計算機(jī)圖形學(xué)結(jié)課論文

1、計算機(jī)圖形學(xué)結(jié)課論文計算機(jī)圖形學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的應(yīng)用姓名:xxxx班級:xx給水排水工程x班學(xué)號:xxxxx系部:環(huán)境與市政工程系前言摘要:隨著計算機(jī)圖形學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,他的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛和深入,本文先介紹什么是虛擬世界,再將其在虛擬世界領(lǐng)域的應(yīng)用作全面的介紹和舉例。時代在進(jìn)步,科學(xué)在發(fā)展,若你還不知道計算機(jī)圖形學(xué)在虛擬世界的應(yīng)用價值,那么請認(rèn)真閱讀此文,本文將讓你走進(jìn)科學(xué)的暴風(fēng)。正文:虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality,VR是一項(xiàng)崛起于二十世紀(jì)八十年代末九十年代初的高新技術(shù)、實(shí)用技術(shù)。它是利用計算機(jī)軟硬件以及各種傳感器構(gòu)成三維信息的人工環(huán)境虛擬環(huán)境,從而真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界中可

2、以實(shí)現(xiàn)的(甚至是不可實(shí)現(xiàn)的物理上的、功能上的事物和環(huán)境。作為一項(xiàng)綜合技術(shù),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要涉及到計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域。如前所述,虛擬現(xiàn)實(shí)的主要目的在于提供虛擬環(huán)境,并在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)用戶和環(huán)境的互動,從這個角度上說,虛擬現(xiàn)實(shí)主要有三個方面的含義:首先借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成虛擬實(shí)體,虛擬實(shí)體主要是針對用戶的生理感覺(視、聽、觸、嗅等而言;其次,用戶可以通過人的生理的自然技能同這個環(huán)境交互,人的生理的自然技能主要是頭部、眼球的轉(zhuǎn)動,身體四肢、軀干的運(yùn)動等人體力學(xué)運(yùn)動;最后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要利用傳感器完成人和虛擬環(huán)境的交互。我們可以說,虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)是對環(huán)境的虛擬,而對環(huán)境的虛擬又主要

3、基于計算機(jī)圖形學(xué)運(yùn)用。近年來計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)極大的推動作用,也說明了計算機(jī)圖形學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域中的主要領(lǐng)導(dǎo)地位。它主要具備四個重要特征:一、多感知性:即虛擬現(xiàn)實(shí)能多維感知,不僅包括視覺,還包括聽覺,觸覺和嗅覺等;二、存在感:即臨場感,指用戶感到存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)度;三、交互性:指用戶和環(huán)境的雙向交流;四、自主性:指虛擬環(huán)境中物體根據(jù)物理定律運(yùn)動的程度。虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)因素主要包括圖形圖像的處理、語音處理與音響、模式識別、人工智能、智能借口、傳感器、實(shí)時分布系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基本組成主要包括:一、效果產(chǎn)生器:完成人與虛擬環(huán)境交互的硬件接口裝置;二、實(shí)景

4、仿真器:系統(tǒng)的核心部分,由計算機(jī)軟件系統(tǒng)、軟件開發(fā)工具等組成;三、應(yīng)用系統(tǒng):面向具體問題的軟件部分,描述仿真的具體內(nèi)容;四、集合構(gòu)造系統(tǒng):提供描述仿真對象的物理特性的信息。在這幾個基本組成中,計算機(jī)圖形學(xué)理論作為基礎(chǔ)理論無疑都發(fā)揮著巨大的作用。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,為了使人和計算機(jī)能夠融洽的交互,讓人沉浸到虛擬環(huán)境中去,必須配備相應(yīng)的硬件設(shè)備。首先是跟蹤系統(tǒng),它的主要任務(wù)是實(shí)時檢測出虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人體各部位的空間坐標(biāo)和指向,并將這些數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng),生產(chǎn)隨視線變化的圖像。跟蹤系統(tǒng)主要包括:電磁跟蹤系統(tǒng)、聲學(xué)跟學(xué)跟蹤系統(tǒng)和光蹤系統(tǒng)。其次是觸覺系統(tǒng),在用戶與虛擬環(huán)境產(chǎn)生接觸的環(huán)節(jié),觸覺系統(tǒng)產(chǎn)生沉浸

