虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)初探地理信息論壇系列講座（四）Saturday,October02,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第1頁(yè)主要內(nèi)容一

概述二VR硬件及交互設(shè)備三

虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)GIS四

虛擬現(xiàn)實(shí)主要開(kāi)發(fā)技術(shù)五

虛擬環(huán)境建模及其工具六

開(kāi)發(fā)實(shí)例：南京師范大學(xué)仙林校區(qū)虛擬校園七

發(fā)展展望與存在問(wèn)題附錄：參考文件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第2頁(yè)一

概述虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域應(yīng)用過(guò)程中結(jié)晶和反應(yīng)，不但包含圖形學(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)，而且包括數(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)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第3頁(yè)1.1什么是虛擬現(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.含有臨場(chǎng)感覺(jué)環(huán)境,它是一個(gè)全新人機(jī)交互系統(tǒng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)高度逼真地模擬人在現(xiàn)實(shí)生活中視覺(jué).聽(tīng)覺(jué).動(dòng)作等行為交互技術(shù).傳統(tǒng)信息處理環(huán)境一直是“人適應(yīng)計(jì)算機(jī)”，而當(dāng)今目標(biāo)或理念是要逐步使“計(jì)算機(jī)適應(yīng)人”，人們要求經(jīng)過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)，以及形體、手勢(shì)或口令，參加到信息處理環(huán)境中去，從而取得身臨其境體驗(yàn)。這種信息處理系統(tǒng)已不再是建立在單維數(shù)字化空間上，而是建立在一個(gè)多維信息空間中。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是支撐這個(gè)多維信息空間關(guān)鍵技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第4頁(yè)1.2虛擬現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)浸沒(méi)感(Immersion)交互性(Interaction)想象性(Imagination)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第5頁(yè)浸沒(méi)感(Immersion)v計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)人為虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)圖形組成三維數(shù)字模型，編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺(jué)上產(chǎn)生一個(gè)沉醉于虛擬環(huán)境感覺(jué),這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)浸沒(méi)感(Immersion)或臨場(chǎng)參加感虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第6頁(yè)交互性(Interaction)虛擬現(xiàn)實(shí)與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生模型以及傳統(tǒng)三維動(dòng)畫(huà)是不一樣，它不是一個(gè)靜態(tài)世界，而是一個(gè)開(kāi)放、互動(dòng)環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境能夠經(jīng)過(guò)控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響，這是VR第二個(gè)特征，即交互性（Interaction）。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第7頁(yè)想象性(Imagination)虛擬現(xiàn)實(shí)不但僅是一個(gè)演示媒體，而且還是一個(gè)設(shè)計(jì)工具。它以視覺(jué)形式反應(yīng)了設(shè)計(jì)者思想，比如當(dāng)在蓋一座當(dāng)代化大廈之前，你首先要做事是對(duì)這座大廈結(jié)構(gòu)、外形做細(xì)致構(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)能夠把這種構(gòu)思變成看得見(jiàn)虛擬物體和環(huán)境，使以往只能借助傳統(tǒng)沙盤(pán)設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化即看即所得完美境界，大大提升了設(shè)計(jì)和規(guī)劃質(zhì)量與效率。這是VR所含有第三類特征，即想象性（Imagination）。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第8頁(yè)1.3虛擬現(xiàn)實(shí)分類桌面虛擬現(xiàn)實(shí)沉醉虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)分布式虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第9頁(yè)1.4虛擬現(xiàn)實(shí)與三維動(dòng)畫(huà)區(qū)分

虛擬現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫(huà)虛擬環(huán)境由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵照工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(huà)面由動(dòng)畫(huà)制作人員依據(jù)材料或想象直接畫(huà)制而成，與真實(shí)環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大差距，屬于演示類藝術(shù)作品。

