虛擬現(xiàn)實(shí)課件ppt上課講義

1、虛擬現(xiàn)實(shí)課件PPT一 概述v 虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中的結(jié)晶和反映，不僅包括圖形學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能等高性能計(jì)算技術(shù)，而且涉及數(shù)學(xué)、物理、通信，甚至與氣象、地理、美學(xué)、心理學(xué)和社會(huì)學(xué)等相關(guān)。1.1 什么是虛擬現(xiàn)實(shí)什么是虛擬現(xiàn)實(shí) 虛擬現(xiàn)實(shí)或稱虛擬環(huán)境,是由計(jì)算機(jī)生成的.具有臨場(chǎng)感覺的環(huán)境,它是一種全新的人機(jī)交互系統(tǒng). 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本質(zhì)上說(shuō)是一種高度逼真地模擬人在現(xiàn)實(shí)生活中視覺.聽覺.動(dòng)作等行為的交互技術(shù). 傳統(tǒng)的信息處理環(huán)境一直是“人適應(yīng)計(jì)算機(jī)”，而當(dāng)今的目標(biāo)或理念是要逐步使 “計(jì)算機(jī)適應(yīng)人”，人們要求通過(guò)視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，以

2、及形體、手勢(shì)或口令，參與到信息處理的環(huán)境中去，從而取得身臨其境的體驗(yàn)。這種信息處理系統(tǒng)已不再是建立在單維的數(shù)字化空間上，而是建立在一個(gè)多維的信息空間中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是支撐這個(gè)多維信息空間的關(guān)鍵技術(shù)。1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)的特點(diǎn) 浸沒感 (Immersion) 交互性 (Interaction) 想象性 (Imagination) 浸沒感浸沒感 (Immersion) v計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺,這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的浸沒感(Immersion)或

3、臨場(chǎng)參與感 交互性交互性 (Interaction) 虛擬現(xiàn)實(shí)與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型以及傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫是不一樣的，它不是一個(gè)靜態(tài)的世界，而是一個(gè)開放、互動(dòng)的環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可以通過(guò)控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個(gè)特征，即交互性（Interaction）。 想象性想象性 (Imagination) 虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)計(jì)工具。它以視覺形式反映了設(shè)計(jì)者的思想，比如當(dāng)在蓋一座現(xiàn)代化的大廈之前，你首先要做的事是對(duì)這座大廈的結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定量化，你還需設(shè)計(jì)許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂，虛擬現(xiàn)實(shí)可以把這種構(gòu)思變成看得見的虛擬物體和

4、環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)沙盤的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化的即看即所得的完美境界，大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。這是VR所具有的第三類特征，即想象性（Imagination）。 1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)的分類虛擬現(xiàn)實(shí)的分類 桌面虛擬現(xiàn)實(shí) 沉浸的虛擬現(xiàn)實(shí) 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性的虛擬現(xiàn)實(shí) 分布式虛擬現(xiàn)實(shí)1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)與三維動(dòng)畫的區(qū)別虛擬現(xiàn)實(shí)與三維動(dòng)畫的區(qū)別 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫 虛擬環(huán)境由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)。操縱者親身體驗(yàn)虛擬三維空間，身臨其境。 場(chǎng)景畫面由動(dòng)畫制作人員根據(jù)材料或想象直接畫制而成，與真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，屬于演示類藝術(shù)作品

5、。預(yù)先假定的觀察路徑，無(wú)法改變。 操縱者可以實(shí)時(shí)感受運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的場(chǎng)景變化，步移景異，并可親自布置場(chǎng)景，具有雙向互動(dòng)的功能。 只能如電影一樣單向演示，場(chǎng)景變化,畫面需要事先制作生成，耗時(shí)、費(fèi)力、成本較高。 虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫三維動(dòng)畫 支持立體顯示和3D立體聲，三維空間真實(shí)。 不支持 沒有時(shí)間限制，可真實(shí)詳盡地展示，并可以在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上導(dǎo)出動(dòng)畫視頻文件，同樣可以用于多模體資料制作和宣傳，性價(jià)比高。 受動(dòng)畫制作時(shí)間限制，無(wú)法詳盡展示，性價(jià)比低。 在實(shí)時(shí)三維環(huán)境中，支持方案調(diào)整、評(píng)估、管理、信息查詢等功能，適合較大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要，同時(shí)又具有更真實(shí)和直觀的多媒體

