虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報

虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報5/9/20241虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報內容提綱虛擬現(xiàn)實簡介1三維立體顯示技術2三維空間的數(shù)據(jù)模型3三維空間的拓撲關系4三維建模系統(tǒng)及方法5三維在GIS上的應用及趨勢65/9/20242虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報虛擬現(xiàn)實簡介世界上首個具有虛擬現(xiàn)實思想的裝置是由Mor-tonHeilig在1962年研制成功的，它是一種被稱之為Sensorma的具有多種感官刺激的全景式立體電影設備。1965年，IvanSutherland博士發(fā)表“TheUl-timateDisplay”一文，提出了一種全新的圖形顯示技術。1989年，美國VPL公司的創(chuàng)建人之一JaronLanier提出VirtualReality的說法。5/9/20243虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報虛擬現(xiàn)實簡介 虛擬現(xiàn)實（VirtualReality，VR），（又稱作靈境，幻真）就是采用計算機技術生成一個逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等虛擬的感觀世界，用戶可以直接用人的技能和智慧對這個生成的虛擬實體進行考察和操作。5/9/20244虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報虛擬現(xiàn)實簡介多感知性沉浸性交互性構想性真實性虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)5/9/20245虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報虛擬現(xiàn)實簡介虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)組成虛擬境界生成設備交互設備感知設備跟蹤設備 5/9/20246虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報虛擬現(xiàn)實簡介簡易型沉浸型共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)

5/9/20247虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維立體顯示技術三維立體顯示技術5/9/20248虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維立體顯示技術眼鏡和頭盔顯示技術自動分光立體顯示技術體三維立體技術研究動向5/9/20249虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報眼鏡和頭盔顯示技術分色技術 分色技術是利用人類能感知紅藍綠三原色的機理，使進入左右眼的光譜不同，從而產生雙眼視差來產生立體感的眼。主要使用3D眼鏡實現(xiàn)對圖像的分色。 目前主要應用于3D影院，這種制造相對簡單，在一些DVD等影像制品中也附帶這種眼鏡，在任何色彩顯示器上都可以播放。分光技術 分光技術是用偏光濾鏡或偏光片濾除特定角度偏振光以外的所有光，讓0度的光只進入右眼，90度的光只進入左眼。這種眼鏡是由兩片液晶片組成，也用于3D影院中，但是長時間佩戴眼鏡會有酸脹感，頭也會暈。5/9/202410虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報眼鏡和頭盔顯示技術分時技術 利用雙眼視覺的繼時顯示特性，將兩套畫面在不同時間播放，將兩套畫面以極快的速度切換，在人的視覺暫留特性的作用下合成連續(xù)的畫面，這種眼鏡目前也稱為液晶快門眼鏡。頭盔顯示器 頭盔顯示其安裝有兩個小型顯示器在人的眼前，分別為左右眼提供具有雙目視差的不同圖像。同時遮擋住外部的光線和視野，會有很強的沉浸感。5/9/202411虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報眼鏡和頭盔顯示技術分色眼鏡 分光眼鏡5/9/202412虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報自動分光立體顯示技術 近年來，不需要佩戴眼鏡也能看3D立體效果的自動分光立體顯示器已經進入了市場。這里介紹兩種前置分光器件的方式：柱透鏡法視差屏障法5/9/202413虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報自動分光立體顯示技術5/9/202414虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報自動分光立體顯示技術5/9/202415虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報體三維立體技術 這是一種真正能夠實現(xiàn)動態(tài)效果的3D技術！它是利用可見光的產生、吸收或散射來激勵透明體內的物質，從而形成類似于空間像素的體素，眾多體素聚集在一起，就形成了三維空間的三維圖像。5/9/202416虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報研究動向美國Actualitysystems公司在2003年美國HIMSS2003上介紹了立體圖像顯示系統(tǒng)“perspecta3Dsystem”2004年，日本日立公司生產出可以實時生成三維圖像的3D顯示設備transport，在360度的任何角度都能看到它顯示的立體圖像。夏普公司從2003年開始已經賣了上百萬部帶立體顯示屏的手機2006年，philips公司推出了20英寸和42英寸可2D/3D轉換的LCD自動立體顯示器。5/9/202417虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間的數(shù)據(jù)模型三維空間的數(shù)據(jù)模型5/9/202418虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型三維空間數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀Bak和Mill提出一個典型的地學資源管理系統(tǒng)(GRMS)。