲線和曲面。非均勻有理 B樣條 (簡稱 NURBS， Non Uniform Rational Basic Spline)正是這樣一種數學方法。它既能與描述自由型曲線曲面的 B樣條方法相統(tǒng)一，又能精確表示二次曲線弧與二次曲面。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 5．紋理貼圖 ? 紋理表現了物體表面的自然特征。紋理貼圖是既能增加繪制圖象的真實性，又不影響它們的基本幾何形狀的一種技術，沒有紋理的圖形顯得呆板和枯燥。 6．全局光照 ? 生成真實感圖形的光照效果的主要方法有光線跟蹤技術和輻射度技術。 7. 聽覺建模技術 ? 聽覺建模是使虛擬場景中具有準確的聲源位置，并使聲音隨操作者位置的改變而實時改變的聲音系統(tǒng)構造方法。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 立體顯示技術 ? 立體圖像產生的方法是：對同一景物分別產生兩幅對應于左、右眼的具有一定視差的圖像，觀察者借助立體眼鏡等設備，使左、右眼分別看到不同的圖像，然后經過大腦的融合，形成立體圖像。常用的立體顯示技術有： 1. 彩色眼鏡法 2．偏振光眼鏡法 3．頭盔式立體顯示器 4．裸眼立體顯示技術 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 三維虛擬聲重現技術 ? 三維虛擬聲系統(tǒng)是在虛擬場景中使用戶能準確地判斷出聲源位置、符合人們在真實世界中聽覺方式的聲音系統(tǒng)。三維虛擬聲重現技術包括聲音定位與跟蹤系統(tǒng)、聽覺環(huán)境系統(tǒng)。 1. 聲音定位與跟蹤系統(tǒng) ? 利用不同聲源的聲音到達某一特定地點的時間差、相位差、聲壓差等可以進行聲源定位與跟蹤。 2. 聽覺環(huán)境系統(tǒng) ? 聽覺環(huán)境系統(tǒng)由語音與音響合成設備、識別設備和聲源定位設備所構成。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 三維場景實時生成技術 ? 虛擬現實系統(tǒng)還要求圖像具有真實感和實時性，真實感是指物體的形狀、光學性質、表面的紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置和遮擋關系等與在真實世界中看到的一樣；實時性是指當用戶的視點改變時，場景能隨之及時改變。這就要求圖像的生成和顯示的速度在每秒 10～ 30幀。 1. 基于幾何圖形的實時繪制技術 ? 為了保證場景刷新頻率不低于 30幀 /秒，除了采用高性能的計算機外，降低場景的復雜度以提高動態(tài)顯示速度是一種行之有效的方法，具體有預測計算、脫機計算、場景分塊、可見消隱和細節(jié)層次模型等。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 （ 1）預測計算 ? 根據物體的運動規(guī)律，如行進的方向和速度，在繪制下一幀畫面之前采用預測、外推等方法提前計算出下一幅場景，以提高顯示速度。 （ 2）脫機計算 ? 將一些可預知的數據事先計算好并存儲起來，這樣可以加快顯示速度。 （ 3）場景分塊 ? 將一個復雜的場景劃分為若干個互相不可見的子場景，每次只繪制可見部分，這樣可降低場景的復雜度，減少繪制多邊形的數目，提高顯示速度。這種方法主要對封閉空間的場景有效。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 （ 4）可見消隱 ? 場景分塊技術與觀察者所處的位置有關，而可見消隱技術則與觀察者的視線有關，系統(tǒng)只顯示當前能看見的場景，而隱去視線以外的部分，這樣也可以降低場景的復雜度，提高顯示速度。 （ 5）細節(jié)層次模型 ? 所謂細節(jié)層次模型（ LOD， Level Of Detail），是對場景中的不同物體采用不同細節(jié)水平而建立的一組模型。 虛擬現實系統(tǒng)的相關技術 2. 基于圖像的場景生成技術 ? 目前，基于圖像的場景生成技術主要有以下兩種： （ 1）全景技術 ? 全景技術是選擇一個觀察點，利用魚眼數碼相機旋轉一周拍攝下一組畫面，然后利用軟件去生成所在視點不同視角的場景。 （ 2）
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