虛擬現(xiàn)實試題庫與部分答案解析.doc

一、 填空題1. 虛擬現(xiàn)實的本質(zhì)特征：Immersion(沉浸) Interaction(交互) Imagination(想象)，其中 沉浸 是最弱的，是虛擬現(xiàn)實最重要的技術(shù)特征。2. 電磁式位置跟蹤設(shè)備可分為交流電發(fā)射器型與 直流電 發(fā)射器型。3. 虛擬對象建模包括：幾何建模、圖像建模、圖像與幾何相結(jié)合建模、 視覺外觀設(shè)計建模 。4. 虛擬環(huán)境建模包括：物理建模、行為建模、運動建模、聲音建模。其中分形技術(shù)屬于 物理 建模。5. 幾何建模的方法包括：多邊形；非統(tǒng)一有理B樣條； 構(gòu)造立體幾何 。6. 虛擬現(xiàn)實是一種高端人機接口，包括通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和 味覺 等多種感覺通道的實時模擬和實時交互。7. 一個典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成主要由: 頭盔顯示設(shè)備 、 多傳感器組 、 力反饋裝置 構(gòu)成。8. 根據(jù)虛擬現(xiàn)實對“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)劃分為四種典型類型，沉浸式、桌面式、增強式、 分布式 。9. 正是由于人類兩眼的 視差 ，使人的大腦能將兩眼所得到的細微差別的圖像進行融合，從而在大腦中產(chǎn)生有空間感的立體物體視覺。10. 在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入部分，基于自然交互設(shè)備主要有力反饋設(shè)備、 數(shù)據(jù)手套 、三維鼠標(biāo)。二、 多項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分） 1. 以下屬于視覺感知設(shè)備的有（ABCDEF ）A.頭盔顯示器B.立體眼鏡顯示系統(tǒng)C. 洞穴式立體顯示系統(tǒng)D.響應(yīng)工作臺立體顯示系統(tǒng)E.墻式立體顯示系統(tǒng)F. 裸眼立體顯示系統(tǒng)2. 觸覺反饋設(shè)備不包括（ E ）A.充氣式觸覺反饋裝置；B.振動式觸覺反饋裝置；C.視覺式觸覺反饋裝置；D.電刺激式觸覺反饋裝置；E.聲波觸覺反饋裝置F.神經(jīng)肌肉刺激式觸覺反饋裝置3. HMD（Head_Mounted_Display）即頭盔式顯示器，主要組成是（ CD ）A.顯示元件B.光學(xué)系統(tǒng)C.觸覺元件 D.聽覺系統(tǒng)4. 空間位置跟蹤技術(shù)有多種，常見的跟蹤系統(tǒng)有（ ABCDE ）A.機械跟蹤器B.電磁跟蹤器C.超聲波跟蹤器D.慣性跟蹤器E.光學(xué)跟蹤器5. 所謂力反饋，是運用先進的技術(shù)手段將虛擬物體的空間無能運動轉(zhuǎn)變成物理設(shè)備的機械運動，使用戶能夠體驗到真實的力度感和方向感，從而提供一個嶄新的人機交互界面。該項技術(shù)最早應(yīng)用于（ AB ）A.尖端醫(yī)學(xué)B.軍事領(lǐng)域C.房地產(chǎn)領(lǐng)域D.教育仿真6. 立體顯示技術(shù)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一種極為重要的支撐技術(shù)，要實現(xiàn)立體的顯示，現(xiàn)有多種方法與手段進行實現(xiàn)。主要有（ ABCDE ）A.互補色B.偏振光C.時分式D.光柵式E.真三維顯示F.全息影像7. 為了保證虛擬環(huán)境的真實性，常需要對虛擬物體進行碰撞檢測，實現(xiàn)方法有多種但其中的( B )方法是碰撞檢測算法中廣泛使用的一種方法，它是解決碰撞檢測問題復(fù)雜性的一種有效方法。A.直接檢測法B.包圍盒檢測法C.分割檢測法D. Lin-Canny檢測法， 8. 洞穴式立體顯示裝置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment）系統(tǒng)是一套基于高端計算機的多面式的房間式立體投影解決方案,CAVE主要由( ABC )組成: A.高性能圖形工作站B.投影設(shè)備C.跟蹤系統(tǒng)D.聲音系統(tǒng)9. 在真實感實時繪制技術(shù)中，為了提高顯示的逼真度，加強真實性，常利用的方法有( ABC )A.紋理映射B.反走樣C.環(huán)境映射D. 細節(jié)層次模型法10. 在基于幾何圖形的實時繪制技術(shù)實現(xiàn)過程中，目前有下面幾種用來降低場景的復(fù)雜度，以提高三維場景的動態(tài)顯示速度的方法，其中（ C ）法應(yīng)用較為普遍。A.預(yù)測計算法B.