5、效果,使用戶可以感覺到虛擬物體的反作用力。第三是音頻系統(tǒng),由語音與音響合成設(shè)備、識別設(shè)備和聲源定位設(shè)備構(gòu)成,通過聽覺通道提供的輔助信息可以加強(qiáng)擁護(hù)對環(huán)境的感知。再有就是圖像生成和顯示系統(tǒng),它的主要作用是:計算生成真實(shí)感的圖形;計算生成或取得有真實(shí)感的背景圖像;將圖形和背景統(tǒng)一安排在同一坐標(biāo)系中。圖像生成和顯示系統(tǒng)是虛擬環(huán)境系統(tǒng)的重要組成部分,也凸顯出計算機(jī)圖形學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的重要地位。最后就是可視化顯示設(shè)備,它集上述四種技術(shù)于一體,并結(jié)合了人類感知的生理特點(diǎn)。從虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成可以看出,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在本質(zhì)上也是一類仿真系統(tǒng),是一種與計算機(jī)圖形學(xué)的理論與技術(shù)密切相關(guān)的仿真系統(tǒng)。一般意義上的

6、仿真是指通過對給定模型進(jìn)行計算,最后給出一系列的數(shù)據(jù),這就是數(shù)字仿真;通過計算機(jī)圖形學(xué)的理論和技術(shù),為數(shù)字仿真過程及結(jié)果增加圖形、圖像和動畫表現(xiàn),使得仿真過程更加直觀,結(jié)果更容易理解,并能驗(yàn)證仿真過程是否正確,這便是可視化仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng),虛擬世界是全體虛擬環(huán)境或給定仿真對象的全體,而對對象的仿真主要是視覺上的刻畫,這就給計算機(jī)圖形學(xué)提供了廣闊的應(yīng)用平臺。建立在計算機(jī)圖形學(xué)理論和技術(shù)之上并通過其他途徑完善的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),與一般交互式仿真系統(tǒng)相比,具有更高的真實(shí)性和多維性。由于計算機(jī)圖形學(xué)理論的發(fā)展和進(jìn)步,使得虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對對象的刻畫更為深刻,從而推動了虛擬

7、現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育、醫(yī)療、娛樂、科技、工業(yè)制造、建筑和商業(yè)等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。近年來在城市規(guī)劃,室內(nèi)設(shè)計,文物保護(hù),交通模擬,虛擬現(xiàn)實(shí)游戲,工業(yè)設(shè)計,遠(yuǎn)程教育等方面都取得了巨大的發(fā)展,虛擬無限相信,這是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢,并且會運(yùn)用更加廣泛。1:城市規(guī)劃在城市規(guī)劃中經(jīng)常會用到VR技術(shù),用VR技術(shù)不僅能十分直觀的表現(xiàn)虛擬的城市環(huán)境,而且能很好的模擬各種天氣情況下的城市,而且可以一目了然的了解排水系統(tǒng),供電系統(tǒng),道路交通,溝渠湖泊等等。而且能模擬颶風(fēng)、火災(zāi)、水災(zāi)、地震等自然災(zāi)害的突發(fā)情況。對于政府在城市規(guī)劃的工作中起到了舉足輕重的作用。2:室內(nèi)設(shè)計在室內(nèi)設(shè)計應(yīng)用方面,用VR技術(shù)不僅能十分完美的表現(xiàn)室內(nèi)的環(huán)