6、演示功能。 只適合簡(jiǎn) 單的演示功能。 1.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用 許多游戲廠商,為了使游戲人物的動(dòng)作更逼真,常常就會(huì)使用動(dòng)作捕獲系統(tǒng). 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電影中的運(yùn)用. 例子:黑客帝國(guó) 商品展示(如家居,家電等)二二 VR硬件及交互設(shè)備硬件及交互設(shè)備 一個(gè)典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)、三維顯示設(shè)備、三維控制設(shè)備以及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成?？臻g數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)為虛擬環(huán)境建立空間模型；三維顯示設(shè)備、三維控制設(shè)備同屬于三維交互設(shè)備，設(shè)計(jì)和制造出性能優(yōu)越的三維交互設(shè)備是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵。空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)超級(jí)圖形

7、工作站三維控制設(shè)備三維顯示設(shè)備采集交互空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)衛(wèi)星遙感、航空遙感和全球定位系統(tǒng)等獲取及時(shí)空間數(shù)據(jù)，建立準(zhǔn)確可靠的虛擬現(xiàn)實(shí)空間環(huán)境。遙感是一種利用物體反射和輻射電磁波的固有特性，通過(guò)貫徹電磁波、識(shí)別物體以及物體存在環(huán)境條件的技術(shù)。人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng) 人體數(shù)據(jù)捕捉設(shè)備，可以實(shí)事的記錄人體的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和動(dòng)作，包括人體動(dòng)作、面部表情、生理指數(shù)、氣味、語(yǔ)音等。三維交互設(shè)備 常見的三維顯示設(shè)備有頭盔式顯示器和立體眼鏡等。 頭盔式顯示器采用立體圖繪制技術(shù)來(lái)產(chǎn)生兩幅相隔一定間距的透視圖，并直接顯示到對(duì)應(yīng)于用戶左、右眼的兩個(gè)顯示器上。新型的頭盔式顯示器都配以磁定位傳感器，可以測(cè)定用戶

8、的視線方向，使場(chǎng)景能夠隨著用戶視線的改變而作出相應(yīng)的變化。 三維交互設(shè)備 三維空間控制設(shè)備三維空間控制設(shè)備共同特征是至少能夠控制六個(gè)自由度(Degree of Freedom)，對(duì)應(yīng)于描述三維對(duì)象的寬度、高度、深度、俯仰(pitch)角、轉(zhuǎn)動(dòng)(yaw)角和偏轉(zhuǎn)(roll)角。常見的三維控制設(shè)備有數(shù)據(jù)手套、跟蹤球、三維探針、三維鼠標(biāo)器及三維操作桿等。 數(shù)據(jù)手套的出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段，可以為用戶提供一種非常真實(shí)自然的三維交互手段。高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)；實(shí)時(shí)、逼真圖形圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲音空間化技術(shù)；多維

9、信息數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)庫(kù)的生成；包括命令識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別，以及手勢(shì)和人的面部表情信息的檢測(cè)等在內(nèi)的模式識(shí)別；分布式與并行計(jì)算，以及高速、大規(guī)模的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 三三 虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)、GIS 現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了各學(xué)科的最新研究成果，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、遙感科學(xué)等多領(lǐng)域的成果。本節(jié)主要內(nèi)容： 虛擬GIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS 分布式GIS 地理協(xié)同3.1虛擬GIS 計(jì)算機(jī)科學(xué)中圖形技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展，特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的推廣，為GIS提供了一種新的分析地學(xué)數(shù)據(jù)和探索地學(xué)問題的技術(shù)平臺(tái)，推動(dòng)著GIS技術(shù)同虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和可視化技術(shù)的融合，拓展了

