第三章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)40課件

29十二月20221第三章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)ppt4029十二月20221第三章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)ppt43.1平面顯示技術(shù)人類從客觀世界取得的信息的80%以下去自視覺(jué)。在視覺(jué)顯示技術(shù)中，完成平面顯示技術(shù)成為虛擬理想的一種極重要的支撐技術(shù)。人的左右眼有大約6-8cm的距離，由于這種視差，使得人的大腦能將兩眼失掉的纖細(xì)差異圖像停止融合而發(fā)生有空間感的平面物體。平面圖的發(fā)生基本進(jìn)程是對(duì)同一場(chǎng)景區(qū)分發(fā)生兩個(gè)相應(yīng)于左右雙眼的不同圖像，讓它們之間具有一定的視差。在觀察時(shí)借助平面眼鏡等設(shè)備，使左右雙眼只能看到與之相應(yīng)的圖像，視野相交于三維空間中的一點(diǎn)上，從而恢復(fù)出三維深度信息。罕見(jiàn)有黑色眼鏡法、偏振光眼鏡法、串行平面顯示法等。23.1平面顯示技術(shù)人類從客觀世界取得的信息的80%以下去自3.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)踐三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并依據(jù)其運(yùn)用的需求，應(yīng)用獲取的三維數(shù)據(jù)樹(shù)立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。只要設(shè)計(jì)出反映研討對(duì)象的真實(shí)有效的模型，虛擬理想系統(tǒng)才有可信度。33.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)踐三維環(huán)境的3.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，能夠有以下幾種狀況：〔1〕模擬真實(shí)世界中的環(huán)境〔系統(tǒng)仿真〕〔2〕人類客觀結(jié)構(gòu)的環(huán)境〔3〕模擬真實(shí)世界中的人類不可見(jiàn)的環(huán)境〔迷信可視化〕43.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，能夠有以下幾種3.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的環(huán)境建模技術(shù)與其他圖形建模技術(shù)相比，主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：〔1〕虛擬環(huán)境中可以有很多的物體，往往需求建造少量完全不同類型的物體模型?！?〕虛擬環(huán)境中有些物體有自己的行為，而普通其他圖形建模系統(tǒng)中只結(jié)構(gòu)靜態(tài)的物體，或是物體復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)?！?〕虛擬環(huán)境中的物體必需有良好的操縱功用，當(dāng)用戶與物體停止交互時(shí)，物體必需以某種適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)做出相應(yīng)的反響。53.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的環(huán)境建模技術(shù)與其他圖形建3.2環(huán)境建模技術(shù)基于目前的技術(shù)水平，罕見(jiàn)的是三維視覺(jué)建模和三維聽(tīng)覺(jué)建模。而在以后運(yùn)用中，環(huán)境建模普通主要是三維視覺(jué)建模。三維視覺(jué)建模可分為幾何建模、物理建模、行為建模。63.2環(huán)境建模技術(shù)基于目前的技術(shù)水平，罕見(jiàn)的是三維視覺(jué)建模3.2.1幾何建模技術(shù)傳統(tǒng)意義上的虛擬場(chǎng)景基本上都是基于幾何的，就是用數(shù)學(xué)意義上的曲線、曲面等數(shù)學(xué)模型預(yù)先定義好虛擬場(chǎng)景的幾何輪廓，再采取紋理映射、光照等數(shù)學(xué)模型加以渲染。主要研討對(duì)象是對(duì)物體幾何信息的表示與處置。它觸及幾何信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)的表示與操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法建模方法。73.2.1幾何建模技術(shù)傳統(tǒng)意義上的虛擬場(chǎng)景基本上都是基于幾何3.2.1幾何建模技術(shù)幾何模型普通可分為面模型與體模型：面模型用面片來(lái)表現(xiàn)對(duì)象的外表，其基本幾何元素多為三角形；建模與繪制技術(shù)相對(duì)成熟，處置方便，但難以停止全體方式的操作〔如拉伸、緊縮等〕，多用于剛體對(duì)象的幾何建模。體模型用體歷來(lái)描畫對(duì)象的結(jié)構(gòu)，其基本幾何元素多為四面體。擁有對(duì)象的外部信息，可以很好地表達(dá)模型在外力作用下的體特征〔如變形、分裂等〕，但計(jì)算的時(shí)間與空間復(fù)雜度也相應(yīng)添加，多用于軟體對(duì)象的幾何建模。83.2.1幾何建模技術(shù)幾何模型普通可分為面模型與體模型：83.2.1幾何建模技術(shù)幾何建模通常采用以下兩種方法：〔1〕人工的幾何建模方法應(yīng)用虛擬理想工具軟件來(lái)停止建模，如OpenGL、Java3D、VRML等。這類方法主要針對(duì)虛擬理想技術(shù)的特點(diǎn)而編寫，編程容易，效率較高。直接從某些商品圖形庫(kù)中選購(gòu)所需的幾何圖形，可以防止直接用多邊形拼構(gòu)某個(gè)對(duì)象外形時(shí)繁瑣的進(jìn)程，也可節(jié)省少量的時(shí)間。應(yīng)用常用建模軟件來(lái)停止建模。如AutoCAD、3DS等，用戶可交互式地創(chuàng)立某個(gè)對(duì)象的幾何圖形，但并非一切要求的數(shù)據(jù)都以虛擬理想要求的方式提供，實(shí)踐運(yùn)用時(shí)必需要經(jīng)過(guò)相關(guān)順序或手工導(dǎo)入。自制的工具軟件。93.2.1幾何建模技術(shù)幾何建模通常采用以下兩種方法：93.2.1幾何建模技術(shù)〔2〕自動(dòng)的幾何建模方法采用三維掃描儀對(duì)實(shí)踐物體機(jī)型三維掃描?；趫D片的建模技術(shù)。對(duì)建模對(duì)象實(shí)地拍攝兩張以上的照片，依據(jù)透視學(xué)和攝影測(cè)量學(xué)原理，依據(jù)標(biāo)志和定位對(duì)象上的關(guān)鍵控制點(diǎn)，樹(shù)立三維網(wǎng)格模型。103.2.1幾何建模技術(shù)〔2〕自動(dòng)的幾何建模方法103.2.2物理建模技術(shù)幾何建模的下一步開(kāi)展是物理建模，也就是在建模時(shí)思索對(duì)象的物理屬性。虛擬理想系統(tǒng)的物理建模是基于物理方法的建模，往往采用微分方程來(lái)描畫。典型的物理建模方法有分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。113.2.2物理建模技術(shù)幾何建模的下一步開(kāi)展是物理建模，也就是3.2.3行為建模技術(shù)行為建模主要研討的是物體運(yùn)動(dòng)的處置和對(duì)其行為的描畫。行為建模就是在創(chuàng)立模型的同時(shí)，不只賦予模型外形、質(zhì)感等表現(xiàn)特征，同時(shí)也賦予模型物理屬性和〝與生俱來(lái)〞的行為與反響才干，并且聽(tīng)從一定的客觀規(guī)律。