虛擬與現(xiàn)實(shí)復(fù)習(xí)資料

第一章

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(jìshù)及應(yīng)用2015Fall共一百一十五頁(yè)共85頁(yè)第2頁(yè)一、虛擬現(xiàn)實(shí)的基本(jīběn)含義虛擬(xūnǐ)系統(tǒng)？虛擬(xūnǐ)技術(shù)？什么是虛擬現(xiàn)實(shí)？VirtualReality

——虛擬現(xiàn)實(shí)靈境技術(shù)人工環(huán)境VR1989年由美國(guó)J.Lanier(VPL)發(fā)明出來(lái)的一個(gè)詞

初期的概念：表達(dá)借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段。共一百一十五頁(yè)二、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(xìtǒng)的特征虛擬現(xiàn)實(shí)(xūnǐxiànshí)與動(dòng)畫(huà)有何區(qū)別？具有3I特征：

沉浸感Immersion

交互性Interaction

想象力Imagination共一百一十五頁(yè)特點(diǎn)：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)成的三度空間，或是把其它現(xiàn)實(shí)環(huán)境編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶(hù)在視覺(jué)上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺(jué)。

沉浸感又稱(chēng)為臨場(chǎng)感、存在感。指用戶(hù)感到(gǎndào)作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶(hù)難以分辨真假的程度。

特征(tèzhēng)1沉浸感（Immersion）共一百一十五頁(yè)用戶(hù)可以走進(jìn)這個(gè)環(huán)境（用鼠標(biāo)控制瀏覽方向）并操縱場(chǎng)景中的對(duì)象；場(chǎng)景中的圖形渲染是“實(shí)時(shí)(shíshí)”的。這種“實(shí)時(shí)性”導(dǎo)致了在虛擬場(chǎng)景中的人機(jī)“可交互性”。

動(dòng)畫(huà)不是實(shí)時(shí)且不可交互?。?！

虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)辟了——人類(lèi)交流的新領(lǐng)域

為人機(jī)交互界面的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域；

為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具；

為各類(lèi)工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法。

特征(tèzhēng)2交互性（Interaction）共一百一十五頁(yè)第二章

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件(yìnɡjiàn)設(shè)備趙三元(sānyuán)2015Fall共一百一十五頁(yè)VR系統(tǒng)的功能：

創(chuàng)建虛擬世界人與虛擬系統(tǒng)的交互兩種實(shí)現(xiàn)：沉浸式實(shí)現(xiàn)、非沉浸式實(shí)現(xiàn)兩種實(shí)現(xiàn)交互方式：

基于自然方式的人機(jī)交互基于常規(guī)(chángguī)交互設(shè)備的人機(jī)交互2.1虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(xìtǒng)的硬件組成共一百一十五頁(yè)生成設(shè)備(shèbèi)的主要功能:

視覺(jué)通道信號(hào)的生成與顯示（建模與繪制）

聽(tīng)覺(jué)通道信號(hào)的生成與顯示（聲音生成與播放）

觸覺(jué)與力覺(jué)通道信號(hào)的生成與顯示（力的建模與反饋）

支持實(shí)時(shí)人機(jī)交互的功能（三維空間定位(dìngwèi)、碰撞檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、人機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)。演示共一百一十五頁(yè)

2、感知(gǎnzhī)設(shè)備

功能:

將VR系統(tǒng)各類(lèi)感知模型轉(zhuǎn)變?yōu)槿四芙邮艿亩嗤ǖ来碳ば盘?hào)的設(shè)備(shèbèi)。感知包括：視、聽(tīng)、觸、嗅、味覺(jué)等多種通道。視覺(jué)感知設(shè)備：立體寬視場(chǎng)圖形顯示器（沉浸式和非沉浸式）；沉浸式頭盔顯示器（HMD）封閉式、透視式吊桿式（Boom）洞穴式(CAVE)四面、五面、六面非沉浸式桌面立體顯示器平面寬屏幕墻式立體顯示器180度環(huán)狀響應(yīng)式工作臺(tái)單屏幕RWB雙屏幕RWB共一百一十五頁(yè)聽(tīng)覺(jué)感知設(shè)備：三維聲音播放設(shè)備，有：