RongxingLi提出了一個基于多種表示的三維GIS系統(tǒng)。Molenaar提出了一個形式化三維數(shù)據(jù)結構(FormalDataStrcture(FDS)),定義了一個三維矢量數(shù)據(jù)模型和三維拓撲關系。龔健雅提出了一個以礦山應用為背景的矢量與柵格集成面向對象的三維數(shù)據(jù)模型,并進一步將面向對象的數(shù)據(jù)模型擴充到時間維。Victor和PiloutMetal提出了一個基于點四面體格網(Tetra-hedraNetwork(TEN))的三維矢量數(shù)據(jù)模型。李青元從礦山與地質領域的應用出發(fā),提出了三維矢量結構GIS的結點、邊、環(huán)、曲面片、體之間的五組拓撲關系。李清泉、李德仁針對城市、海洋等領域的應用,發(fā)展了三種不同的空間模型的集成方法,一種是用于城市三維構模基于不規(guī)則三角網(TIN)的集成模型,第二種是用于地質、海洋等領域,基于八叉樹和四面體格網的混合模型,第三種是具有一般性矢量柵格集成的三維空間數(shù)據(jù)模型。5/9/202419虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型單一三維數(shù)據(jù)模型5/9/202420虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型格網結構是DEM中常用的一種結構，地形表面被劃分成規(guī)則的格網，每個格網點上有一個高程值相對應，其基本元素是一個點，主要用于DEM中等高線的2.5D表示。5/9/202421虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型形狀結構通過對象表面點的斜率來描述，基本元素是表面上各單元所對應的法線向量。主要用于表面的3D重建。5/9/202422虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型面片結構是用不同形狀的面片近似表示一個 對象的表面。面片的形狀有正方形、規(guī)則三角形、不規(guī)則三角形（TIN）和泰森多邊形等。5/9/202423虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型邊界表示是一個分級表示方法，空間的任一對象可以分解為4類元素的組合，即點、線、面和體。每一類元素由幾何數(shù)據(jù)、分類標志以及與其他類元素的相互關系（拓撲關系）來描述。5/9/202424虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型3D柵格是一個緊密排列充滿3D空間的陣列,其元素值是0或1,1表示對象占有,0表示空。5/9/202425虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型八叉樹結構是2D四叉樹結構在空間的擴展,用層次式的3D空間子區(qū)域劃分來代替大小相等,規(guī)則排列的3D柵格。5/9/202426虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型結構實體幾何法是用預先定義好的具有一定形狀的基本體素的組合來表示對象，體素之間的關系包括幾何變換和布爾操作。5/9/202427虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型不規(guī)則四面體結構（TEN）是不規(guī)則三角形結構(TIN)向3D的擴展,以四面體作為最基本體素來描述對象.這種結構是以連接但不重疊的不規(guī)則四面體構成格網.5/9/202428虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間數(shù)據(jù)模型混合(含模型集成)三維數(shù)據(jù)模型5/9/202429虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間的拓撲關系三維空間的拓撲關系5/9/202430虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間的拓撲關系 在三維空間中,根據(jù)空間對象的自由度，可分為4種空間對象，即點狀對象、線狀對象、面狀對象和體狀對象。分別定義成零維對象、一維對象、二維對象、三維對象。根據(jù)點集拓撲學理論,三維拓撲空間中的對象的形式化定義和關系均基于點集的方法。 若將三維空間對象A的邊界記為,內部記為,則存在關系式=A-。

設有兩個空間對象A和B,其邊界與內部的交集分別用4個集合表示:S2=。 。其中Si(i=1234)的取值范圍為Ф…dim(Si)。5/9/202431虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維空間的拓撲關系 設三元組(A，R，B)表示三維空間對象A和B間存在著關系R我們稱此三元組為一個事實(fact)事實可以通過布爾運算交(∩)或并(∪)進行組合。三維空間拓撲關系最小集的形式化定義如下：5/9/202432虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維建模系統(tǒng)及方法三維建模系統(tǒng)及方法5/9/202433虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維模型重建系統(tǒng)一個完整的三維模型重建系統(tǒng)包括一下五個模塊：5/9/202434虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維模型重建系統(tǒng) 目前的研究內容大都集中在距離圖像的分割與距離圖像的配準兩個方面。1、距離圖像的分割：

