虚拟现实技术中45

第2章对象的概念视觉逼真•建模与绘制方法基于几何的建模与绘制(GeometryBasedModelingandRendering)基于图像的建模与绘制(ImageBasedModelingandRendering)•特殊效果表现第2章对象的概念•对真实世界进行抽象，建立其3D几何模型(几何建模软件)•给定观察点和观察方向，利用计算机实现模型绘制、着色、消隐、光照以及投影等一系列过程，产生虚拟场景(图形平台)优点:场景中所有对象的几何模型都是准确知道的，因此用户可以在这种虚拟场景中自由漫游，还可以任意地操纵虚拟场景中的虚拟对象，真正地“沉浸”在这样的虚拟场景中。基于几何的建模与绘制(GBR)第2章对象的概念三维绘制过程图示第2章对象的概念点线面模型第2章对象的概念面片模型添加纹理第2章对象的概念面片模型添加纹理和环境效果第2章对象的概念真实地形构建的虚拟环境第2章对象的概念海浪效果的虚拟环境第2章对象的概念IBR是计算机图形学和计算机视觉相结合的产物：使用计算机图形学的思想构造虚拟场景；使用计算机视觉技术从已知的图象中生成新的图象。特点:以图象为基础构造场景，无需构造场景的3D模型基于图像的建模与绘制(IBR)第2章对象的概念柱面全景图象第2章对象的概念第2章对象的概念发型、衣物的模拟运动系统建模形体建模面部建模皮肤变形模拟皮肤、头发光照模拟第2章对象的概念构造的合成自然环境(SyntheticNaturalEnvironmentSNE)除了在视觉逼真外,还需要模拟一些自然景象,如：•时间•气候•尾迹,尾焰等特殊效果表现第2章对象的概念第2章对象的概念白昼下的虚拟环境第2章对象的概念夜幕下的虚拟环境第2章对象的概念云雾效果的虚拟环境第2章对象的概念阴天的虚拟环境第2章对象的概念烟雾、火光第2章对象的概念第2章对象的概念实时生成的导弹尾迹第2章对象的概念实时生成的尾焰第2章对象的概念被炸毁的房屋第2章对象的概念被击落的直升机第2章对象的概念被击毁的坦克第2章对象的概念运动逼真•物理属性建模•运动学/动力学方程的构建第2章对象的概念第2章对象的概念第2章对象的概念运动模拟Demo1Demo2第2章对象的概念行为逼真实体在虚拟环境中的行为是由其模型决定的。实体的模型包括：物理能力模型和类人能力模型。物理能力模型是实体的物理本质及其内在的工作原理建模，如对导的建模仿真其动力性能、抗干扰能力、准确性和毁伤能力等。类人能力模型是实体的认知能力和决策能力，这种能力使得实体能够在没有人干预的情况下，对虚拟环境中的状态和事件自主地进行推理和决策，并实时地做出响应。第2章对象的概念实体动态实体静态实体人在回路控制的实体计算机在回路控制的实体个体群体虚拟环境中的实体分类图第2章对象的概念实体建模的三个方面•几何建模:三个层次：点线面层次、部件和控制层次、对象层次•物理属性建模:将物理特性加入虚拟环境中的过程•行为建模:原是美DARPA关于在军事仿真中在CGA（ComputerGeneratedActor）内对各类与军事相关的战术等动作建模的专称，现在一般指在仿真建模中在CGA中构建人的决策和控制过程，使得这些角色在环境中的行为及反应较为逼真。第2章对象的概念行为建模的目的•目的：几何建模和物理属性的建模能够在视觉、触觉等方面提供更为逼真的感受，使得虚拟环境更为逼真；行为建模则考虑计算机生成角色的行为逼真性，使各种自治实体的行为更加逼真；而且行为建模可以为各种类型的实体在虚拟环境的动态变化提供一致的表示。第2章对象的概念物理行为反应行为规划行为行为的层次第2章对象的概念行为建模的主要研究内容CGA的研究与机器人的研究有很多类似之处，如果把机器人看作现实世界的“虚拟人”的话，可以把CGA看作虚拟世界中的“虚拟人”。他们都涉及如何模拟人在动态、实时的环境中各种判断和处理过程。第2章对象的概念CGA的体系结构（Architecture）1）如何在CGA中将解决复杂问题的能力与实时性相结合，使得求解问题更为有效；2）在大规模分布式环境下，这一体系结构如何支持众多数量的实体以及多任务的执行3）CGA的行为表示方法及调度执行机构第2章对象的概念CGA的规划问题（Planning）1）复杂环境中的任务规划方法2）基于大规模真实地形数据的地形数据库构建方法及全局路径规划算法第2章对象的概念CGA的态势分析方法（SituationAwareness）1）动态虚拟环境的实时感知和表示方法2）CGA对动态虚拟环境的分析和处理方法3)面向领域的专家系统构建第2章对象的概念多个CGA的协同问题(Cooperation)在分布式虚拟环境中多个CGA的协作、对抗等问题第2章对象的概念CGA高级认知行为的建模(Cognition)1）人的智能在CGA中的表示及智能行为的建模2）人的一些心理因素如感情、恐惧感等的建模及其对CGA执行行为的影响第2章对象的概念其他研究方面•三维声音•逼真性的度量与评估•增强现实（AugmentedReality）：使真实物体和虚拟物体与用户环境无缝的结合在一起，而且真实物体和虚拟物体能够进行真正的交互。•…...第2章对象的概念虚拟现实应用第三部分第2章对象的概念九十年代，虚拟现实技术应用研究全面展开。有人曾对全世界范围内进行的805项虚拟现实技术研究项目作了统计，结果表明：娱乐、教育及艺术方面的占据主流，达21.4％，其次是军事与航空达12.7％，医学方面达6.13％，机器人方面占6.21％，商业方面占4.96％，另外在可视化计算、制造业等方面也有相当的比重。1、交互式娱乐虚拟游戏虚拟社区虚拟高尔夫虚拟工厂虚拟主播虚拟乐队虚拟歌手虚拟博物馆虚拟宠物虚拟情人第2章对象的概念2、高难度和危险环境的作业训练利用虚拟现实可以对高难度和危险环境下的作业进行训练，如载人航天、核设施维护和深水作业等。用于医疗方面的虚拟现实系统，用CT或MRI数据在计算机中重构人体或者某一器官的几何模型，并赋予一定的物理特征（如密度、韧度、组织比例等），通过机械手或者数据手套等交互工具在计算机中模拟手术过程，达到训练、研究等目的。3、教育虚拟现实可以为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境扮演一个角色，这对调动学生的积极性、突破教学的重点、难点、培养学生的技能都将起到积极的作用。虚拟现实在教育方面的应用主要由四个方面：（1）知识学习；（2）探索学习；（3）虚拟试验；（4）技能训练。第2章对象的概念4、军事训练与仿真军事训练与仿真是虚拟现实最早的应用领域之一。利用虚拟现实技术可以建立分布式虚拟战场环境，使得分布在不同领域的多个武器平台通过计算机网络连接起来，如同在一个战场环境中进行虚拟的军事演习。