預(yù)先假定觀察路徑，無(wú)法改變。操縱者能夠?qū)崟r(shí)感受運(yùn)動(dòng)帶來(lái)場(chǎng)景改變，步移景異，并可親自布置場(chǎng)景，含有雙向互動(dòng)功效。只能如電影一樣單向演示，場(chǎng)景改變,畫(huà)面需要事先制作生成，耗時(shí)、費(fèi)勁、成本較高。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第10頁(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫(huà)支持立體顯示和3D立體聲，三維空間真實(shí)。不支持沒(méi)有時(shí)間限制，可真實(shí)詳盡地展示，并能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上導(dǎo)出動(dòng)畫(huà)視頻文件，一樣能夠用于多模體資料制作和宣傳，性價(jià)比高。受動(dòng)畫(huà)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)定、管理、信息查詢等功效，適合較大型復(fù)雜工程項(xiàng)目標(biāo)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要，同時(shí)又含有更真實(shí)和直觀多媒體演示功效。只適合簡(jiǎn)單演示功效。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第11頁(yè)1.5虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中利用許多游戲廠商,為了使游戲人物動(dòng)作更逼真,經(jīng)常就會(huì)使用動(dòng)作捕捉系統(tǒng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電影中利用.例子:黑客帝國(guó)商品展示(如家居,家電等)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第12頁(yè)二VR硬件及交互設(shè)備

一個(gè)經(jīng)典虛擬現(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)組成?？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)越三維交互設(shè)備是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)關(guān)鍵?？臻g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)圖形工作站三維控制設(shè)備三維顯示設(shè)備采集交互虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第13頁(yè)空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，經(jīng)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)確可靠虛擬現(xiàn)實(shí)空間環(huán)境。遙感是一個(gè)利用物體反射和輻射電磁波固有特征，經(jīng)過(guò)落實(shí)電磁波、識(shí)別物體以及物體存在環(huán)境條件技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第14頁(yè)人體數(shù)據(jù)捕捉系統(tǒng)人體數(shù)據(jù)捕捉設(shè)備，能夠?qū)嵤陆y(tǒng)計(jì)人體各項(xiàng)數(shù)據(jù)和動(dòng)作，包含人體動(dòng)作、面部表情、生理指數(shù)、氣味、語(yǔ)音等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第15頁(yè)三維交互設(shè)備常見(jiàn)三維顯示設(shè)備有頭盔式顯示器和立體眼鏡等。頭盔式顯示器采取立體圖繪制技術(shù)來(lái)產(chǎn)生兩幅相隔一定間距透視圖，并直接顯示到對(duì)應(yīng)于用戶左、右眼兩個(gè)顯示器上。新型頭盔式顯示器都配以磁定位傳感器，能夠測(cè)定用戶視線方向，使場(chǎng)景能夠伴隨用戶視線改變而作出對(duì)應(yīng)改變。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第16頁(yè)三維

交互設(shè)備三維空間控制設(shè)備共同特征是最少能夠控制六個(gè)自由度(DegreeofFreedom)，對(duì)應(yīng)于描述三維對(duì)象寬度、高度、深度、俯仰(pitch)角、轉(zhuǎn)動(dòng)(yaw)角和偏轉(zhuǎn)(roll)角。常見(jiàn)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)手套出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新交互伎倆，可認(rèn)為用戶提供一種非常真實(shí)自然三維交互伎倆。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第17頁(yè)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)主要包含數(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)；各種聲音合成與聲音空間化技術(shù)；多維信息數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)庫(kù)生成；包含命令識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別，以及手勢(shì)和人面部表情信息檢測(cè)等在內(nèi)模式識(shí)別；分布式與并行計(jì)算，以及高速、大規(guī)模遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第18頁(yè)三