脫機計算法C. 細節(jié)層次模型法D.可見消隱法E. 3D剪切法三、 簡答題1. 簡述虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的主要技術(shù)和典型硬件組成。答：主要技術(shù)：立體顯示技術(shù)、環(huán)境建模技術(shù)、真實感圖形繪制技術(shù)、三維虛擬聲音的實現(xiàn)技術(shù)、自然交互與傳感技術(shù)、實時碰撞檢測技術(shù)。典型硬件：顯示和觀察設(shè)備、交互設(shè)備、傳感設(shè)備、三維立體聲系統(tǒng)、三維數(shù)據(jù)獲取設(shè)備。2. 闡述場景管理的目標(biāo)及設(shè)計思想3. 簡述虛擬現(xiàn)實引擎的架構(gòu)4. 簡述基于場景包圍體的場景組織技術(shù)5. 簡述場景繪制的主要幾何剖分技術(shù)及其特點。6. 什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)？虛擬環(huán)境是人工構(gòu)造的，存在于計算機內(nèi)部的環(huán)境。用戶應(yīng)該能夠以自然的方式與這個環(huán)境交互（包括感知環(huán)境并干預(yù)環(huán)境），從而產(chǎn)生置身于相應(yīng)的真實環(huán)境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺的一種技術(shù)。7. 觸覺反饋和力反饋有什么不同？接觸反饋傳送接觸表面的幾何結(jié)構(gòu)、虛擬對象的表面硬度、滑動和溫度等實時信息。它不會主動抵抗用戶的觸摸運動，不能阻止用戶穿過虛擬表面。力反饋提供虛擬對象表面柔順性、對象的重量和慣性等實時信息。它主動抵抗用戶的觸摸運動，并能阻止該運動（如果反饋力比較大）。8. 什么是消隱技術(shù)？就是要解決形體的二義性問題，通過消隱線或消隱面方法，提高圖形的真實感的技術(shù)。要消除二義性，必須在繪制時消除被遮擋的不可見的線或面，稱作消除隱藏線或隱藏面，或簡稱為消隱。消隱技術(shù)就是給定一組三維對象及投影方式（視見約束），判定線、面或體的可見性的過程。9. 什么是景深技術(shù)？指被攝景物中能產(chǎn)生較為清晰影像的最近點至最遠點的距離。10. 關(guān)于行為建模、行人的運動建模有哪些？行為建模：基于Agent的行為建模，基于狀態(tài)圖的行為建模，基于物理的行為建模，基于特征的行為建模和基于事件驅(qū)動的行為建模。行人的運動建模有典型代表性模型有：元胞自動機模型、磁力場模型、社會力模型以及排隊論模型等。 11. 碰撞檢測技術(shù)在虛擬環(huán)境中，由于用戶的交互和物體的運動，物體間經(jīng)常可能發(fā)生碰撞，此時為了保持環(huán)境的真實性，需要即時檢測這些碰撞，并計算相應(yīng)的碰撞反應(yīng)，更新繪制結(jié)果，否則，物體間會出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，破獲虛擬環(huán)境的真實感和用戶的沉浸感；碰撞檢測：檢測到有碰撞，計算出碰撞發(fā)生的位置，檢測物體間的距離，檢測下一次碰撞將在何時發(fā)生。12. 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程觀察變化模型坐標(biāo) 模型變換 世界坐標(biāo) 觀察坐標(biāo) 投影變換 工作站變換 規(guī)范化變化設(shè)備坐標(biāo) 規(guī)范化坐標(biāo)投影坐標(biāo)系四、 綜合題1. 描述CyberGlove數(shù)據(jù)手套是如何工作的？CyberGlove是一種復(fù)雜且昂貴的傳感手套，它使用的是線性彎曲傳感器。CyberGlove集成了很薄的電子張力變形測量器，安裝在彈性尼龍彎曲材料上 ，該手套去掉了手掌區(qū)域和指尖部分 。手套傳感器或者是矩形的（用于測量彎曲角度），或者是U形的（用于測量外展和內(nèi)收角度）。手套中有18個到22個傳感器，用于測量手指的彎曲（每個手指2個到3個）、外展（每個手指1個）和拇指前置、手掌弧度、手腕的偏航角和俯仰角。傳感器的分辨率為0.5，并且能夠在關(guān)節(jié)運動的整個范圍內(nèi)保持該分辨率，該手套具有去耦傳感器，兩個手套的輸出互不干擾。關(guān)節(jié)角度是通過一對張力變形側(cè)量器電阻的變化間接側(cè)量出的。在手指運動過程中，一個張力變形測量器處于壓力（C）作用下，另一個處于張力（T）作用下。它們的電阻變化使得Wheatstone橋上的電壓產(chǎn)生變化。手套中有許多Wheatstone橋電路，它們產(chǎn)生的不同電壓被多路復(fù)用、放大，繼而通過一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化。