10、多維GIS、特別是三維GIS研究的內(nèi)涵，提供了全新的空間數(shù)據(jù)分析模式和新的GIS應(yīng)用模式。當(dāng)前國(guó)際上把這種結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)而設(shè)計(jì)的多維GIS系統(tǒng)稱之為虛擬GIS系統(tǒng)“Virtual GIS （VGIS）”。32網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS介紹 同網(wǎng)絡(luò)結(jié)合是當(dāng)前虛擬GIS發(fā)展的方向。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS不但為人們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析空間數(shù)據(jù)和解決空間問題提供了技術(shù)平臺(tái)，同時(shí)通過(guò)“沉浸式”的虛擬現(xiàn)實(shí)模式，為人們通過(guò)虛擬的地理空間交互提供了可能性，從而為研究虛擬地理環(huán)境提供了理想平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS架構(gòu)1. 一種虛擬GIS是以網(wǎng)絡(luò)GIS為基礎(chǔ)，將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)同GIS的Client端連接起來(lái)，

11、在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中提供簡(jiǎn)單的空間分析功能或是將GIS的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)格式，供虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)觀察；2. 另一種虛擬GIS是基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)類型的支持能力，提供簡(jiǎn)單的空間分析功能。WEB虛擬GIS的總體結(jié)構(gòu)33 CORBA在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的作用 CORBA是當(dāng)前主流的分布式對(duì)象計(jì)算平臺(tái)之一，CORBA平臺(tái)以成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)工業(yè)界所廣泛接受，并且完全開放地分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。分布式對(duì)象是CORBA設(shè)計(jì)的基礎(chǔ).具有可伸縮性、安全性、負(fù)載均衡能力和容錯(cuò)能力、實(shí)時(shí)性，為設(shè)計(jì)特別性能要求的分布式系統(tǒng)提供了理性平臺(tái)。 通過(guò)基于CORBA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)

12、絡(luò)虛擬GIS，通過(guò)重用CORBA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)大大的簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，基于CORBA可以使網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS采用較靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。基于CORBA命名服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)VGIS系統(tǒng)映象概念圖 網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS客戶端應(yīng)用服務(wù)器名稱管理應(yīng)用服務(wù)器1應(yīng)用服務(wù)器2應(yīng)用服務(wù)器n分析服務(wù)器名稱管理空間分析服務(wù)1空間分析服務(wù)2空間分析服務(wù)n34 虛擬地理環(huán)境與地理協(xié)同 虛擬地理環(huán)境，是以化身為基礎(chǔ)的多用戶分布式三維智能虛擬環(huán)境，是地球空間環(huán)境特定地理現(xiàn)象與規(guī)律的數(shù)字與多通道感知表達(dá)、計(jì)算與模擬，可用于地球多維信息的綜合管理與多媒體集成發(fā)布、人機(jī)交互/交融式創(chuàng)新式地球科學(xué)研究、分布式協(xié)同規(guī)劃、設(shè)

13、計(jì)與決策等。用戶化身 在虛擬地理環(huán)境中，兩個(gè)用戶的化身可以在同一個(gè)虛擬地理位置進(jìn)行面對(duì)面的交流。而化身作為真實(shí)用戶的一種表達(dá)，它的信息源可以包含視覺、聽覺甚至味覺等多種信息源，使得用戶擁有一種沉浸感，可以身臨其境的感受到本身是虛擬地理環(huán)境中的一部分。視覺聽覺等信息源可以傳達(dá)協(xié)同工作者對(duì)事情的真實(shí)態(tài)度和情緒，是虛擬地理環(huán)境中協(xié)同工作者之間交流的重要組成部分，并且在分析地理數(shù)據(jù)和決策規(guī)劃中也都起著非常重要的作用。交流模式 對(duì)于虛擬地理環(huán)境不但要有真實(shí)的地理背景，而且要為協(xié)同工作者們提供一個(gè)可靠的信息交流的平臺(tái)。為此，我們更加需要研究如何改進(jìn)人與人之間的交流模式，增強(qiáng)在虛擬地理環(huán)境中化身之間的各種交

