虚拟现实系统的相关技术要点

第3章虚拟现实系统的相关技术【学习目标】1.了解虚拟现实系统的相关技术的基本分类；2.了解三维建模技术的基本分类；3.了解各种三维建模技术的优点、缺点及适用范围；4.了解真实感绘制技术和基于几何图形的实时绘制技术的常用方法及原理；5.掌握三维全景图制作方法；6.了解人机自然交互技术的特点及其常用技术；7.了解物理仿真技术的基本方法；8.理解三维虚拟声音的概念、作用和特征；9.了解语音识别与语音合成技术的基本方法【内容结构图】3.1三维建模技术虚拟现实系统中的虚拟环境：模仿真实世界中的环境人类主观构造的环境模仿真实世界中人类不可见的环境三维建模技术主要有：几何建模技术物事建模技术行为建模技术3.1.1几何建模技术一般分为面模型和体模型两类利用程序语言、图形、软件进行建模的人工建模方法和利用三维扫描仪对实际物体进行三维建模的自动建模方法3.1.2物理建模技术分形技术：描述具有自相似特征的数据集。粒子系统：用简单的体素完成复杂运动的建模。3.1.3行为建模技术运动学方法：通过几何变换如物体的平移和旋转等来描述运动。动力学仿真方法：运用物理定律而非几何变换来描述物体的运动。3.2绘制技术真实感绘制技术基于几何图形的实时绘制技术基于图像的实时绘制技术3.2.1真实感绘制技术在计算机中重现真实世界场景的过程。主要任务是模拟真实物体的物理属性以及物体间的相对位置、遮挡关系等。常用方法：环境映照反走样3.2.2基于几何图形的实时绘制技术利用计算机为用户提供一个能从任意视点及方向实时观察三维场景的手段。学用方法：场景分块可见消隐细节选择3.2.3基于图像的实时绘制技术基于一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视线方向的画面进行交换、插值和变形，从而快速得到当前视点处的场景画面。优势：计算量适中已知的源图像既可以是计算机生成的，也可以是用照相机从现实环境中捕获的与所绘制的场景复杂性无关全景技术、图像插值、视图变换3.3三维全景技术是一种基于图像实时绘制技术生成真实感图形的虚拟现实技术。全景图的生成过程三维全景图的制作技术图像拍摄技术图像拼接技术图像整合技术3.4人机自然交互技术虚拟现实环境下的人机自然交互技术：自然交互多通道高带宽非精确交互3.4.1手势识别技术基于数据手套的识别基于视觉（图像）的识别3.4.2面部表现识别技术人脸检测方法基于特征的人脸检测方法基于图像的人脸检测方法3.4.3眼动跟踪技术基本工作原理利用图像处理技术，使用能锁定眼睛的特殊摄像机，通过摄入从人的眼角膜和瞳孔反射的红外线连续地记录视线变化，从而达到记录、分析视线追踪过程的目的。常见的视觉追踪方法：眼电图、虹膜-巩膜边缘、角膜反射、瞳孔-角膜反射、接触镜3.4.4触（力）觉反馈传感技术触觉通道触觉感知包括：触摸反馈和力量反馈所产生的感知信息。3.5物理仿真技术设计数学模型创建物理属性碰撞检测技术层次包围盒法空间分解法3.6三维虚拟声音技术三维虚拟声音的概念与作用三维虚拟声音的特征语音识别与合成技术小结本章主要讲解了三维建模技术、绘制技术、三维全景技术、人机自然交互技术、物理仿真技术、三维虚拟声音技术等六种虚拟现实技术，了解、理解、掌握这六种相关技术的特征、原理与方法，将会为建设虚拟现实系统提供良好的技术支持。另外虚拟现实技术是多种技术的综合，以上简单介绍的六种关键技术只是其中的一部分，要了解更多的相关技术还需要查阅其他资料。习题1．虚拟现实相关关键技术都有哪些？2．什么是三维建模技术？包括哪些类别？3．各种三维建模技术的优点、缺点及适用范围是什么？4．真实感绘制技术的常用方法及其原理是什么？5．基于几何图形的实时绘制技术的常用方法及其原理是什么？6．详述三维全景图制作方法。7．物理仿真技术的基本方法是什么？8．详述三维虚拟声音的概念、作用及特征。9．语音识别与语音合成技术的基本方法各是什么？