虛擬現(xiàn)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)、GIS

現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合了各學(xué)科最新研究結(jié)果，包含計(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)域結(jié)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)同虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第19頁(yè)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)發(fā)展，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用推廣，為GIS提供了一個(gè)新分析地學(xué)數(shù)據(jù)和探索地學(xué)問(wèn)題技術(shù)平臺(tái)，推進(jìn)著GIS技術(shù)同虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和可視化技術(shù)融合，拓展了多維GIS、尤其是三維GIS研究?jī)?nèi)涵，提供了全新空間數(shù)據(jù)分析模式和新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)多維GIS系統(tǒng)稱之為虛擬GIS系統(tǒng)“VirtualGIS（VGIS）”。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第20頁(yè)3．2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)展方向。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS不但為人們經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析空間數(shù)據(jù)和處理空間問(wèn)題提供了技術(shù)平臺(tái)，同時(shí)經(jīng)過(guò)“沉醉式”虛擬現(xiàn)實(shí)模式，為人們經(jīng)過(guò)虛擬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)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第21頁(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS架構(gòu)1.一個(gè)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GISClient端連接起來(lái)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中提供簡(jiǎn)單空間分析功效或是將GIS分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)格式，供虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)觀察；2.另一個(gè)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)類型支持能力，提供簡(jiǎn)單空間分析功效。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第22頁(yè)WEB虛擬GIS總體結(jié)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第23頁(yè)3．3CORBA在網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中作用CORBA是當(dāng)前主流分布式對(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)界所廣泛接收，而且完全開(kāi)放地分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。分布式對(duì)象是CORBA設(shè)計(jì)基礎(chǔ).含有可伸縮性、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)尤其性能要求分布式系統(tǒng)提供了理性平臺(tái)。經(jīng)過(guò)基于CORBA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS，經(jīng)過(guò)重用CORBA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)大大簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，基于CORBA能夠使網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS采取較靈活網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第24頁(yè)基于CORBA命名服務(wù)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)n……虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第25頁(yè)3．4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)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)律數(shù)字與多通道感知表示、計(jì)算與模擬，可用于地球多維信息綜合管理與多媒體集成公布、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)計(jì)與決議等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第26頁(yè)用戶化身在虛擬地理環(huán)境中，兩個(gè)用戶化身能夠在同一個(gè)虛擬地理位置進(jìn)行面對(duì)面交流。而化身作為真實(shí)用戶一個(gè)表示，它信息源能夠包含視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)甚至味覺(jué)等各種信息源，使得用戶擁有一個(gè)沉醉感，能夠身臨其境感受到本身是虛擬地理環(huán)境中一部分。視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)等信息源能夠傳達(dá)協(xié)同工作者對(duì)事情真實(shí)態(tài)度和情緒，是虛擬地理環(huán)境中協(xié)同工作者之間交流主要組成部分，而且在分析地理數(shù)據(jù)和決議規(guī)劃中也都起著非常主要作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第27頁(yè)交流模式對(duì)于虛擬地理環(huán)境不但要有真實(shí)地理背景，而且要為協(xié)同工作者們提供一個(gè)可靠信息交流平臺(tái)。為此，我們愈加需要研究怎樣改進(jìn)人與人之間交流模式，增強(qiáng)在虛擬地理環(huán)境中化身之間各種交流。當(dāng)前，按照交流時(shí)效性分類----非即時(shí)交流：電子郵件和公告板即時(shí)交流：交互性、實(shí)時(shí)性好，主要包含傳統(tǒng)二維場(chǎng)景、三維場(chǎng)景、流媒體技術(shù)和結(jié)合模式等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第28頁(yè)四

虛擬現(xiàn)實(shí)主要開(kāi)發(fā)技術(shù)

VRMLXMLX3DJava3DVRMLXML地理實(shí)體X3DJAVA3D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圖形建模功效，XML國(guó)際化、結(jié)構(gòu)化、模塊化特征以及Java強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言，共同組成一個(gè)強(qiáng)大虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第29頁(yè)4.1VRML1994年，在瑞士日內(nèi)瓦舉行第一屆國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，提出為創(chuàng)建三維網(wǎng)絡(luò)界面便于網(wǎng)絡(luò)傳輸VRML。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)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)等功效。1997年，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)組織評(píng)定后，VRML2.0成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并改稱VRML97。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第30頁(yè)VRML簡(jiǎn)例sphere.wrl