耳機(jī)式、雙揚(yáng)聲器組和多揚(yáng)聲器組三種。通常由專(zhuān)用聲卡將單通道聲源(shēnɡyuán)信號(hào)觸覺(jué)（力覺(jué)）感知設(shè)備：觸覺(jué)（力覺(jué)）反饋裝置。觸覺(jué)包含的感知內(nèi)容：接觸感、質(zhì)感、紋理感、溫度；力感知設(shè)備要求：反饋力的大小和方向（較成熟）。

2、感知(gǎnzhī)設(shè)備共一百一十五頁(yè)3、跟蹤設(shè)備（運(yùn)動(dòng)跟蹤的演示---人體及運(yùn)動(dòng)）

功能(gōngnéng):跟蹤并監(jiān)測(cè)位置和方位的設(shè)備。用于基于自然方式的人機(jī)交互操作。目前的先進(jìn)設(shè)備有：動(dòng)態(tài)記錄人體運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。用于體育、動(dòng)畫(huà)、游戲方面4、基于自然方式的人機(jī)交互設(shè)備數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、眼球跟蹤器、語(yǔ)音綜合識(shí)別裝置。共一百一十五頁(yè)1、眼睛是如何觀察(guānchá)目標(biāo)的人兩眼距離約6-7cm，當(dāng)觀察一個(gè)特定目標(biāo)時(shí)，兩眼在目標(biāo)處聚焦(jùjiāo)，看到不同的兩個(gè)圖像。兩眼視線(xiàn)的夾角隨著目標(biāo)到眼之間的距離而變化。人眼和大腦根據(jù)左右眼圖像的差別判定距離。兩個(gè)圖像的差別被稱(chēng)為“體視”。

因?yàn)槿藘芍谎劬Φ奈恢貌煌?，看到的略有不同的圖像在腦中融合(重構(gòu))，形成了一個(gè)周?chē)澜绲恼w景象(計(jì)算)，其中包括距離遠(yuǎn)近的信息。體視反映了距離信息2.2立體顯示原理共一百一十五頁(yè)深度(shēndù)的信息觀察近物時(shí)，因?yàn)閮芍谎劬σ赐惶?，眼就要向?nèi)（向臉的中心線(xiàn)）轉(zhuǎn)動(dòng)。物體離臉越近，眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)就越多。因此，眼球轉(zhuǎn)動(dòng)的多少就提供了深度的信息。眼睛為看清一個(gè)物體，要調(diào)節(jié)晶狀體使得物體的圖像能清晰地聚焦在眼底(yǎndǐ)上，這種調(diào)節(jié)過(guò)程也能提供一些深度的線(xiàn)索。大腦對(duì)距離和深度信息的解釋使人對(duì)物體有立體的感覺(jué)共一百一十五頁(yè)2、立體(lìtǐ)感覺(jué)因?yàn)閮煞鶊D像存在體視，視網(wǎng)膜對(duì)這兩幅不同的視圖進(jìn)行解釋?zhuān)竽X通過(guò)眼球運(yùn)動(dòng)、調(diào)整，感知到生理深度暗示，綜合兩幅圖像的信息(xìnxī)，并將其組合成一個(gè)立體景象。從而產(chǎn)生立體感。這就是雙目立體視覺(jué)的基本原理。共一百一十五頁(yè)3、深度（距離）線(xiàn)索(xiànsuǒ)的獲得大腦從四個(gè)方面獲得深度（距離）線(xiàn)索：靜態(tài)圖像中的深度線(xiàn)索；運(yùn)動(dòng)造成的深度線(xiàn)索；生理上的深度線(xiàn)索（眼球(yǎnqiú)轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)多少（多-近）立體線(xiàn)索。共一百一十五頁(yè)靜態(tài)圖像中的深度(shēndù)線(xiàn)索五個(gè)方面：明暗、重疊、尺寸、角度、紋理。（測(cè)試視網(wǎng)膜的圖像差、紋理梯度、圖像大?。┥疃戎X(jué)的獲得(huòdé)（四個(gè)方面）圖像中物體的明暗變化以及陰影等重疊：當(dāng)觀察者看到甲物體的一部分被乙物體遮住，即知乙物體較近。尺寸的大小：同樣的物體，離觀察者越近尺寸越大。投影：利用物體上直線(xiàn)的投影角度來(lái)判斷距離（稱(chēng)為線(xiàn)性透視）紋理：近處的物體的紋理比較清晰。共一百一十五頁(yè)運(yùn)動(dòng)深度(shēndù)線(xiàn)索當(dāng)觀察者用一只眼睛看幾個(gè)物體時(shí)，如果它們之間沒(méi)有相互遮擋的話(huà)，很難判斷物體的遠(yuǎn)近。但當(dāng)左右移動(dòng)頭部時(shí)，物體的遠(yuǎn)近就很容易判斷了：近處的物體在觀察者看來(lái)移動(dòng)得快，而遠(yuǎn)處(yuǎnchǔ)的物體則移動(dòng)得慢一些。共一百一十五頁(yè)三、計(jì)算機(jī)立體圖的產(chǎn)生(chǎnshēng)立體圖產(chǎn)生的基本原理：是通過(guò)深度信息的恢復(fù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。立體圖產(chǎn)生的方法：對(duì)同一場(chǎng)景分別繪制出對(duì)應(yīng)于左右雙眼的不同圖像。他們具有一定的視差，讓觀察者的左右眼接受各自的圖像，從而保存了深度信息。屏幕上的立體感覺(jué)：計(jì)算機(jī)上景物空間的深度信息是通過(guò)左右視線(xiàn)的空間交點(diǎn)(jiāodiǎn)感覺(jué)到的。計(jì)算機(jī)中的深度：觀察面與空間交點(diǎn)的距離。共一百一十五頁(yè)同時(shí)顯示技術(shù)：用不同的光波長(zhǎng)同時(shí)顯示兩幅圖像，使用不同光波長(zhǎng)的濾光眼鏡使雙眼只能看到相應(yīng)的圖像（立體電影），但不適合光柵顯示器；分時(shí)顯示技術(shù)：以一定的頻率交替(jiāotì)顯示兩幅圖像（30Hz），用戶(hù)通過(guò)以相同頻率進(jìn)行切換的立體眼鏡來(lái)觀察圖像，該技術(shù)通過(guò)光柵顯示技術(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)，是目前應(yīng)用的主流。四、立體顯示(xiǎnshì)方法共一百一十五頁(yè)1、紅藍(lán)(hónɡlán)視點(diǎn)