①基于邊界檢測的分割 ②基于表面擬合的分割 ③邊界檢測和表面擬合相結合的分割 每種方法都有優(yōu)缺點:①邊界檢測方法傾向于定位區(qū)域的邊界,通常速度較快。但是,這種算法不可避免地造成邊的不連續(xù),容易得到一些零碎的邊,不能保證邊界的封閉性,所以必須進行有效的邊連接技術,同時對圖像中的噪聲比較敏感。②表面擬合方法通常得到封閉但扭曲、不光滑的邊界。同時,基于區(qū)域的方法在合并分離時要求好的準則,在聚類時要求適當?shù)拈撝怠Ｗ詈蟮姆指罱Y果與種子點或種子區(qū)域的選取有關,并且容易造成過分割或欠分割的現(xiàn)象?；诒砻鏀M合的分割通常采用迭代過程,所以很耗時,速度較慢。5/9/202435虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維模型重建系統(tǒng)2、距離圖像的配準 ①基于傳感器精確定位的算法 ②基于特征匹配的算法 基于直接定位的匹配融合算法:由于里程儀/陀螺儀/GPS/INS等定位傳感器的固有誤差,直接利用它們進行定位,所得結果的精度較差。所以,為了得到更好的定位結果,通常結合卡爾曼濾波器來對誤差進行修正,或者結合激光測距雷達,進行多傳感器的信息融合處理。 基于特征匹配的匹配融合算法:為了進行匹配融合,它要求連續(xù)測量的距離圖像必須有一定程度的重疊,以提取共同的特征進行匹配。這種基于匹配的配準算法,通常都是很耗時的。同時,還牽涉到視點/傳感器的規(guī)劃問題。5/9/202436虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維模型重建系統(tǒng) 幾個典型的三維重建系統(tǒng)：美國CMU大學的AVENUEProject城市環(huán)境中的自動場景建模歐洲的ACTSRESOLVProject進行環(huán)境的三維信息獲取與建模,用于重構VR模型美國MIT大學的CityScanningProject在城市環(huán)境中自主導航,獲取場景的三維數(shù)據(jù)并進行三維模型重構加拿大NRC實驗室的VITGroup:三維數(shù)字化及建模系統(tǒng)日本東京大學的VLMS:三維空間的數(shù)據(jù)自動獲取與建模5/9/202437虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維模型重建系統(tǒng)5/9/202438虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維建模方法通過三維造型軟件建模：3DSMAX是1996年Kinetix公司在以前的3Dstudio基礎上重新開發(fā)的一種全新的可用于PC機上的三維造型和動畫軟件,它采用了模塊化的開發(fā)平臺,通過大量的外掛模塊和更多的第三模塊可以極大地擴展其功能?？梢酝ㄟ^特定外掛軟件將3DSMAX中的數(shù)據(jù)模型轉換為特定的數(shù)據(jù)文件。MAYA是AliaslWaveFont公司的推出三維制作軟件,盡管推出只有幾年的時間,但憑借它強大的功能、友好的界面和豐富的視覺效果,在《恐龍》等影片的三維制作等大顯身手,成為三維模型制作的又一個頂級軟件。同樣可以通過特定外掛軟件將MAYA中的數(shù)據(jù)模型轉換為特定的數(shù)據(jù)文件。AutoCAD、GoogleEarth和Skyline。5/9/202439虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維建模方法通過三維應用程序接口實現(xiàn)建模：OpenGLQD3D(Quick-Draw3D)JAVA3DMicrosoft的Direct3DIDL(InteractiveDataLanguage)VRML(VirtualRealityModelingLanguage)GoogleEarth的APIArcSence5/9/202440虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維建模方法其他建模方法：基于Multigen的數(shù)據(jù)建模 MultigenCreator/Vega產品是世界上領先的實時三維數(shù)據(jù)庫生成系統(tǒng),它可以用來對戰(zhàn)場仿真、娛樂、城市仿真和計算可視化等領域的視景數(shù)據(jù)庫進行產生、編輯和查看三維影像方式建模 將DEM與航空影像疊加,生成三維影像利用GIS屬性建模 利用現(xiàn)有GIS系統(tǒng)中x、y坐標和作為屬性數(shù)據(jù)的z坐標值,直接生成三維模型激光掃描方式建模 利用數(shù)字相機和激光掃描儀獲取的三維數(shù)據(jù)建模5/9/202441虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維在GIS上的應用及趨勢三維在GIS上的應用及趨勢5/9/202442虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維在GIS上的應用礦山地質環(huán)境海洋數(shù)字城市氣象應用5/9/202443虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報三維GIS的發(fā)展趨勢 隨著計算機科學技術的發(fā)展和GIS應用的不斷深入,在很多領域,如:地質、礦山、環(huán)境、海洋、氣象、數(shù)字城市等,二維地理信息系統(tǒng)已不能滿足人們的需求,取而代之的是空間的、立體的三維GIS。進入20世紀90年代后,三維可視化與虛擬現(xiàn)實技術的迅猛發(fā)展使得建立三維GIS成為可能,而“數(shù)字地球”對建立三維GIS也提出了更為迫切的要求。三維GIS不僅能表達空間對象間的平面關系和垂向關系,而且也能對其進行三維空間分析和操作,向用戶立體展現(xiàn)地理空間現(xiàn)象,給人以更真實的感受。 一方面,隨著3DGIS的發(fā)展,現(xiàn)在已經出現(xiàn)了4DGIS,即在三維的基礎上增加了時間維。例如水災、地震、暴風雨以及山體滑坡等都會使局部地質條件發(fā)生快速而巨大的變化。為充分滿足需要,這種時間數(shù)據(jù)獲取能力應該與3D模型相結合,地質上對4D的空間———空間模型尤為感興趣。這些問題的徹底解決,則需要在三維GIS技術成熟之后,再發(fā)展成為四維GIS。 另一方面,隨著網絡技術的發(fā)展,3DGIS不僅局限于單機,而更多的應用于網絡,使得更多的用戶通過Internet突破空間限制,共享地球空間的各種信息。5/9/202444虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報ThankYou!5/9/202445虛擬現(xiàn)實與三維技術的學習匯報每一個優(yōu)秀的人，都有一段沉默的時光。那一段時光，是付出了很多努力，忍受孤獨和寂寞，不抱怨不訴苦，日后說起時，連自己都能被感動日子。。2024/5/92024/5/9Thursday,May9