123.2.3行為建模技術(shù)行為建模主要研討的是物體運(yùn)動(dòng)的處置和對(duì)3.2.3行為建模技術(shù)在虛擬環(huán)境行為建模中，建模方法主要有基于數(shù)值插值的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法與基于物理的動(dòng)力學(xué)仿真方法?！?〕運(yùn)動(dòng)學(xué)方法：經(jīng)過(guò)幾何變換〔平移和旋轉(zhuǎn)等〕來(lái)描畫運(yùn)動(dòng)?！?〕動(dòng)力學(xué)仿真：運(yùn)用物理定律而非幾何變換來(lái)描畫物體的行為，在該方法中，運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過(guò)物體的質(zhì)量和慣性、力和力矩以及其他的物理作用計(jì)算出來(lái)的。133.2.3行為建模技術(shù)在虛擬環(huán)境行為建模中，建模方法主要有基3.3真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)要完成虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬世界，僅有平面顯示技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，虛擬理想中還有真實(shí)感與實(shí)時(shí)性的要求，也就是說(shuō)虛擬世界的發(fā)生不只需求真實(shí)的平面感，而且虛擬世界還必需實(shí)時(shí)生成，這就必需要采用真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。143.3真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)要完成虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬世界，僅3.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)真實(shí)感繪制：在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界場(chǎng)景的進(jìn)程。其主要義務(wù)是要模擬真實(shí)物體的物理屬性，即物體的外形、光學(xué)性質(zhì)、外表紋理和粗糙水平，以及物體間的相對(duì)位置、遮擋關(guān)系等等。實(shí)時(shí)繪制：當(dāng)用戶視點(diǎn)發(fā)作變化時(shí)，他所看到的場(chǎng)景需求及時(shí)更新，這就要保證圖形顯示更新的速度必需跟上視點(diǎn)的改動(dòng)速度。153.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)真實(shí)感繪制：在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界3.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)為了提高顯示的逼真度，增強(qiáng)真實(shí)性，常采用以下方法：〔1〕紋理映射：紋理映射是將紋理圖像貼在復(fù)雜物體的幾何外表，以近似描畫物體外表的紋理細(xì)節(jié)，增強(qiáng)真實(shí)性。實(shí)質(zhì)上，它用二維的平面圖像替代三維模型的局部。〔2〕環(huán)境映射：采用紋理圖像來(lái)表示物體外表的鏡面反射和規(guī)那么透視效果?！?〕反走樣：走樣是由圖像的像素性質(zhì)形成的失真現(xiàn)象。反走樣方法的實(shí)質(zhì)是提高像素的密度。163.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)為了提高顯示的逼真度，增強(qiáng)真實(shí)性，3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)傳統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景基本上都是基于幾何的，就是用數(shù)學(xué)意義上的曲線、曲面等數(shù)學(xué)模型預(yù)先定義好虛擬場(chǎng)景的幾何輪廓，再采用紋理映射、光照等數(shù)學(xué)模型加以渲染。大少數(shù)虛擬理想系統(tǒng)的主要局部是結(jié)構(gòu)一個(gè)虛擬環(huán)境，并從不同的方向停止遨游。要到達(dá)這個(gè)目的，首先是結(jié)構(gòu)幾何模型，其次模擬虛擬攝像機(jī)在六個(gè)自在度運(yùn)動(dòng)，并失掉相應(yīng)的輸入畫面。173.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)傳統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景基本上都3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)除了在硬件方面采用高功用的計(jì)算機(jī)，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度以提高圖形顯示才干外，還可以降低場(chǎng)景的復(fù)雜度，即降低圖形系統(tǒng)需處置的多邊形數(shù)目。有下面幾種用來(lái)降低場(chǎng)景復(fù)雜度的方法：〔1〕預(yù)測(cè)計(jì)算：依據(jù)各種運(yùn)動(dòng)的方向、速率和減速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可在下一幀畫面繪制之前用預(yù)測(cè)、外推法的方法推算出手的跟蹤系統(tǒng)及其他設(shè)備的輸入，從而增加由輸入設(shè)備所帶有的延遲?！?〕脫機(jī)計(jì)算：在實(shí)踐運(yùn)用中有必要盡能夠?qū)⒁恍┛深A(yù)先計(jì)算好的數(shù)據(jù)停止預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，這樣可加快需求運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度。183.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)除了在硬件方面采用高功3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔3〕3D剪切：將一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景劃分紅假定干個(gè)子場(chǎng)景，系統(tǒng)針對(duì)可視空間剪切。虛擬環(huán)境在可視空間以外的局部被剪掉，這樣就能有效地增加在某一時(shí)辰所需求顯示的多邊形數(shù)目，以增加計(jì)算任務(wù)量，從而有效降低場(chǎng)景的復(fù)雜度?！?〕可見(jiàn)消隱：系統(tǒng)僅顯示用戶以后能〝看見(jiàn)〞的場(chǎng)景，當(dāng)用戶僅能看到整個(gè)場(chǎng)景很小局部時(shí)，由于系統(tǒng)僅顯示相應(yīng)場(chǎng)景，可大大增加所需顯示的多邊形的數(shù)目。193.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔3〕3D剪切：將一個(gè)3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔5〕細(xì)節(jié)層次模型(LevelofDetail,LOD)：首先對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景或場(chǎng)景中的物體，使用具有不同細(xì)節(jié)的描畫方法失掉的一組模型。