14、流。 目前，按照交流的時(shí)效性分類 -o 非即時(shí)交流：電子郵件和公告板o 即時(shí)交流：交互性、實(shí)時(shí)性好，主要包括傳統(tǒng)二維場(chǎng)景、三維場(chǎng)景、流媒體技術(shù)和結(jié)合模式等。四四 虛擬現(xiàn)實(shí)主要開發(fā)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)主要開發(fā)技術(shù) VRML XML X3D Java3DVRMLXML地理實(shí)體地理實(shí)體JAVA3D在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，VRML/GeoVRML、XML、X3D、GML以及Java3D技術(shù)各有所長(zhǎng)，互為補(bǔ)充，利用VRML的圖形建模功能，XML的國(guó)際化、結(jié)構(gòu)化、模塊化的特性以及Java強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言，共同組成一個(gè)強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境。4.1 VRML 1994年，在瑞士日內(nèi)瓦舉行的第一屆國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，提出為

15、創(chuàng)建三維網(wǎng)絡(luò)的界面便于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腣RML。 1995年，VRML1.0版本正式推出。 1996年，在對(duì)1.0版本進(jìn)行重大改進(jìn)的基礎(chǔ)上推出了2.0版本，其中添加了場(chǎng)景交互、多媒體支持，碰撞檢測(cè)等功能。 1997年，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)組織的評(píng)估后，VRML2.0成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并改稱VRML97。VRML簡(jiǎn)例 sphere.wrl#VRML V2.0 utf8Shape #定義節(jié)點(diǎn)，含有兩個(gè)屬性appearance Appearance #外觀屬性 material Material #material(材質(zhì))，emissiveColor 1 0 0 #材質(zhì)反光性 geometry Sphere #幾何屬性

16、radius 14.3 XML XML的英文全名是Extensible Markup Language，中文譯名為可延伸式標(biāo)記語(yǔ)言。它是一個(gè)由W3C(World Wide Web Consortium)所推廣的結(jié)構(gòu)化信息交換標(biāo)準(zhǔn)，并且已經(jīng)廣泛地被使用。VRML采取XML作為編碼的主要原因是因?yàn)閄ML具備國(guó)際化的特性、結(jié)構(gòu)化的格式和模塊化的對(duì)象等優(yōu)勢(shì)。藉由已經(jīng)被明確制定落實(shí)的XML規(guī)范，X3D以XML為語(yǔ)法是容易被實(shí)現(xiàn)的，而不需要龐大的反向工程(reverse engineering)。XML與GIS XML可以在GIS應(yīng)用中發(fā)揮什么樣的作用？利用XML我們可以定義查詢，其實(shí)這和傳統(tǒng)的GIS查詢

17、沒有什么不同，比如可以說(shuō)“ 根據(jù)用戶指定的區(qū)域進(jìn)行水淹分析，并且返回結(jié)果”，響應(yīng)消息就可能是基于XML格式的“分析結(jié)果在以下圖形中”。與傳統(tǒng)方式不同 之處在于，XML將查詢的地理數(shù)據(jù)和請(qǐng)求統(tǒng)一包含在了一個(gè)單獨(dú)的XML文檔中，響應(yīng)信息也在 XML文檔中。 XML支持自定義標(biāo)記，提供了強(qiáng)有力的擴(kuò)展機(jī)制，這必然會(huì)出現(xiàn)許多GIS行業(yè)獨(dú)有的標(biāo)記。XML與GIS OpenGIS Consortium(OGC) 適時(shí)推出了GIS的XML標(biāo)記集GML(Geography Markup Language)，為XML在GIS中的應(yīng)用提供了良好的規(guī)范化道路，得到了行業(yè)內(nèi)眾多公司的支持。 利用XML，我們能夠?qū)崿F(xiàn)許多

