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虚拟现实技术概述 作者：廉志超 学号：1606210415 摘 要：介绍了虚拟现实技术的定义、所具有特征、介绍了建模技术，Web3D技术，之后讨论了虚拟现实开发平台EON，最后探讨了虚拟现实技术的目前所面临的十大科学技术问题。 关键字：虚拟现实；建模技术；Web3D;EON 虚拟现实定义： 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中1993年,Burdea G在Electro 93国际会议上发表的“Virtual Reality System and Application”一文中,提出了虚拟现实技术三角形。即三“ I”特征: Immersion(沉浸)、Interaction(交互)、Imagination(构想)。 Immersion(沉浸)是指用户可以沉浸于计算机生成的虚拟环境中和使用户投入到由计算机生成的虚拟场景中的能力,用户在虚拟场景中有“身临其境”之感。他所看到的、听到的、嗅到的、触摸到的,完全与真实环境中感受到的一样。它是VR系统的核心。 Interaction(交互)是指用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力。它是人机和谐的关键性因素。用户进入虚拟环境后,通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用,用户可以进行必要的操作,虚拟环境中做出的相应响应,亦与真实的一样,如拿起虚拟环境中的一个篮球,你可以感受到球的重量,扔在地上还可以弹跳。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运动的程度等;VR是自主参考系,即以—2—用户的视点变化进行虚拟交换。 Imagination(构想)是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中,与虚拟环境进行了各种交互作用,从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识,从而可以深化概念,萌发新意,产生认识上的飞跃。因此,虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口,而且可使用户沉浸于此环境中获取新的知识,提高感性和理性认识,从而产生新的构思。这种构思结果输入到系统中去,系统会将处理后的状态实时显示或由传感装置反馈给用户。如此反复,这是一个学习———创造———再学习———再创造的过程,因而可以说,VR是启发人的创造性思维的活动。 建模是对现实对象或环境的逼真仿真。在虚拟环境中，虚拟对象是主要的对象，它的虚拟再现是通过建模来实现的。虚拟对象的建模意味着对象的静态特征和动态特征各个方面的建模，也就是对形状、外观、运动学约束、智能行为、物理特性等建模。 3.1对象虚拟 对象虚拟是虚拟现实研究的重点，是使得用户沉浸的首要条件，通常，对象虚拟主要研究对象的形状和外观的仿真，其过程主要包括建模和视觉外观设计。建模方法包括几何建模、图像建模、图像与几何相结合的建模三种方法。视觉外观包括为场景添加光照和纹理映射。 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，总体而言，建模方法分为3类：多边形，非统一有理B样条(NURBS)和构造立体几何(CSG). 多边形建模是最先发展的建模方式，它将点、边、面组成一系列线段和平面，通过把线段和平面嵌入到物体中来生成一个多边形网络然后利用网络逼近生成模型。 非统一有理B样(Non-Uniform-Rational B-Splines,NURBS).其中，Non-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是指每个NURBS模型都可以用数学表达式来定义，可以应用有理方程式。B-Splines是一种三个或者多个点之间进行插补的构建曲线的方法。 构造立体几何(CSG)又称布尔模型，是一种通过布尔运算将一些简单的三维基本体素拼合成复杂的三维模型实体的描述方法。 3.1.2图像建模 几何模型实现真实图像非常复杂，建模开销大，实时绘制慢，所以图像建模与绘制技术(Image Base Modeling and Rendering,IBMR),是指用预先获取的一系列合成或真实的图像。新图像的合成是通过适当的组合和处理原有的一系列图像来实现。包括全景图建模技术、图像插值及视图变换技术。IBMR具有建模容易，真实感强，绘制速度快，交互性好等优点。 3.1.3图像与几何相结合的建模方法 几何建模与图像建模各有优缺点，而图像与几何相结合的建模方法则合理利用二者的优缺点，提出了两种技术：一种是模型+贴图形式，另外一种是背景+模型形式。模型+贴图形式原理是根据不同视角的被建模物体的照片，通过建模软件多视图的点、线位置采样，然后分区块构建模型。背景+模型形式是将几何建模构建的虚拟对象与图像建模构建的背景完全融合，满足用户的视觉一致性。 3.1.4