來自18個傳感器的手套數(shù)據(jù)通過RS-232串行線發(fā)送給主計算機。通信速率（當(dāng)前為115.2 kbaud）允許每秒最多發(fā)送150個數(shù)據(jù)集。如果使用濾波（為了減小傳感器噪聲），采樣率將下降到112個數(shù)據(jù)集，而帶有22個傳感器的CyberGlove模型會下降得更多。為了彌補用戶手的大小差異帶來的誤差，以及把張力變形測量器產(chǎn)生的電壓轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度需要對CyberGlove手套進行校正。2. HMD的視場和分辨率有什么關(guān)系？為什么說他們很重要？頭盔顯示器把圖像投影到用戶面前1-5 m(3-15 ft)的位置，通過放置在HMD小圖像面板和用戶眼睛之間的特殊光學(xué)鏡片，能使眼睛聚焦在如此近的距離而不易感到疲勞，同時也能起到放大小面板中的圖像的作用，使它盡可能填滿人眼的視場(field of view，簡稱FOV)，惟一的負面影響是顯示器像素之間的距離（A1 A2）也同時被放大了。因此，HMD顯示器的顆粒度（表達為arc-minutes/pixel)在虛擬圖像中變得很明顯。HMD分辨率越低，F(xiàn)OV越高，眼睛視圖中對應(yīng)于每個像素的arc-minutes數(shù)目也越大。但是，F(xiàn)OV過大使得出口瞳孔直徑變大，從而在圖像邊緣產(chǎn)生陰影。3. 什么叫LOD？闡述其基本思想、作用及應(yīng)用。1）LOD即Level Of Details，細節(jié)層次。我們用LOD來描述一個物體在不同的距離上進行渲染時可選的細節(jié)程度。 在不影響畫面視覺效果的條件下，通過逐次簡化景物的表面細節(jié)來減少場景的幾何復(fù)雜性，從而提高繪制算法效率的技術(shù)。2）LOD基本思想：對場景中的不同物體或物體的不同部分，采用不同的細節(jié)描述方法；如果同一個物體離視點比較遠，或物體比較小，則用較粗的LOD模型；反之，如果一個物體離視點比較近，或物體比較大，則必須用較精細的LOD模型繪制；運動的物體，對運動速度快或處于運動中的物體，采用較粗的LOD，對靜止的物體，采用較細的LOD。3）LOD作用：對物體定義具有多種細節(jié)水平的幾何表示；用戶根據(jù)實際需要選擇相應(yīng)精細程度的模型，使實時繪制場景成為可能；有效地控制場景復(fù)雜度；加速圖形繪制速度。4）LOD應(yīng)用：虛擬現(xiàn)實，交互式可視化，飛行模擬、3D動畫、交互式仿真等。4. 描述地形三維顯示的基本過程：1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：獲取地形三維可視化所需的各類地形數(shù)據(jù) 2）DEM遞歸細分：將DEM細分成子網(wǎng)格，再進一步細分為三角形面素，以便下一步繪制處理。3）透視投影變換：建立地面點（DEM結(jié)點）與三維圖像點間的透視關(guān)系，由視面、視角、三維圖形大小等參數(shù)確定。 4）光照模型：建立一種能逼真反映地形表面明暗、顏色充化的數(shù)學(xué)模型，逐點計算每像素的顏色和灰度。 5）消隱和裁剪：消去（或不顯示）三維圖形的可視部分，裁剪掉三維圖形尺寸范圍之外的部分。 6）圖形繪制和存貯：依各種相應(yīng)算法（如模擬灰度、分形幾何、紋理映射等）繪制并顯示各種類型的三維地形圖，并以標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式（如PCX，TIFF，BMP等）存貯。 7）三維圖形的后處理：在三維透視圖上添加各種地物符號、注記等，進行顏色、亮度、對比度等處理。 8）基于三維地形圖的分析：在三維地形圖上依據(jù)有關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件以及有關(guān)算法，進行空間信息查詢或地形分析。 5. 論述關(guān)于虛擬現(xiàn)實的構(gòu)成部分、應(yīng)用方向、發(fā)展方向及趨勢？1）構(gòu)成部分： 計算機：是系統(tǒng)的心臟，也稱之為虛擬世界的發(fā)動機。負責(zé)虛擬世界的生成、人與虛擬世界的自然交互等功能的實現(xiàn) 輸入與輸出設(shè)備(接口)：特殊的設(shè)備，用以識別用戶各種形式的輸入，并實時生成相應(yīng)反饋信息 應(yīng)用軟件：虛擬世界中物體的幾何模型、物理模型、運動模型的建立；三維虛擬立體聲的生成；模型管理技術(shù)及實時顯示技術(shù)、虛擬世界數(shù)據(jù)庫的建立與管理等數(shù)據(jù)庫：存放整個虛擬世界中所有物體的各方面信息。