#VRMLV2.0utf8

Shape{#定義節(jié)點(diǎn)，含有兩個(gè)屬性

appearanceAppearance{#外觀屬性

materialMaterial{#material(材質(zhì))，emissiveColor100}#材質(zhì)反光性

}

geometrySphere{#幾何屬性

radius1

}

}虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第31頁(yè)4.3XML

XML英文全名是ExtensibleMarkupLanguage，漢字譯名為可延伸式標(biāo)識(shí)語(yǔ)言。它是一個(gè)由W3C(WorldWideWebConsortium)所推廣結(jié)構(gòu)化信息交換標(biāo)準(zhǔn)，而且已經(jīng)廣泛地被使用。VRML采取XML作為編碼主要原因是因?yàn)閄ML具備國(guó)際化特征、結(jié)構(gòu)化格式和模塊化對(duì)象等優(yōu)勢(shì)。藉由已經(jīng)被明確制訂落實(shí)XML規(guī)范，X3D以XML為語(yǔ)法是輕易被實(shí)現(xiàn)，而不需要龐大反向工程(reverseengineering)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第32頁(yè)XML與GISXML能夠在GIS應(yīng)用中發(fā)揮什么樣作用？利用XML我們能夠定義查詢，其實(shí)這和傳統(tǒng)GIS查詢沒(méi)有什么不一樣，比如能夠說(shuō)“依據(jù)用戶指定區(qū)域進(jìn)行水淹分析，而且返回結(jié)果”，響應(yīng)消息就可能是基于XML格式“分析結(jié)果在以下列圖形中”。與傳統(tǒng)方式不一樣之處于于，XML將查詢地理數(shù)據(jù)和請(qǐng)求統(tǒng)一包含在了一個(gè)單獨(dú)XML文檔中，響應(yīng)信息也在XML文檔中。XML支持自定義標(biāo)識(shí)，提供了強(qiáng)有力擴(kuò)展機(jī)制，這必定會(huì)出現(xiàn)許多GIS行業(yè)獨(dú)有標(biāo)識(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第33頁(yè)XML與GISOpenGISConsortium(OGC)適時(shí)推出了GISXML標(biāo)識(shí)集GML(GeographyMarkupLanguage)，為XML在GIS中應(yīng)用提供了良好規(guī)范化道路，得到了行業(yè)內(nèi)眾多企業(yè)支持。利用XML，我們能夠?qū)崿F(xiàn)許多GIS任務(wù)----瀏覽和生成影像，如SVG,VMLandX3D格式；能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，如XSLT,能夠進(jìn)行Schema配置，如DTD,XMLSchema等；能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，如Xpointer和XQL等，還能夠運(yùn)行在不一樣平臺(tái)上，如PDA等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第34頁(yè)4.3X3D

X3D全名是Extensible3D(X3D早期名稱叫做VRML-NG，VRMLNextGeneration)。它是下一代具擴(kuò)充性3D圖形規(guī)范，而且延伸了VRML97功效。X3D名稱由來(lái)是整合了XML(ExtensibleMarkupLanguage)和VRML(VirtualRealityModelingLanguage)。X3D是VRML繼承。VRML(VirtualRealityModelingLanguage-虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言)是原來(lái)網(wǎng)絡(luò)3D圖形ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC14772)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第35頁(yè)X3D目標(biāo)