在實(shí)時(shí)繪制時(shí)，對(duì)場(chǎng)景中不同的物體或物體的不同局部，采用不同的細(xì)節(jié)描畫方法，關(guān)于虛擬環(huán)境中的一個(gè)物體，同時(shí)樹(shù)立幾個(gè)具有不同細(xì)節(jié)水平的幾何模型。LOD模型是一種全新的模型表示方法，改動(dòng)了傳統(tǒng)圖形繪制中的〝圖像質(zhì)量越精細(xì)越好〞的觀念，而是依據(jù)用戶視點(diǎn)的主方向、視野在景物外表的停留時(shí)間、景物離視點(diǎn)的遠(yuǎn)近和景物在畫面上投影區(qū)域的大小等因歷來(lái)決議景物應(yīng)選擇的細(xì)節(jié)層次，以到達(dá)實(shí)時(shí)顯示圖形的目的。經(jīng)過(guò)對(duì)場(chǎng)景中每個(gè)圖形對(duì)象的重要性停止剖析，使得最重要的圖形對(duì)象停止較高質(zhì)量的繪制，而不重要的圖形對(duì)象采用較低質(zhì)量的繪制，在保證明時(shí)圖形顯示的前提下，最大水平地提高視覺(jué)效果。203.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔5〕細(xì)節(jié)層次模型(L21213.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)以后真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制的其中一個(gè)熱點(diǎn)效果就是基于圖像的繪制(IBR,ImageBasedRendering)。IBR完全摒棄傳統(tǒng)的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列的圖像中生成未知視角的圖像。基于圖像的繪制技術(shù)是基于一些預(yù)先生成的場(chǎng)景畫面，對(duì)接近于視點(diǎn)或視野方向的畫面停止變換、插值與變形，從而快速失掉以后視點(diǎn)處的場(chǎng)景畫面。223.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)以后真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制的其3.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術(shù)相比，基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：〔1〕計(jì)算量適中，對(duì)計(jì)算機(jī)的資源要求不高?！?〕作為的源圖像既可以是計(jì)算機(jī)生成的，也可以是用相機(jī)從真實(shí)環(huán)境中捕捉，甚至是兩者混合生成，因此可以反映愈加豐厚的明暗、顏色、紋理等信息?！?〕圖像繪制技術(shù)與所繪制的場(chǎng)景復(fù)雜性有關(guān)，交互顯示的開(kāi)支僅與所要生成畫面的分辨率有關(guān)，因此能用于表現(xiàn)十分復(fù)雜的場(chǎng)景。233.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術(shù)相3.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)目前基于圖像的繪制的相關(guān)技術(shù)主要有以下兩種：〔1〕全景技術(shù)：全景技術(shù)是指在一個(gè)場(chǎng)景中選擇一個(gè)觀察點(diǎn)，用相機(jī)或攝像機(jī)每旋轉(zhuǎn)一下角度拍攝失掉一組照片，再采用各種工具軟件拼接成一個(gè)全景圖像，它所構(gòu)成的數(shù)據(jù)較小，對(duì)計(jì)算機(jī)要求低，適用于桌面型虛擬理想系統(tǒng)中，建模速度快，但普通一個(gè)場(chǎng)景只要一個(gè)觀察點(diǎn)，因此交互性較差。〔2〕圖像的插值及視圖變換技術(shù)：依據(jù)在不同觀察點(diǎn)所拍攝的圖像，交互地給出或自動(dòng)失掉相鄰兩個(gè)圖像之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)，采用插值或視圖變換的方法求出對(duì)應(yīng)于其他點(diǎn)的圖像，生成新的視圖，依據(jù)這個(gè)原理可完成多點(diǎn)遨游。243.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)目前基于圖像的繪制的相關(guān)技3.4三維虛擬聲響的完成技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的三維聲響，使聽(tīng)者能覺(jué)失掉聲響是來(lái)自圍繞聽(tīng)者雙耳的一個(gè)球形中的任何中央。因此把在虛擬場(chǎng)景中能運(yùn)用戶準(zhǔn)確地判別出聲源的準(zhǔn)確位置、契合人們?cè)谡鎸?shí)境界中聽(tīng)覺(jué)方式的聲響系統(tǒng)稱為三維虛擬聲響。253.4三維虛擬聲響的完成技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的三維聲響，使聽(tīng)3.4.1三維虛擬聲響的作用聲響在虛擬理想系統(tǒng)中的作用，主要有以下幾點(diǎn)：〔1〕聲響是用戶和虛擬環(huán)境的另一種交互方法，人們可以經(jīng)過(guò)語(yǔ)音與虛擬世界停止雙向交流?！?〕數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的聲響能傳遞對(duì)象的屬性信息。〔3〕增強(qiáng)空間信息，尤其是當(dāng)空間超出了視域范圍。263.4.1三維虛擬聲響的作用聲響在虛擬理想系統(tǒng)中的作用，主3.4.2三維虛擬聲響的特征在三維虛擬聲響系統(tǒng)最中心的技術(shù)是三維虛擬聲響定位技術(shù)，它的特征主要有：〔1〕全向三維定位特征：在三維虛擬空間中把實(shí)踐聲響信號(hào)定位到特定虛擬公用源的才干。〔2〕三維實(shí)時(shí)跟蹤特性：在三維虛擬空間中實(shí)時(shí)跟蹤虛擬聲源位置變化或現(xiàn)象變化的才干?！?〕沉溺感與交互性：沉溺感是指參與三維虛擬聲響后，能運(yùn)用戶發(fā)生身臨其境的覺(jué)得，有助于增強(qiáng)臨場(chǎng)效果。而三維聲響的交互特性那么是指隨用戶的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的臨場(chǎng)反響和實(shí)時(shí)照應(yīng)的才干。273.4.2三維虛擬聲響的特征在三維虛擬3.4.3語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與虛擬世界停止語(yǔ)音交互是完成虛擬理想系統(tǒng)中一個(gè)初級(jí)目的，語(yǔ)音技術(shù)在虛擬理想技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音分解技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)(ASR,AutomaticSpeechRecognition)：將人說(shuō)話的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被計(jì)算機(jī)順序所識(shí)別的文字信息，從而識(shí)別說(shuō)話人的語(yǔ)音指令以及文字內(nèi)容的技術(shù)。包括：參數(shù)提取、參考形式樹(shù)立、形式識(shí)別等進(jìn)程。283.4.3語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與虛擬世界停止語(yǔ)音交互是完成虛擬理想3.4.4語(yǔ)音分解技術(shù)語(yǔ)音分解技術(shù)〔TTS,TesttoSpeech〕：用人工的方法生成語(yǔ)音的技術(shù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)分解語(yǔ)音時(shí)，如何能做到聽(tīng)話人能了解其意圖并感知其情感，普通對(duì)〝語(yǔ)音〞的要求是明晰、可聽(tīng)懂、自然、具有表現(xiàn)力。