18、GIS任務(wù)-v瀏覽和生成影像，如SVG, VML and X3D格式；v可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如XSLT, 可以進(jìn)行Schema配置，如DTD, XML Schema等；v可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，如Xpointer和XQL等，還可以運(yùn)行在不同的平臺(tái)上，如PDA等。4.3 X3D X3D全名是Extensible3D(X3D早期的名稱叫做VRML-NG，VRML Next Generation)。它是下一代具擴(kuò)充性的3D圖形規(guī)范，并且延伸了VRML97的功能。X3D名稱的由來(lái)是整合了XML(Extensible Markup Language)和VRML(Virtual Reality Modeling

19、Language)。 X3D 是 VRML的繼承。VRML(Virtual Reality Modeling Language - 虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言)是原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)3D圖形的ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 14772)。X3D的目標(biāo) 1.包含VRML97的功能。(仍然可以使用X3D的技術(shù)瀏覽VRML的內(nèi)容)2.與XML整合。(可以使用XML來(lái)展現(xiàn)VRML97的功能)3.組件化。(封裝經(jīng)量級(jí)的核心(core)技術(shù)，使其能夠輕易地加入 新的功能)4.擴(kuò)充性。(使用組件去增加新的節(jié)點(diǎn)，并且符合核心技術(shù)的執(zhí)行碼) 5.使用 Java 保證的平臺(tái)通用性 4.4 JAVA3D 由于VRML、GML、X3D等空間

20、建模語(yǔ)言載程序設(shè)計(jì)方面的欠缺，因此迫切需要一種高級(jí)編程語(yǔ)言來(lái)代替原有的腳本編寫的功能。Java的網(wǎng)絡(luò)性和操作平臺(tái)無(wú)關(guān)性以及其對(duì)三維圖形的強(qiáng)有力支持，使得他在未來(lái)的三維開發(fā)市場(chǎng)中占據(jù)重要的位置。 Java3D則提出了一種新的基于視平臺(tái)的視模型和輸入設(shè)備模型的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案.它不僅提供了建造和操作三維幾何物體的高層構(gòu)造函數(shù),而且利用這些構(gòu)造函數(shù)還可以建造復(fù)雜程度各異的虛擬場(chǎng)景,這些虛擬場(chǎng)景大到宇宙天體,小到微觀粒子.五五 虛擬環(huán)境建模及其工具虛擬環(huán)境建模及其工具 虛擬環(huán)境建模的基本原理是通過(guò)三維建模軟件在三維空間建立與現(xiàn)實(shí)物體一樣的三維模型，然后獲取現(xiàn)實(shí)物體的屬性和紋理數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行渲染，做成仿真模

21、型后再通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后導(dǎo)入三維實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真演示。 環(huán)境建模技術(shù) 環(huán)境建模流程 AUTOCAD 和3DSMAX 結(jié)合進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真 Multigen Creator 和Vega 進(jìn)行三維仿真 51 環(huán)境建模技術(shù) Euclidean-geometry方法（歐基里德幾何方法） Fractal-geometry方法（不規(guī)則碎片形幾何方法） Physically Based Modeling （基于物體的建模方法） Image Based Rendering （基于圖像的建模方法） 混合建模技術(shù)：Physically Based Rendering和Image Based Rende

22、ring，是未來(lái)虛擬環(huán)境建模的發(fā)展方向。52 環(huán)境建模流程現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)和紋理采集三維建模仿真渲染數(shù)據(jù)輸出實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)景觀仿真5.3 AUTOCAD 和3DSMAX 結(jié)合進(jìn)行三維景觀動(dòng)態(tài)仿真 AutoCAD 和3DSMAX 軟件是目前工程界應(yīng)用最廣泛的兩種軟件。 AutoCAD 軟件在構(gòu)造、編輯二維圖形方面功能強(qiáng),使用方便,并且開放性好,有Auto LISP 編程語(yǔ)言的支持等許多優(yōu)點(diǎn)。 3DSMAX 軟件在三維造型、動(dòng)畫和渲染等方面有很大的優(yōu)越性。VR數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 在用3DS MAX為VR系統(tǒng)創(chuàng)作好模型后，結(jié)合VR系統(tǒng)的要求，看是否需要采用諸如LOD（Level of Detail）模型，如果需要可