2）應(yīng)用方向： 地學(xué)應(yīng)用；包括數(shù)字城市建設(shè)、城市規(guī)劃、虛擬旅游、虛擬考古等 科學(xué)研究和科學(xué)計算可視化 教育培訓(xùn) 軍事模擬訓(xùn)練 工程應(yīng)用 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用 娛樂領(lǐng)域應(yīng)用仿真駕駛系統(tǒng)；3）發(fā)展方向： 動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)； 實時三維圖形生成和顯示技術(shù)； 新型人機交互設(shè)備的研制； 智能化語音虛擬現(xiàn)實建模； 網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與應(yīng)用。4）發(fā)展趨勢： 虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、攝影技術(shù)、等的發(fā)展而高速發(fā)展，出現(xiàn)了分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、CAD Wall、VR Center、CAVE、IDesk等新技術(shù)。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)與專業(yè)技術(shù)相融合又產(chǎn)生了數(shù)字地球研究、虛擬規(guī)劃設(shè)計、虛擬現(xiàn)實機械裝配、虛擬考古、虛擬手術(shù)、虛擬駕駛、虛擬管線設(shè)計、虛擬軍事對抗等領(lǐng)域的應(yīng)用，使得虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為一種嶄新的技術(shù)手段而得到廣泛的應(yīng)用。6. 從以下幾個案例系統(tǒng)中任選一個案例論述其虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀、構(gòu)建方法、關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢（限500800字左右）。 駕駛仿真系統(tǒng) 軍事作戰(zhàn)模擬系統(tǒng) 虛擬手術(shù)系統(tǒng) 虛擬城市系統(tǒng) 3D游戲制作 駕駛仿真系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀目前汽車駕駛仿真系統(tǒng)主要應(yīng)用于：1) 院校汽車相關(guān)專業(yè)數(shù)字汽車科研與教學(xué)。2）院校科研單位交通、飛行、運輸?shù)认嚓P(guān)專業(yè)科研與仿真體驗；3）科博管汽車仿真數(shù)字體驗展相；4）駕校的新式培訓(xùn)手段；5）大型工業(yè)企業(yè)駕駛技術(shù)人工虛擬培訓(xùn)；6) 越野、坦克作戰(zhàn)等單兵和協(xié)同實戰(zhàn)演習(xí);構(gòu)建方法 汽車駕駛仿真系統(tǒng)的構(gòu)建由硬件和軟件兩部分組成。硬件設(shè)備由模擬駕駛艙、操縱控制系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、多媒體計算機及音響系統(tǒng)等構(gòu)成。軟件系統(tǒng)包括道路環(huán)境的計算機實時動畫生成，汽車行駛動態(tài)仿真，聲響模擬，操作評價，數(shù)據(jù)管理，網(wǎng)絡(luò)控制，操作平臺等。 由于本系統(tǒng)可以放入實車進行實驗，因而在沒有力和反饋裝置的條件下，對于汽車運動控制的模擬主要由實車部件中的方向盤、油門、離合、剎車和檔位操作來完成。 軟件中視景仿真系統(tǒng)的構(gòu)建是在 Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下 , 通過VIRTOOLS 調(diào)用 3DS Max 建立和處理的模型來完成的。關(guān)鍵技術(shù)汽車駕駛仿真系統(tǒng)在模型優(yōu)化過程中所用到的幾種關(guān)鍵技術(shù)：1） MIP 紋理映射技術(shù)。使用紋理映射技術(shù)對模型進行處理來達到顯示真實感的效果和要求。2） LOD 模型簡化技術(shù)。LOD技術(shù)是可根據(jù)物體與視點的距離來選擇顯示不同細節(jié)層次的模型，從而加快系統(tǒng)圖形處理和渲染的速度。3） BSP 消隱處理技術(shù)。使用圖形的消隱處理技術(shù)，能正確物體處理遮擋關(guān)系，使三維物體的對應(yīng)位置關(guān)系在二維顯示器上得到正確的反映。4） Instance 實例建模技術(shù)。實例技術(shù) (Instance) 就是將多個外觀一致的物體以同一個樣例存入內(nèi)存，使用時從同一塊內(nèi)存區(qū)