完成語(yǔ)音輸入有兩種方法：〔1〕錄音/重放：首先要把模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，編碼后暫存于存儲(chǔ)設(shè)備中〔錄音〕，需求時(shí)再經(jīng)解碼，重建聲響信號(hào)〔重放〕。〔2〕文-語(yǔ)轉(zhuǎn)換：把計(jì)算機(jī)內(nèi)的文本轉(zhuǎn)換成延續(xù)自然的語(yǔ)聲流。應(yīng)預(yù)先樹(shù)立語(yǔ)音參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、發(fā)音規(guī)那么庫(kù)等。需求輸入語(yǔ)音時(shí)，系統(tǒng)按需求先分解語(yǔ)音單元，再按語(yǔ)音學(xué)規(guī)那么或言語(yǔ)學(xué)規(guī)那么銜接成自然的語(yǔ)流。293.4.4語(yǔ)音分解技術(shù)語(yǔ)音分解技術(shù)〔TTS,Testt3.5自然交互與傳感技術(shù)人機(jī)交互界面閱歷以下幾個(gè)開(kāi)展階段：〔1〕20實(shí)踐40年代到70年代，人機(jī)交互采用的是命令行方式〔CLI〕?！?〕到20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了圖形用戶界面〔GUI〕，GUI的普遍流行將人機(jī)交互推向圖形用戶界面的新階段。〔3〕到20世紀(jì)90年代初，多媒體界面成為盛行的交互方式，它在界面信息的表現(xiàn)方式上停止了改良，運(yùn)用了多種媒體。同時(shí)，界面輸入也末尾轉(zhuǎn)為靜態(tài)、二維圖形/圖像及其他多媒體信息的方式。303.5自然交互與傳感技術(shù)人機(jī)交互界面閱歷以下幾個(gè)開(kāi)展階段：3.5自然交互與傳感技術(shù)作為新一代的人機(jī)交互系統(tǒng)，虛擬理想技術(shù)與傳統(tǒng)交互技術(shù)的區(qū)別：〔1〕自然交互〔2〕多通道〔3〕高〝帶寬〞〔4〕非準(zhǔn)確交互技術(shù)313.5自然交互與傳感技術(shù)作為新一代的人機(jī)交互系統(tǒng)，虛擬理想3.5自然交互與傳感技術(shù)在虛擬理想范圍中較為常用的交互技術(shù)有手勢(shì)識(shí)別、面部表情的識(shí)別以及眼動(dòng)跟蹤等?！?〕手勢(shì)識(shí)別手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的輸入設(shè)備與主要分為基于數(shù)據(jù)手套的識(shí)別和基于視覺(jué)〔圖像〕的手語(yǔ)識(shí)別系統(tǒng)兩種?；跀?shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，就是應(yīng)用數(shù)據(jù)手套和位置跟蹤器來(lái)捕捉手勢(shì)在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡和時(shí)序信息，對(duì)較為復(fù)雜的手的舉措停止檢測(cè)，包括手的位置、方向和手指彎曲度等，并可依據(jù)這些信息對(duì)手勢(shì)停止剖析。基于視覺(jué)的手勢(shì)識(shí)別是從視覺(jué)通道取得信號(hào)，通常采用攝像機(jī)采集手勢(shì)信息，由攝像機(jī)延續(xù)拍下手部的運(yùn)動(dòng)圖像后，先采用輪廓的方法識(shí)別出手上的每一個(gè)手指，進(jìn)而再用邊界特征識(shí)別的方法區(qū)分出一個(gè)較小的、集中的各種手勢(shì)。手勢(shì)識(shí)別技術(shù)主要有：模板婚配、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)剖析技術(shù)。323.5自然交互與傳感技術(shù)在虛擬理想范圍中較為常用的交互技術(shù)3.5自然交互與傳感技術(shù)〔2〕面部表情識(shí)別人可以經(jīng)過(guò)臉部的表情表達(dá)自己的各種心情，傳遞必要的信息。人臉圖像的聯(lián)系、主要特征〔如眼睛、鼻子等〕定位以及識(shí)別是這個(gè)技術(shù)的主要難點(diǎn)。普通人臉檢測(cè)效果可以描畫為：給定一副運(yùn)動(dòng)圖像或一段靜態(tài)圖像序列，從未知的圖像背景中聯(lián)系、提取并確認(rèn)能夠存在的人臉，假設(shè)檢測(cè)到人臉，提取人臉特征。在某些可以控制拍攝條件的場(chǎng)所，將人臉限定在標(biāo)尺內(nèi)，此時(shí)人臉的檢測(cè)與定位相對(duì)容易。在另一些狀況下，人臉在圖像中的位置預(yù)先是未知的，這時(shí)人臉的檢測(cè)與定位將受以下要素的影響：人臉在圖像中的位置、角度和不固定尺度以及光照的影響；發(fā)型、眼鏡、胡須以及人臉的表情變化等；圖像中的噪聲等。333.5自然交互與傳感技術(shù)〔2〕面部表情識(shí)別333.5自然交互與傳感技術(shù)人臉檢測(cè)的基本思想是樹(shù)立人臉模型，比擬一切能夠的待檢測(cè)區(qū)域與人臉模型的婚配水平，從而失掉能夠存在人臉的區(qū)域。依據(jù)對(duì)人臉知識(shí)的應(yīng)用方法，可以將人臉檢測(cè)方法分為兩大類：基于特征的人臉檢測(cè)方法和基于圖像的人臉檢測(cè)方法。①基于特征的人臉檢測(cè)，直接應(yīng)用人臉信息，比如人臉膚色、人臉的幾何結(jié)構(gòu)等。包括輪廓規(guī)那么；器官散布規(guī)那么；膚色、紋理規(guī)那么；對(duì)稱性規(guī)那么；運(yùn)動(dòng)規(guī)那么。②基于圖像的人臉檢測(cè)方法，看作普通的形式識(shí)別效果。包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；特征臉?lè)椒ǎ荒０寤榕浞椒ā?43.5自然交互與傳感技術(shù)人臉檢測(cè)的基3.5自然交互與傳感技術(shù)〔3〕眼動(dòng)跟蹤人們能夠經(jīng)常在不轉(zhuǎn)動(dòng)頭部的狀況下，僅僅經(jīng)過(guò)移動(dòng)視野來(lái)觀察一定范圍內(nèi)的環(huán)境或物體。為了模擬人眼的功用，在虛擬理想系統(tǒng)中引入眼動(dòng)跟蹤技術(shù)。眼動(dòng)跟蹤技術(shù)的基本任務(wù)原理是應(yīng)用圖像處置技術(shù)，運(yùn)用能鎖定眼睛的特殊攝像機(jī)。經(jīng)過(guò)攝入從人的眼角膜和瞳孔反射的紅外線延續(xù)地記載視野變化，從而到達(dá)記載、剖析視野追蹤進(jìn)程的目的。353.5自然交互與傳感技術(shù)〔3〕眼動(dòng)跟蹤353.5自然交互與傳感技術(shù)〔4〕觸覺(jué)〔力覺(jué)〕反應(yīng)傳感技術(shù)觸覺(jué)〔力覺(jué)〕是運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手腕將虛擬物體的空間運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成特殊設(shè)備的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在覺(jué)失掉物體的外表紋理的同時(shí)也運(yùn)用戶可以體驗(yàn)到真實(shí)的力度感和方向感，從而提供一個(gè)嶄新的人機(jī)交互界面。觸摸感知是指人與物體對(duì)象接觸所失掉的全部覺(jué)得，包括觸摸感、壓感、震動(dòng)感、刺痛感等；觸摸反應(yīng)普通指作用在人皮膚上的力，它反映了人觸摸物體的覺(jué)得，側(cè)重于人的微觀覺(jué)得，如對(duì)物體的外表粗糙度、質(zhì)地、紋理、外形等的覺(jué)得；力氣反應(yīng)是作用在人的肌肉、關(guān)節(jié)和筋腱上的力氣，側(cè)重于人的微觀、全體感受，尤其是人的手指、手段和手臂對(duì)物體運(yùn)動(dòng)力的感受。