23、利用MAX 自帶的LOD插件直接生成對(duì)象的LOD模型，最后根據(jù)VR系統(tǒng)的編輯環(huán)境將模型輸出為編輯環(huán)境所能接收的文件類型，如VRML97或DXF 等格式的文件。在AUTOCAD 中進(jìn)行精確的二維建模，生成*.dwg 文件。在3DS MAX 中制作成效果圖和動(dòng)畫輸出。處理和制作各種紋理貼圖，并在3DS MAX 中作立體渲染。導(dǎo)入3DS MAX 中建立三維立體模型。5.4 Multigen Creator 和Vega 進(jìn)行三維景觀動(dòng)態(tài)仿真 Multigen Creator 系列軟件， 由美國(guó)Multigen-Paradigm公司開發(fā)，它擁有針對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用優(yōu)化的Open Flight 數(shù)據(jù)格式，強(qiáng)大的多

24、邊形建模、矢量建模、大面積地形精確生成功能，以及多種專業(yè)選項(xiàng)及插件，能高效、最優(yōu)化地生成實(shí)時(shí)三維（RT3D）數(shù)據(jù)庫(kù)，并與后續(xù)的實(shí)時(shí)仿真軟件緊密結(jié)合，在視景仿真、模擬訓(xùn)練、城市仿真、交互式游戲及工程應(yīng)用、科學(xué)可視化等實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域有著世界領(lǐng)先的地位。 AUTOCAD 和3DS MAX 結(jié)合進(jìn)行三維建模，生成*.3ds文件。維建模，生成*.dwg 文件。導(dǎo)入Multigen Paradigm CREATOR 中對(duì)三維立體模型進(jìn)行紋理貼圖和渲染，并輸出為OPENFLIGHT 文件（*.flt）。把OpenFlitht 文件導(dǎo)入Multigen Paradigm VEGA 中對(duì)三維立體模型進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)驅(qū)

25、動(dòng)，實(shí)現(xiàn)漫游和動(dòng)畫輸出功能。更專業(yè)的建模工具和專業(yè)模塊 Terrain Bundle（大面積精確三維地形功能集成，需Creator Pro 模塊）； Road Tools（標(biāo)準(zhǔn)道路生成工具，與Base Creator、Creator Pro 均能結(jié)合）。Paradigm-Vega 構(gòu)建高級(jí)實(shí)時(shí)仿真的高效工具 VEGA 是開發(fā)實(shí)時(shí)視覺和聽覺仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)和通用視頻應(yīng)用的業(yè)界領(lǐng)先的軟件環(huán)境。 VEGA 包括圖形環(huán)境Lynx，一套可以提供最充分的軟件控制和最大程度靈活性的完整的應(yīng)用編程接口，一系列相關(guān)的庫(kù)和AudioWorks2 實(shí)時(shí)多通道音響系統(tǒng)。 VEGA及其可選模塊能運(yùn)行在視窗NT 操作系統(tǒng)和

26、SGI IRIX 操作系統(tǒng)，并支持大量種類的數(shù)據(jù)庫(kù)加載器 Open Flight 格式及APIs Open Flight 是Multigen 開發(fā)的，在視覺仿真領(lǐng)域最為流行的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。 Open Flight 采用幾何層次結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)屬性來(lái)描述三維物體，允許用戶直接對(duì)層次結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，保證從大型數(shù)據(jù)庫(kù)到物體單個(gè)頂點(diǎn)的精確控制。 邏輯層次結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)層次、截取組、繪制優(yōu)先級(jí)、分離面等功能，使得圖像產(chǎn)生器知道何時(shí)及如何繪制三維場(chǎng)景，極大地提高了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。 Open Flight APIs(C 語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境)，可以擴(kuò)展原有的功能及算法，開發(fā)用戶自定義的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體 Multigen Cre