1.包含VRML97功效。(依然能夠使用X3D技術(shù)瀏覽VRML內(nèi)容)2.與XML整合。(能夠使用XML來(lái)展現(xiàn)VRML97功效)3.組件化。(封裝經(jīng)量級(jí)關(guān)鍵(core)技術(shù)，使其能夠輕易地加入新功效)4.擴(kuò)充性。(使用組件去增加新節(jié)點(diǎn)，而且符合關(guān)鍵技術(shù)執(zhí)行碼)5.使用Java確保平臺(tái)通用性虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第36頁(yè)4.4JAVA3D因?yàn)閂RML、GML、X3D等空間建模語(yǔ)言載程序設(shè)計(jì)方面欠缺，所以迫切需要一個(gè)高級(jí)編程語(yǔ)言來(lái)代替原有腳本編寫(xiě)功效。Java網(wǎng)絡(luò)性和操作平臺(tái)無(wú)關(guān)性以及其對(duì)三維圖形強(qiáng)有力支持，使得他在未來(lái)三維開(kāi)發(fā)市場(chǎng)中占據(jù)主要位置。Java3D則提出了一個(gè)新基于視平臺(tái)視模型和輸入設(shè)備模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案.它不但提供了建造和操作三維幾何物體高層結(jié)構(gòu)函數(shù),而且利用這些結(jié)構(gòu)函數(shù)還能夠建造復(fù)雜程度各異虛擬場(chǎng)景,這些虛擬場(chǎng)景大到宇宙天體,小到微觀粒子.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第37頁(yè)五

虛擬環(huán)境建模及其工具虛擬環(huán)境建模基本原理是經(jīng)過(guò)三維建模軟件在三維空間建立與現(xiàn)實(shí)物體一樣三維模型，然后獲取現(xiàn)實(shí)物體屬性和紋理數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行渲染，做成仿真模型后再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最終導(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MultigenCreator和Vega進(jìn)行三維仿真

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第38頁(yè)5．1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）PhysicallyBasedModeling（基于物體建模方法）ImageBasedRendering（基于圖像建模方法）混合建模技術(shù)：PhysicallyBasedRendering和ImageBasedRendering，是未來(lái)虛擬環(huán)境建模發(fā)展方向。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第39頁(yè)5．2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)景觀仿真虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第40頁(yè)5.3AUTOCAD和3DSMAX結(jié)合進(jìn)行三維景觀動(dòng)態(tài)仿真AutoCAD和3DSMAX軟件是當(dāng)前工程界應(yīng)用最廣泛兩種軟件。AutoCAD軟件在結(jié)構(gòu)、編輯二維圖形方面功效強(qiáng),使用方便,而且開(kāi)放性好,有AutoLISP編程語(yǔ)言支持等許多優(yōu)點(diǎn)。3DSMAX軟件在三維造型、動(dòng)畫(huà)和渲染等方面有很大優(yōu)越性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第41頁(yè)VR數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換在用3DSMAX為VR系統(tǒng)創(chuàng)作好模型后，結(jié)合VR系統(tǒng)要求，看是否需要采取諸如LOD（LevelofDetail）模型，假如需要可利用MAX自帶LOD插件直接生成對(duì)象LOD模型，最終依據(jù)VR系統(tǒng)編輯環(huán)境將模型輸出為編輯環(huán)境所能接收文件類型，如VRML97或DXF等格式文件。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第42頁(yè)在AUTOCAD中進(jìn)行準(zhǔn)確二維建模，生成*.dwg文件。在3DSMAX中制作成效果圖和動(dòng)畫(huà)輸出。處理和制作各種紋理貼圖，并在3DSMAX中作立體渲染。導(dǎo)入3DSMAX中建立三維立體模型。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第43頁(yè)5.4MultigenCreator和Vega進(jìn)行三維景觀動(dòng)態(tài)仿真MultigenCreator系列軟件，由美國(guó)Multigen-Paradigm企業(yè)開(kāi)發(fā)，它擁有針對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用優(yōu)化OpenFlight數(shù)據(jù)格式，強(qiáng)大多邊形建模、矢量建模、大面積地形準(zhǔn)確生成功效，以及各種專業(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)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)先地位。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第44頁(yè)AUTOCAD和3DSMAX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MultigenParadigmCREATOR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MultigenParadigmVEGA中對(duì)三維立體模型進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)漫游和動(dòng)畫(huà)輸出功效。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第45頁(yè)更專業(yè)建模工具和專業(yè)模塊TerrainBundle（大面積準(zhǔn)確三維地形功效集成，需CreatorPro模塊）；RoadTools（標(biāo)準(zhǔn)道路生成工具，與BaseCreator、CreatorPro均能結(jié)合）。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第46頁(yè)P(yáng)aradigm-Vega構(gòu)建高級(jí)實(shí)時(shí)仿真高效工具VEGA是開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)和通用視頻應(yīng)用業(yè)界領(lǐng)先軟件環(huán)境。VEGA包含圖形環(huán)境Lynx，一套能夠提供最充分軟件控制和最大程度靈活性完整應(yīng)用編程接口，一系列相關(guān)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SGIIRIX操作系統(tǒng)，并支持大量種類數(shù)據(jù)庫(kù)加載器虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第47頁(yè)OpenFlight格式及APIsOpenFlight是Multigen開(kāi)發(fā)，在視覺(jué)仿真領(lǐng)域最為流行標(biāo)準(zhǔn)文件格式。OpenFlight采取幾何層次結(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，確保從大型數(shù)據(jù)庫(kù)到物體單個(gè)頂點(diǎn)準(zhǔn)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)、分離面等功效，使得圖像產(chǎn)生器知道何時(shí)及怎樣繪制三維場(chǎng)景，極大地提升了實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能。OpenFlightAPIs(C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境)，能夠擴(kuò)展原有功效及算法，開(kāi)發(fā)用戶自定義數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第48頁(yè)MultigenCreator/Vega