363.5自然交互與傳感技術(shù)〔4〕觸覺(jué)〔力覺(jué)〕反應(yīng)傳感技術(shù)363.6實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)在虛擬理想系統(tǒng)中通常包括有很多運(yùn)動(dòng)的環(huán)境對(duì)象與運(yùn)動(dòng)的活植物體，每一個(gè)虛擬物體的幾何模型往往都是由不可勝數(shù)個(gè)基本幾何元素組成，虛擬環(huán)境的幾何復(fù)雜度使碰撞檢測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度大大提高，同時(shí)由于虛擬理想系統(tǒng)中有較高實(shí)時(shí)性的要求，要求碰撞檢測(cè)必需在很短的時(shí)間〔如30-50ms〕完成，因此碰撞檢測(cè)成了虛擬理想系統(tǒng)與其他實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的瓶頸，碰撞檢測(cè)是虛擬理想系統(tǒng)研討的一個(gè)重要技術(shù)。碰撞效果普通分為碰撞檢測(cè)與碰撞照應(yīng)兩個(gè)局部：碰撞檢測(cè)的義務(wù)是檢測(cè)到有碰撞的發(fā)作及發(fā)作碰撞的位置；碰撞照應(yīng)是在碰撞發(fā)作后，依據(jù)碰撞點(diǎn)和其他參數(shù)促使發(fā)作碰撞的對(duì)象做出正確的舉措，以契合真實(shí)世界中的靜態(tài)效果。373.6實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)在虛擬理想系統(tǒng)中通常包括有很多運(yùn)動(dòng)的3.6實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)碰撞檢測(cè)的要求為了保證虛擬世界的真實(shí)性，碰撞檢測(cè)要有較高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。所謂實(shí)時(shí)性，基于視覺(jué)顯示的要求，碰撞檢測(cè)的速度普通至少要到達(dá)24Hz，而基于觸覺(jué)要求，速度至少要到到300Hz才干維持觸覺(jué)交互系統(tǒng)的動(dòng)搖性，只要到達(dá)1000Hz才干取得平滑的效果。準(zhǔn)確性的要求取決于虛擬理想系統(tǒng)在實(shí)踐運(yùn)用中的要求。383.6實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)碰撞檢測(cè)的要求383.6實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)碰撞檢測(cè)的完成方法最復(fù)雜的碰撞檢測(cè)方法是對(duì)兩個(gè)幾何模型中的一切幾何元素停止兩兩相交測(cè)試。這種方法可以失掉正確的結(jié)果，但當(dāng)模型的復(fù)雜度增大時(shí)，計(jì)算量過(guò)大，十分緩慢。對(duì)兩物體間的準(zhǔn)確碰撞檢測(cè)的減速完成，現(xiàn)有的碰撞檢測(cè)算法主要可劃分為兩大類：層次包圍盒法和空間分解法。393.6實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)技術(shù)碰撞檢測(cè)的完成方法3929十二月202240第三章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)ppt4029十二月20221第三章虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)ppt43.1平面顯示技術(shù)人類從客觀世界取得的信息的80%以下去自視覺(jué)。在視覺(jué)顯示技術(shù)中，完成平面顯示技術(shù)成為虛擬理想的一種極重要的支撐技術(shù)。人的左右眼有大約6-8cm的距離，由于這種視差，使得人的大腦能將兩眼失掉的纖細(xì)差異圖像停止融合而發(fā)生有空間感的平面物體。平面圖的發(fā)生基本進(jìn)程是對(duì)同一場(chǎng)景區(qū)分發(fā)生兩個(gè)相應(yīng)于左右雙眼的不同圖像，讓它們之間具有一定的視差。在觀察時(shí)借助平面眼鏡等設(shè)備，使左右雙眼只能看到與之相應(yīng)的圖像，視野相交于三維空間中的一點(diǎn)上，從而恢復(fù)出三維深度信息。罕見(jiàn)有黑色眼鏡法、偏振光眼鏡法、串行平面顯示法等。413.1平面顯示技術(shù)人類從客觀世界取得的信息的80%以下去自3.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)踐三維環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并依據(jù)其運(yùn)用的需求，應(yīng)用獲取的三維數(shù)據(jù)樹(shù)立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。只要設(shè)計(jì)出反映研討對(duì)象的真實(shí)有效的模型，虛擬理想系統(tǒng)才有可信度。423.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬環(huán)境建模的目的在于獲取實(shí)踐三維環(huán)境的3.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，能夠有以下幾種狀況：〔1〕模擬真實(shí)世界中的環(huán)境〔系統(tǒng)仿真〕〔2〕人類客觀結(jié)構(gòu)的環(huán)境〔3〕模擬真實(shí)世界中的人類不可見(jiàn)的環(huán)境〔迷信可視化〕433.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，能夠有以下幾種3.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的環(huán)境建模技術(shù)與其他圖形建模技術(shù)相比，主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：〔1〕虛擬環(huán)境中可以有很多的物體，往往需求建造少量完全不同類型的物體模型?！?〕虛擬環(huán)境中有些物體有自己的行為，而普通其他圖形建模系統(tǒng)中只結(jié)構(gòu)靜態(tài)的物體，或是物體復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。〔3〕虛擬環(huán)境中的物體必需有良好的操縱功用，當(dāng)用戶與物體停止交互時(shí)，物體必需以某種適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)做出相應(yīng)的反響。443.2環(huán)境建模技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的環(huán)境建模技術(shù)與其他圖形建3.2環(huán)境建模技術(shù)基于目前的技術(shù)水平，罕見(jiàn)的是三維視覺(jué)建模和三維聽(tīng)覺(jué)建模。而在以后運(yùn)用中，環(huán)境建模普通主要是三維視覺(jué)建模。三維視覺(jué)建?？煞譃閹缀谓?、物理建模、行為建模。453.2環(huán)境建模技術(shù)基于目前的技術(shù)水平，罕見(jiàn)的是三維視覺(jué)建模3.2.1幾何建模技術(shù)傳統(tǒng)意義上的虛擬場(chǎng)景基本上都是基于幾何的，就是用數(shù)學(xué)意義上的曲線、曲面等數(shù)學(xué)模型預(yù)先定義好虛擬場(chǎng)景的幾何輪廓，再采取紋理映射、光照等數(shù)學(xué)模型加以渲染。