27、ator/Vega仿真應(yīng)用實(shí)例 虛擬深圳中心區(qū)虛擬洛杉磯六六 開發(fā)實(shí)例：南京師范大學(xué)仙開發(fā)實(shí)例：南京師范大學(xué)仙林校區(qū)虛擬校園林校區(qū)虛擬校園 虛擬新校區(qū)，就是在計(jì)算機(jī)環(huán)境中，虛擬再現(xiàn)新校區(qū)的景觀，通過(guò)頭盔、三維鼠標(biāo)等設(shè)備，人們可以進(jìn)入到虛擬的新校區(qū)進(jìn)行漫游，領(lǐng)略校園的美景，通過(guò)這個(gè)途徑讓更多的人對(duì)新校區(qū)有清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)于該地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃及交通、旅游等方面有更明確的目標(biāo)。軟硬件環(huán)境 硬件設(shè)備硬件設(shè)備：SGI Octane圖形工作站兩臺(tái)，Intergraph NT工作站，IBM P550微機(jī)一臺(tái)，頭盔，操縱桿，三維鼠標(biāo)，立體眼鏡，Intergraph高精度掃描儀，刻錄機(jī)，磁帶機(jī)（4mm），外置50G

28、硬盤； 軟件支持軟件支持：數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件- VirtuoZo 3.1；GIS軟件-Arcinfo7.1，Arcview3.1，IMAGIS；VR軟件-MultiGen，Vega；圖象處理軟件- Photoshop 5.0；三維建模軟件-AutoCad，3D Max。實(shí)施步驟 1：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段 （1）原始資料：包括南京師范大學(xué)仙林校區(qū)大比例尺航攝相片（影像比例尺1:2500）；相機(jī)檢校參數(shù)文件；地面控制點(diǎn)文件。 （2）元數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)：包括航攝比例尺分母；航高；航攝儀焦距；航攝單位；航攝日期；航片數(shù)；航片編號(hào)；高斯-克呂格投影帶號(hào)；分帶方式；中央子午線和標(biāo)準(zhǔn)緯線等。步驟2：數(shù)據(jù)預(yù)處理階段 數(shù)據(jù)采集

29、數(shù)據(jù)采集：將航攝相片經(jīng)掃描數(shù)字化，轉(zhuǎn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件中。利用VirtuoZo3.1建立南京師范大學(xué)仙林校區(qū)的數(shù)字高程模型DEM，獲得正射影像圖并測(cè)得這一地區(qū)的建筑模型數(shù)據(jù)以及道路、湖泊等屬性數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將數(shù)據(jù)采集階段獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，分別按地形數(shù)據(jù)、文化數(shù)據(jù)和建筑數(shù)據(jù)等方式轉(zhuǎn)入虛擬現(xiàn)實(shí)建模軟件MultiGen中。在完成了上述轉(zhuǎn)換過(guò)程后，用戶成功實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換，將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)GIS轉(zhuǎn)換為創(chuàng)建數(shù)字虛擬城市所需的數(shù)據(jù)格式，如數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)DED、數(shù)字文化數(shù)據(jù)DFD、建筑模型數(shù)據(jù)FLT、紋理數(shù)據(jù)TIFF或JPG格式。步驟3 數(shù)據(jù)建模階段 （1）地形數(shù)據(jù)處理地形數(shù)據(jù)處理：將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)DED通過(guò)選擇合適的算法建立起三維地表模型，按照與地表模型相對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，貼上正射影像圖作為地表紋理，形成仙林校區(qū)的真實(shí)的三維地貌景觀。 （2）屬性數(shù)據(jù)處理屬性數(shù)據(jù)處理：數(shù)字文化數(shù)據(jù)DFD，如道路、湖泊等，可按照不同的地物屬性分層輸入MultiGen，選擇或重新建立對(duì)應(yīng)的特征碼（FeatureID）和表面材質(zhì)碼（SMC），賦予其適當(dāng)?shù)募y理。然后選擇合適的投影方式，按照與地表模型對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度坐標(biāo)投影到地貌景觀上，得到更為突出和真實(shí)的地貌景觀。 （3）