圖形圖像的三維建模技術(shù)論文：基于圖形圖像的三維建模技術(shù)研究.doc

圖形圖像的三維建模技術(shù)論文：基于圖形圖像的三維建模技術(shù)研究摘要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于各個行業(yè)領域，虛擬校園是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應用之一，能夠給使用者創(chuàng)建了一個感受到身臨其境的環(huán)境，在構(gòu)建虛擬校園的過程中，三維場景建模是一項很重要的工作，它占據(jù)工程量的70%80%，所以建模技術(shù)是構(gòu)建虛擬校園的基礎，是建立立體校園的關(guān)鍵技術(shù)，是整個虛擬現(xiàn)實技術(shù)的骨架。本文以聊城大學虛擬校園的實景為研究對象，以建立聊城大學虛擬校園為目的，探討基于圖形圖像的建模技術(shù)，以期為其他虛擬現(xiàn)實中的場景建模提供參考。 關(guān)鍵詞： 圖形圖像三維建模技術(shù)；虛擬現(xiàn)實技術(shù) 中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2011）05-0134-02 ABSTRACT：Virtual reality technology has been widely used in various industries,Virtual campus is one of the application which virtual reality technology used inmodern education, it can give users to create a feel immersive environment, In the process of constructing virtual campus, three-dimensional scene modeling is a very important work, It occupies the 70% 80% of all workload, So, Modeling technology is the basis of constructing the virtual campus, it is the key technology of establishing three-dimensional campus, it is the virtual reality technology skeleton. This paper based on the virtual campus of liaocheng university as the research object, to build liaocheng university virtual campus for the purpose, exploring the modeling technology which based on graphic and image, in order to providing reference for other virtual reality modeling works. KEYWORDS：graphic and image; three-dimensional modeling technology; Virtual reality technology; 1、引言 隨著技術(shù)的不斷進步，在計算機圖形學、計算機輔助設計技術(shù)、計算機動畫、地理信息系統(tǒng)等領域內(nèi)所構(gòu)造和使用的模型，越來越復雜。在虛擬技術(shù)中首先要解決的是虛擬場景的建模，虛擬場景建模的好壞直接決定了虛擬場景的沉浸感和真實感。如果模型過于簡單，雖然數(shù)據(jù)量小了，但是不能較好地反映真實場景，復雜逼真的場景會使模型的數(shù)據(jù)量大大的增加，從而使數(shù)據(jù)的傳輸、更新和顯示不能實時進行，所以選擇正確的建模技術(shù)與方法能夠極大的提高工作效率和質(zhì)量。 建模是生成真實感三維場景的第一步，在地理景觀系統(tǒng)中，地理對象根據(jù)空間上的分布特性，可分為兩大類：一類是以場為基礎的對象，如地形、土壤種類分布等，這類對象在空間上連續(xù)分布，成為地形景觀對象；另一類是以離散實體為特性的對象，如建筑物、樹、電話亭、路燈等，這類對象以獨立的個體存在，成為地物對象，這兩部分組成虛擬校園系統(tǒng)的場景模型，對于虛擬校園系統(tǒng)的場景模型的構(gòu)建主要采用基于圖像的虛擬建模技術(shù)、基于圖形的建模技術(shù)以及基于圖形與圖像混合的虛擬建模技術(shù)。 2、基于圖像的虛擬建模技術(shù) 基于圖像的建模技術(shù)是一種不依賴三維幾何建模的技術(shù)。 