主要研討對(duì)象是對(duì)物體幾何信息的表示與處置。它觸及幾何信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)結(jié)構(gòu)的表示與操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法建模方法。463.2.1幾何建模技術(shù)傳統(tǒng)意義上的虛擬場(chǎng)景基本上都是基于幾何3.2.1幾何建模技術(shù)幾何模型普通可分為面模型與體模型：面模型用面片來(lái)表現(xiàn)對(duì)象的外表，其基本幾何元素多為三角形；建模與繪制技術(shù)相對(duì)成熟，處置方便，但難以停止全體方式的操作〔如拉伸、緊縮等〕，多用于剛體對(duì)象的幾何建模。體模型用體歷來(lái)描畫對(duì)象的結(jié)構(gòu)，其基本幾何元素多為四面體。擁有對(duì)象的外部信息，可以很好地表達(dá)模型在外力作用下的體特征〔如變形、分裂等〕，但計(jì)算的時(shí)間與空間復(fù)雜度也相應(yīng)添加，多用于軟體對(duì)象的幾何建模。473.2.1幾何建模技術(shù)幾何模型普通可分為面模型與體模型：83.2.1幾何建模技術(shù)幾何建模通常采用以下兩種方法：〔1〕人工的幾何建模方法應(yīng)用虛擬理想工具軟件來(lái)停止建模，如OpenGL、Java3D、VRML等。這類方法主要針對(duì)虛擬理想技術(shù)的特點(diǎn)而編寫，編程容易，效率較高。直接從某些商品圖形庫(kù)中選購(gòu)所需的幾何圖形，可以防止直接用多邊形拼構(gòu)某個(gè)對(duì)象外形時(shí)繁瑣的進(jìn)程，也可節(jié)省少量的時(shí)間。應(yīng)用常用建模軟件來(lái)停止建模。如AutoCAD、3DS等，用戶可交互式地創(chuàng)立某個(gè)對(duì)象的幾何圖形，但并非一切要求的數(shù)據(jù)都以虛擬理想要求的方式提供，實(shí)踐運(yùn)用時(shí)必需要經(jīng)過(guò)相關(guān)順序或手工導(dǎo)入。自制的工具軟件。483.2.1幾何建模技術(shù)幾何建模通常采用以下兩種方法：93.2.1幾何建模技術(shù)〔2〕自動(dòng)的幾何建模方法采用三維掃描儀對(duì)實(shí)踐物體機(jī)型三維掃描?；趫D片的建模技術(shù)。對(duì)建模對(duì)象實(shí)地拍攝兩張以上的照片，依據(jù)透視學(xué)和攝影測(cè)量學(xué)原理，依據(jù)標(biāo)志和定位對(duì)象上的關(guān)鍵控制點(diǎn)，樹(shù)立三維網(wǎng)格模型。493.2.1幾何建模技術(shù)〔2〕自動(dòng)的幾何建模方法103.2.2物理建模技術(shù)幾何建模的下一步開(kāi)展是物理建模，也就是在建模時(shí)思索對(duì)象的物理屬性。虛擬理想系統(tǒng)的物理建模是基于物理方法的建模，往往采用微分方程來(lái)描畫。典型的物理建模方法有分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。503.2.2物理建模技術(shù)幾何建模的下一步開(kāi)展是物理建模，也就是3.2.3行為建模技術(shù)行為建模主要研討的是物體運(yùn)動(dòng)的處置和對(duì)其行為的描畫。行為建模就是在創(chuàng)立模型的同時(shí)，不只賦予模型外形、質(zhì)感等表現(xiàn)特征，同時(shí)也賦予模型物理屬性和〝與生俱來(lái)〞的行為與反響才干，并且聽(tīng)從一定的客觀規(guī)律。513.2.3行為建模技術(shù)行為建模主要研討的是物體運(yùn)動(dòng)的處置和對(duì)3.2.3行為建模技術(shù)在虛擬環(huán)境行為建模中，建模方法主要有基于數(shù)值插值的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法與基于物理的動(dòng)力學(xué)仿真方法?！?〕運(yùn)動(dòng)學(xué)方法：經(jīng)過(guò)幾何變換〔平移和旋轉(zhuǎn)等〕來(lái)描畫運(yùn)動(dòng)?！?〕動(dòng)力學(xué)仿真：運(yùn)用物理定律而非幾何變換來(lái)描畫物體的行為，在該方法中，運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過(guò)物體的質(zhì)量和慣性、力和力矩以及其他的物理作用計(jì)算出來(lái)的。523.2.3行為建模技術(shù)在虛擬環(huán)境行為建模中，建模方法主要有基3.3真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)要完成虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬世界，僅有平面顯示技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，虛擬理想中還有真實(shí)感與實(shí)時(shí)性的要求，也就是說(shuō)虛擬世界的發(fā)生不只需求真實(shí)的平面感，而且虛擬世界還必需實(shí)時(shí)生成，這就必需要采用真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)。533.3真實(shí)感實(shí)時(shí)繪制技術(shù)要完成虛擬理想系統(tǒng)中的虛擬世界，僅3.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)真實(shí)感繪制：在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界場(chǎng)景的進(jìn)程。其主要義務(wù)是要模擬真實(shí)物體的物理屬性，即物體的外形、光學(xué)性質(zhì)、外表紋理和粗糙水平，以及物體間的相對(duì)位置、遮擋關(guān)系等等。實(shí)時(shí)繪制：當(dāng)用戶視點(diǎn)發(fā)作變化時(shí)，他所看到的場(chǎng)景需求及時(shí)更新，這就要保證圖形顯示更新的速度必需跟上視點(diǎn)的改動(dòng)速度。543.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)真實(shí)感繪制：在計(jì)算機(jī)中重現(xiàn)真實(shí)世界3.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)為了提高顯示的逼真度，增強(qiáng)真實(shí)性，常采用以下方法：〔1〕紋理映射：紋理映射是將紋理圖像貼在復(fù)雜物體的幾何外表，以近似描畫物體外表的紋理細(xì)節(jié)，增強(qiáng)真實(shí)性。實(shí)質(zhì)上，它用二維的平面圖像替代三維模型的局部。〔2〕環(huán)境映射：采用紋理圖像來(lái)表示物體外表的鏡面反射和規(guī)那么透視效果?！?〕反走樣：走樣是由圖像的像素性質(zhì)形成的失真現(xiàn)象。反走樣方法的實(shí)質(zhì)是提高像素的密度。553.3.1真實(shí)感繪制技術(shù)為了提高顯示的逼真度，增強(qiáng)真實(shí)性，3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)傳統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景基本上都是基于幾何的，就是用數(shù)學(xué)意義上的曲線、曲面等數(shù)學(xué)模型預(yù)先定義好虛擬場(chǎng)景的幾何輪廓，再采用紋理映射、光照等數(shù)學(xué)模型加以渲染。大少數(shù)虛擬理想系統(tǒng)的主要局部是結(jié)構(gòu)一個(gè)虛擬環(huán)境，并從不同的方向停止遨游。