8、境,而且能在三維的室內(nèi)空間中自由行走。目前業(yè)內(nèi)常用VR技術(shù)做室內(nèi)360度全景展示和室內(nèi)漫游,受到一致好評,而且不僅能在室內(nèi)漫游,還能用VR技術(shù)做預(yù)裝修系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)即時動態(tài)的對墻壁的顏色進(jìn)行更換或貼上不同材質(zhì)的墻紙,還可以更換地面的顏色或貼上不同的木地板、瓷磚等,更能移動家具的擺放位置、更換不同的裝飾物。這一切都在VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下將被完美的表現(xiàn)。3:文物保護(hù)VR技術(shù)在文物保護(hù)方面也是應(yīng)用相當(dāng)廣泛的,埃及的金字塔就做過網(wǎng)上的體驗(yàn)中心,運(yùn)用了全景虛擬技術(shù)和三維虛擬技術(shù),而且IBM目前正在運(yùn)用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對北京故宮進(jìn)行整個故宮的數(shù)字虛擬。屆時大家也許可以在網(wǎng)上直接看到數(shù)字三維化的故宮。4:交通

9、無論是在空中、陸地還是海洋河流的交通規(guī)劃模擬方面,VR虛擬技術(shù)都有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢,不僅僅能用三維GIS技術(shù)將各種交通路線表現(xiàn)得十分到位,更能動態(tài)模擬各種自然災(zāi)害情況。5:房地產(chǎn)近幾年在房地產(chǎn)的表現(xiàn)和推廣應(yīng)用方面,VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被得到越來越多的應(yīng)用,更有逐步取代效果圖和三維動畫之勢。用VR虛擬技術(shù)不僅可以十分完美的表現(xiàn)整個小區(qū)的環(huán)境,設(shè)施。還能表現(xiàn)不存在但即將建成的綠化帶,噴泉,休息區(qū),運(yùn)動場等等。不僅如此,用戶還能在整個小區(qū)中任意漫游、仔細(xì)欣賞小區(qū)的每一處風(fēng)景。大大刺激了瀏覽者的感受。6:游戲?qū)τ谟螒虻拈_發(fā),目前VR技術(shù)比較適合開發(fā):角色扮演類、動作類、冒險解迷類、競速賽車類的游戲,其先進(jìn)

10、的圖像引擎絲毫不亞于目前的主流游戲引擎的圖像表現(xiàn)效果,而且整合配套的動力學(xué)和AI系統(tǒng)更給游戲的開發(fā)提供了便利。7:軍事VR技術(shù)就是誕生于軍事應(yīng)用,在軍事應(yīng)用方面很多,包括:模擬戰(zhàn)場,模擬操作,模擬駕駛,模擬裝配等等。都需要通過VR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。而且在相關(guān)軍事工作匯報中也會有VR技術(shù)的支持。8:家電家電產(chǎn)品的展示、展覽、發(fā)布上。運(yùn)用VR技術(shù)不僅可以完美表現(xiàn)產(chǎn)品的外觀,更能將其功能表現(xiàn)的淋漓盡致。而且家電行業(yè)產(chǎn)品種類繁多、數(shù)量龐大。市場需求量十分大,無論是使用全景虛擬還是視頻虛擬還是三維虛擬技術(shù)都能在家電行業(yè)大有作為。9:地理VR技術(shù)在地里應(yīng)用上,主要是運(yùn)用三維GIS地理信息系統(tǒng)來表現(xiàn)直觀的三維地形地貌,對于地理工作者提供便利,對于相關(guān)工程建設(shè)提供可靠的參考數(shù)據(jù)。10:教育VR技術(shù)在教育領(lǐng)域,主要是發(fā)揮其互動性和生動的表現(xiàn)效果,用于立體幾何、物理化學(xué)等相關(guān)課件的模擬制作。而且在相關(guān)專業(yè)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu),VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供學(xué)員更多的輔助,比如虛擬駕駛、各種交通規(guī)則的模擬。特種器械模擬操作、模擬裝備等等。11:工業(yè)VR技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用上,主要運(yùn)用于工業(yè)園模擬、機(jī)床模擬操作、