2.1基于圖像建模技術(shù)的實現(xiàn)方式 基于圖像建模技術(shù)實質(zhì)上是利用照相機采集的離散圖像或攝像機采集的連續(xù)視頻作為基礎數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖像處理生成真實的全景圖像，然后通過合適的空間模型把全景圖像組織為虛擬實景空間，用戶在這個空間中可以前進、后退、環(huán)視、仰視、近看、遠看等操作，實現(xiàn)用戶全方位觀察三維場景的效果，采用這種建模技術(shù)可以實現(xiàn)普通計算機上的真實感圖形繪制。 基于圖像的技術(shù)中現(xiàn)在應用較多的關(guān)鍵技術(shù)是全景圖生成技術(shù)。它主要應用于現(xiàn)在比較熱門的實景虛擬現(xiàn)實技術(shù)中。根據(jù)全景圖允許瀏覽的空間自由度，全景圖可分為柱面全景圖和球面全景圖。柱面全景圖允許用戶對場景進行水平空間360度環(huán)繞瀏覽，球面全景圖允許用戶對場景進行經(jīng)緯360度全方位的環(huán)繞瀏覽。 2.2基于圖像建模技術(shù)的主要優(yōu)點 首先，漫游效果及處理時間獨立與場景復雜度。只與所產(chǎn)生的畫面分辨率有關(guān)、與場景內(nèi)容的復雜度無關(guān)；其次，預先存儲的圖像既可以是計算機生成的也可以是實際拍攝的照片，而且兩者可以混用；另外，真實感強，相比建模得到的虛擬現(xiàn)實效果，更真實可信，更能使人產(chǎn)生身臨其境的感覺；此外，對計算機資源要求不高，數(shù)據(jù)量小，實用性好。 2.3基于圖像建模技術(shù)的不足 圖像法首先要獲得基于真實場景的實景圖像，因此不可避免的存在缺陷。首先，當真實場景不存在，或處于設計規(guī)劃階段時，就不能使用該方法了；其次，由于場景中的虛擬物體是圖像中的二維對象，因而用戶很難與這些二維對象進行交互；另外，獲得真實的實景圖像需要高性能的照相機與攝影裝備，也需要大量的存儲空間來存儲大量的圖像文件。 總之，基于圖像的虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)具有快速、簡單、逼真的優(yōu)點，能較好地實現(xiàn)實物虛化，它尤其適用于那些難以用CAD方法建立真實感模型的自然環(huán)境，以及需要真實重現(xiàn)環(huán)境原有風貌的應用?？蓱糜诮ㄖ故?、飛機模型、交互式游戲、虛擬場館介紹以及遠空間在現(xiàn)等許多方面，是目前國際上的研究熱點之一。 3、基于圖形的建模技術(shù) 基于圖形的建模技術(shù)即基于幾何模型的建模技術(shù)是一種以計算機圖形學為基礎的傳統(tǒng)構(gòu)造三維虛擬模型的方法。 3.1基于圖形建模技術(shù)的實現(xiàn)方式 基于圖形建模技術(shù)實質(zhì)上是利用現(xiàn)有的三維建模軟件，人工對虛擬實體和虛擬環(huán)境的外觀進行建模。它是以計算機圖形學為基礎，首先對真實場景進行抽象，用多邊形構(gòu)造虛擬景觀的三維模型，并建立虛擬環(huán)境中的光照和材質(zhì)模型。然后進行紋理映射及控制參數(shù)設定，最后通過軟件控制根據(jù)觀察者的位置、光照等信息以提高真實感的復雜實現(xiàn)過程，再在輸出設備上實時渲染繪制視景的畫面，從而完成整個場景的漫游。 3.2基于圖形建模技術(shù)的主要優(yōu)點 首先，構(gòu)造的三維模型精細、逼真；其次，模型具有可操作性，便于用戶與虛擬實體的交互和對虛擬對象的深度信息進行直接提??；另外，實現(xiàn)虛物實化。即使在規(guī)劃設計階段，只要有相關(guān)的建筑圖紙，按照對應比例與尺寸，一樣能夠完成場景的構(gòu)建。 3.3基于圖形的建模技術(shù)的不足 首先，對場景進行詳細建模太過煩瑣，工作量大。模型存在著真實性與實時性之間的矛盾。簡化模型數(shù)據(jù)量小，有較好實時性，但真實感差，而精細模型復雜，數(shù)據(jù)量大，直接影響實時性；其次，還沒有較好的動態(tài)建模方法，擴展性差。模型一旦建立就基本固定下來，在輸入虛擬場景后就不能對模型本身實時修改；另外，場景復雜度及逼真度受到制約。因為虛擬場景的真實感是建立在幾何物體表面材質(zhì)的光照模型上，所以對計算機軟硬件要求較高。 4、基于圖形與圖像混合的虛擬建模技術(shù) 從國內(nèi)外研究的進展情況來看, 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究會朝著基于幾何模型與基于圖像的混合建模、人工智能與感知理論等幾個方向發(fā)展。而基于圖像的建模方法只能向用戶提供一個純虛擬的環(huán)境，在這種虛擬環(huán)境中，實體是純虛擬的對象，幾乎不可能實現(xiàn)與它們的交互。由于用戶希望與之產(chǎn)生交互作用的場景對象必須是幾何模型實體，因此，構(gòu)造真實感強、逼真度高、實時性強的虛擬場景是虛擬現(xiàn)實建模的理想要求，在虛擬校園系統(tǒng)的模型構(gòu)建中，采用混合建模技術(shù)作為三維場景模型建立的最主要的建模方法。 5、結(jié)語 近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展相當迅速，其理論體系建設、軟硬件平臺等都取得了十分可喜的成績。但以虛擬現(xiàn)實為基礎的虛擬系統(tǒng)要滿足