要到達(dá)這個(gè)目的，首先是結(jié)構(gòu)幾何模型，其次模擬虛擬攝像機(jī)在六個(gè)自在度運(yùn)動(dòng)，并失掉相應(yīng)的輸入畫面。563.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)傳統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景基本上都3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)除了在硬件方面采用高功用的計(jì)算機(jī)，提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度以提高圖形顯示才干外，還可以降低場(chǎng)景的復(fù)雜度，即降低圖形系統(tǒng)需處置的多邊形數(shù)目。有下面幾種用來(lái)降低場(chǎng)景復(fù)雜度的方法：〔1〕預(yù)測(cè)計(jì)算：依據(jù)各種運(yùn)動(dòng)的方向、速率和減速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可在下一幀畫面繪制之前用預(yù)測(cè)、外推法的方法推算出手的跟蹤系統(tǒng)及其他設(shè)備的輸入，從而增加由輸入設(shè)備所帶有的延遲?！?〕脫機(jī)計(jì)算：在實(shí)踐運(yùn)用中有必要盡能夠?qū)⒁恍┛深A(yù)先計(jì)算好的數(shù)據(jù)停止預(yù)先計(jì)算并存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，這樣可加快需求運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度。573.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)除了在硬件方面采用高功3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔3〕3D剪切：將一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景劃分紅假定干個(gè)子場(chǎng)景，系統(tǒng)針對(duì)可視空間剪切。虛擬環(huán)境在可視空間以外的局部被剪掉，這樣就能有效地增加在某一時(shí)辰所需求顯示的多邊形數(shù)目，以增加計(jì)算任務(wù)量，從而有效降低場(chǎng)景的復(fù)雜度?！?〕可見(jiàn)消隱：系統(tǒng)僅顯示用戶以后能〝看見(jiàn)〞的場(chǎng)景，當(dāng)用戶僅能看到整個(gè)場(chǎng)景很小局部時(shí)，由于系統(tǒng)僅顯示相應(yīng)場(chǎng)景，可大大增加所需顯示的多邊形的數(shù)目。583.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔3〕3D剪切：將一個(gè)3.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔5〕細(xì)節(jié)層次模型(LevelofDetail,LOD)：首先對(duì)同一個(gè)場(chǎng)景或場(chǎng)景中的物體，使用具有不同細(xì)節(jié)的描畫方法失掉的一組模型。在實(shí)時(shí)繪制時(shí)，對(duì)場(chǎng)景中不同的物體或物體的不同局部，采用不同的細(xì)節(jié)描畫方法，關(guān)于虛擬環(huán)境中的一個(gè)物體，同時(shí)樹(shù)立幾個(gè)具有不同細(xì)節(jié)水平的幾何模型。LOD模型是一種全新的模型表示方法，改動(dòng)了傳統(tǒng)圖形繪制中的〝圖像質(zhì)量越精細(xì)越好〞的觀念，而是依據(jù)用戶視點(diǎn)的主方向、視野在景物外表的停留時(shí)間、景物離視點(diǎn)的遠(yuǎn)近和景物在畫面上投影區(qū)域的大小等因歷來(lái)決議景物應(yīng)選擇的細(xì)節(jié)層次，以到達(dá)實(shí)時(shí)顯示圖形的目的。經(jīng)過(guò)對(duì)場(chǎng)景中每個(gè)圖形對(duì)象的重要性停止剖析，使得最重要的圖形對(duì)象停止較高質(zhì)量的繪制，而不重要的圖形對(duì)象采用較低質(zhì)量的繪制，在保證明時(shí)圖形顯示的前提下，最大水平地提高視覺(jué)效果。593.3.2基于幾何圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)〔5〕細(xì)節(jié)層次模型(L60213.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)以后真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制的其中一個(gè)熱點(diǎn)效果就是基于圖像的繪制(IBR,ImageBasedRendering)。IBR完全摒棄傳統(tǒng)的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列的圖像中生成未知視角的圖像?；趫D像的繪制技術(shù)是基于一些預(yù)先生成的場(chǎng)景畫面，對(duì)接近于視點(diǎn)或視野方向的畫面停止變換、插值與變形，從而快速失掉以后視點(diǎn)處的場(chǎng)景畫面。613.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)以后真實(shí)感圖形實(shí)時(shí)繪制的其3.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術(shù)相比，基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：〔1〕計(jì)算量適中，對(duì)計(jì)算機(jī)的資源要求不高?！?〕作為的源圖像既可以是計(jì)算機(jī)生成的，也可以是用相機(jī)從真實(shí)環(huán)境中捕捉，甚至是兩者混合生成，因此可以反映愈加豐厚的明暗、顏色、紋理等信息。〔3〕圖像繪制技術(shù)與所繪制的場(chǎng)景復(fù)雜性有關(guān)，交互顯示的開(kāi)支僅與所要生成畫面的分辨率有關(guān)，因此能用于表現(xiàn)十分復(fù)雜的場(chǎng)景。623.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)與基于幾何的傳統(tǒng)繪制技術(shù)相3.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)目前基于圖像的繪制的相關(guān)技術(shù)主要有以下兩種：〔1〕全景技術(shù)：全景技術(shù)是指在一個(gè)場(chǎng)景中選擇一個(gè)觀察點(diǎn)，用相機(jī)或攝像機(jī)每旋轉(zhuǎn)一下角度拍攝失掉一組照片，再采用各種工具軟件拼接成一個(gè)全景圖像，它所構(gòu)成的數(shù)據(jù)較小，對(duì)計(jì)算機(jī)要求低，適用于桌面型虛擬理想系統(tǒng)中，建模速度快，但普通一個(gè)場(chǎng)景只要一個(gè)觀察點(diǎn)，因此交互性較差?！?〕圖像的插值及視圖變換技術(shù)：依據(jù)在不同觀察點(diǎn)所拍攝的圖像，交互地給出或自動(dòng)失掉相鄰兩個(gè)圖像之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)，采用插值或視圖變換的方法求出對(duì)應(yīng)于其他點(diǎn)的圖像，生成新的視圖，依據(jù)這個(gè)原理可完成多點(diǎn)遨游。633.3.3基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)目前基于圖像的繪制的相關(guān)技3.4三維虛擬聲響的完成技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的三維聲響，使聽(tīng)者能覺(jué)失掉聲響是來(lái)自圍繞聽(tīng)者雙耳的一個(gè)球形中的任何中央。