仿真應(yīng)用實(shí)例

虛擬洛杉磯

虛擬深圳中心區(qū)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第49頁(yè)六

開(kāi)發(fā)實(shí)例：南京師范大學(xué)仙林校區(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)景觀，經(jīng)過(guò)頭盔、三維鼠標(biāo)等設(shè)備，人們能夠進(jìn)入到虛擬新校區(qū)進(jìn)行漫游，領(lǐng)會(huì)校園美景，經(jīng)過(guò)這個(gè)路徑讓更多人對(duì)新校區(qū)有清楚認(rèn)識(shí)，對(duì)于該地域發(fā)展規(guī)劃及交通、旅游等方面有更明確目標(biāo)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第50頁(yè)軟硬件環(huán)境硬件設(shè)備：SGIOctane圖形工作站兩臺(tái)，IntergraphNT工作站，IBMPⅢ550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硬盤(pán)；軟件支持：數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件---VirtuoZo3.1；GIS軟件---Arcinfo7.1，Arcview3.1，IMAGIS；VR軟件---MultiGen，Vega；圖象處理軟件---Photoshop5.0；三維建模軟件---AutoCad，3DMax。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第51頁(yè)實(shí)施步驟1：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段

（1）原始資料：包含南京師范大學(xué)仙林校區(qū)大百分比尺航攝相片（影像百分比尺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)：包含航攝百分比尺分母；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。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第52頁(yè)步驟2：數(shù)據(jù)預(yù)處理階段數(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)數(shù)字高程模型DEM，取得正射影像圖并測(cè)得這一地域建筑模型數(shù)據(jù)以及道路、湖泊等屬性數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將數(shù)據(jù)采集階段取得數(shù)據(jù)經(jīng)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)間轉(zhuǎn)換，將測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)GIS轉(zhuǎn)換為創(chuàng)建數(shù)字虛擬城市所需數(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。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課件第53頁(yè)步驟3數(shù)據(jù)建模階段（1）地形數(shù)據(jù)處理：將數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)DED經(jīng)過(guò)選擇適當(dāng)算法建立起三維地表模型，按照與地表模型相對(duì)應(yīng)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)真實(shí)三維地貌景觀。（2）屬性數(shù)據(jù)處理：數(shù)字文化數(shù)據(jù)DFD，如道路、湖泊等，可按照不一樣地物屬性分層輸入MultiGen，選擇或重新建立對(duì)應(yīng)特征碼（FeatureID）和表面材質(zhì)碼（SMC），賦予其適當(dāng)紋理。然后選擇適當(dāng)投影方式，按照與地表模型對(duì)應(yīng)經(jīng)緯度坐標(biāo)投影到地貌景觀上，得到