因此把在虛擬場(chǎng)景中能運(yùn)用戶準(zhǔn)確地判別出聲源的準(zhǔn)確位置、契合人們?cè)谡鎸?shí)境界中聽(tīng)覺(jué)方式的聲響系統(tǒng)稱為三維虛擬聲響。643.4三維虛擬聲響的完成技術(shù)虛擬理想系統(tǒng)中的三維聲響，使聽(tīng)3.4.1三維虛擬聲響的作用聲響在虛擬理想系統(tǒng)中的作用，主要有以下幾點(diǎn)：〔1〕聲響是用戶和虛擬環(huán)境的另一種交互方法，人們可以經(jīng)過(guò)語(yǔ)音與虛擬世界停止雙向交流?！?〕數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的聲響能傳遞對(duì)象的屬性信息?！?〕增強(qiáng)空間信息，尤其是當(dāng)空間超出了視域范圍。653.4.1三維虛擬聲響的作用聲響在虛擬理想系統(tǒng)中的作用，主3.4.2三維虛擬聲響的特征在三維虛擬聲響系統(tǒng)最中心的技術(shù)是三維虛擬聲響定位技術(shù)，它的特征主要有：〔1〕全向三維定位特征：在三維虛擬空間中把實(shí)踐聲響信號(hào)定位到特定虛擬公用源的才干。〔2〕三維實(shí)時(shí)跟蹤特性：在三維虛擬空間中實(shí)時(shí)跟蹤虛擬聲源位置變化或現(xiàn)象變化的才干?！?〕沉溺感與交互性：沉溺感是指參與三維虛擬聲響后，能運(yùn)用戶發(fā)生身臨其境的覺(jué)得，有助于增強(qiáng)臨場(chǎng)效果。而三維聲響的交互特性那么是指隨用戶的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的臨場(chǎng)反響和實(shí)時(shí)照應(yīng)的才干。663.4.2三維虛擬聲響的特征在三維虛擬3.4.3語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與虛擬世界停止語(yǔ)音交互是完成虛擬理想系統(tǒng)中一個(gè)初級(jí)目的，語(yǔ)音技術(shù)在虛擬理想技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音分解技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)(ASR,AutomaticSpeechRecognition)：將人說(shuō)話的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為可被計(jì)算機(jī)順序所識(shí)別的文字信息，從而識(shí)別說(shuō)話人的語(yǔ)音指令以及文字內(nèi)容的技術(shù)。包括：參數(shù)提取、參考形式樹(shù)立、形式識(shí)別等進(jìn)程。673.4.3語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與虛擬世界停止語(yǔ)音交互是完成虛擬理想3.4.4語(yǔ)音分解技術(shù)語(yǔ)音分解技術(shù)〔TTS,TesttoSpeech〕：用人工的方法生成語(yǔ)音的技術(shù)，當(dāng)計(jì)算機(jī)分解語(yǔ)音時(shí)，如何能做到聽(tīng)話人能了解其意圖并感知其情感，普通對(duì)〝語(yǔ)音〞的要求是明晰、可聽(tīng)懂、自然、具有表現(xiàn)力。完成語(yǔ)音輸入有兩種方法：〔1〕錄音/重放：首先要把模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，編碼后暫存于存儲(chǔ)設(shè)備中〔錄音〕，需求時(shí)再經(jīng)解碼，重建聲響信號(hào)〔重放〕。〔2〕文-語(yǔ)轉(zhuǎn)換：把計(jì)算機(jī)內(nèi)的文本轉(zhuǎn)換成延續(xù)自然的語(yǔ)聲流。應(yīng)預(yù)先樹(shù)立語(yǔ)音參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、發(fā)音規(guī)那么庫(kù)等。需求輸入語(yǔ)音時(shí)，系統(tǒng)按需求先分解語(yǔ)音單元，再按語(yǔ)音學(xué)規(guī)那么或言語(yǔ)學(xué)規(guī)那么銜接成自然的語(yǔ)流。683.4.4語(yǔ)音分解技術(shù)語(yǔ)音分解技術(shù)〔TTS,Testt3.5自然交互與傳感技術(shù)人機(jī)交互界面閱歷以下幾個(gè)開(kāi)展階段：〔1〕20實(shí)踐40年代到70年代，人機(jī)交互采用的是命令行方式〔CLI〕?！?〕到20世紀(jì)80年代初，出現(xiàn)了圖形用戶界面〔GUI〕，GUI的普遍流行將人機(jī)交互推向圖形用戶界面的新階段?！?〕到20世紀(jì)90年代初，多媒體界面成為盛行的交互方式，它在界面信息的表現(xiàn)方式上停止了改良，運(yùn)用了多種媒體。同時(shí)，界面輸入也末尾轉(zhuǎn)為靜態(tài)、二維圖形/圖像及其他多媒體信息的方式。693.5自然交互與傳感技術(shù)人機(jī)交互界面閱歷以下幾個(gè)開(kāi)展階段：3.5自然交互與傳感技術(shù)作為新一代的人機(jī)交互系統(tǒng)，虛擬理想技術(shù)與傳統(tǒng)交互技術(shù)的區(qū)別：〔1〕自然交互〔2〕多通道〔3〕高〝帶寬〞〔4〕非準(zhǔn)確交互技術(shù)703.5自然交互與傳感技術(shù)作為新一代的人機(jī)交互系統(tǒng)，虛擬理想3.5自然交互與傳感技術(shù)在虛擬理想范圍中較為常用的交互技術(shù)有手勢(shì)識(shí)別、面部表情的識(shí)別以及眼動(dòng)跟蹤等。〔1〕手勢(shì)識(shí)別手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的輸入設(shè)備與主要分為基于數(shù)據(jù)手套的識(shí)別和基于視覺(jué)〔圖像〕的手語(yǔ)識(shí)別系統(tǒng)兩種?；跀?shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)，就是應(yīng)用數(shù)據(jù)手套和位置跟蹤器來(lái)捕捉手勢(shì)在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡和時(shí)序信息，對(duì)較為復(fù)雜的手的舉措停止檢測(cè)，包括手的位置、方向和手指彎曲度等，并可依據(jù)這些信息對(duì)手勢(shì)停止剖析。基于視覺(jué)的手勢(shì)識(shí)別是從視覺(jué)通道取得信號(hào)，通常采用攝像機(jī)采集手勢(shì)信息，由攝像機(jī)延續(xù)拍下手部的運(yùn)動(dòng)圖像后，先采用輪廓的方法識(shí)別出手上的每一個(gè)手指，進(jìn)而再用邊界特征識(shí)別的方法區(qū)分出一個(gè)較小的、集中的各種手勢(shì)。手勢(shì)識(shí)別技術(shù)主要有：模板婚配、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)剖析技術(shù)。713.5自然交互與傳感技術(shù)在虛擬理想范圍中較為常用的交互技術(shù)3.5自然交互與傳感技術(shù)〔2〕面部表情識(shí)別人可以經(jīng)過(guò)臉部的表情表達(dá)自己的各種心情，傳遞必要的信息。人臉圖像的聯(lián)系、主要特征〔如眼睛、鼻子等〕定位以及識(shí)別是這個(gè)技術(shù)的主要難點(diǎn)。普通人臉檢測(cè)效果可以描畫為：給定一副運(yùn)動(dòng)圖像或一段靜態(tài)圖像序列，從未知的圖像背景中聯(lián)系、提取并確認(rèn)能夠存在的人臉，假設(shè)檢測(cè)到人臉，提取人臉特征。在某些可以控制拍攝條件的場(chǎng)所，將人臉限定在標(biāo)尺內(nèi)，此時(shí)人臉的檢測(cè)與定位相對(duì)容易。在另一些狀況下