利用“雙目視差”原理和立體圖像對(duì)，可以通過(guò)二維圖像使人類(lèi)獲得立體視覺(jué)的感受。 具體做法：由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生二個(gè)不同(bùtónɡ)視點(diǎn)下的二幅透視圖，用戶(hù)戴上立體眼鏡（紅藍(lán)濾色眼鏡），保證每只眼睛各看一張圖，利用雙目視差，即可獲得有深度感的三維立體虛像。共一百一十五頁(yè)視差(shìchā)左眼右眼兩幅圖像互相重疊這是位差的結(jié)果如果在顯示屏幕上有這兩幅圖像，圖像中任意兩點(diǎn)（實(shí)際物體的一點(diǎn)）的水平(shuǐpíng)距離投射到視網(wǎng)膜上稱(chēng)為視差，這一視差使雙眼產(chǎn)生體視感覺(jué)。共一百一十五頁(yè)視差(shìchā)視差(shìchā)是物體的某一點(diǎn)投射到顯示器上的圖像中任意兩點(diǎn)之間的水平距離視差的四種類(lèi)型：零視差（平面）、正視差（三維）、負(fù)視差（漂?。l(fā)散視差。兩幅圖像間的距離接近于人的瞳距時(shí)產(chǎn)生正視差，視差越大，看上去物體離人就越遠(yuǎn)。正視差感覺(jué)物體在顯示器里面。負(fù)視差感覺(jué)物體在屏幕外面（視線(xiàn)交叉）。共一百一十五頁(yè)頭盔(tóukuī)顯示器的特點(diǎn)：沉浸感：和液晶眼鏡相比，頭盔顯示器所產(chǎn)生的沉浸感要好得多，視野寬，圖像清晰。視覺(jué)(shìjué)定位：沉浸感可以被定義為我們身臨其境的感覺(jué)。這種感覺(jué)不僅僅是視覺(jué)的唯一作用，然而大多數(shù)是視覺(jué)定位的。共一百一十五頁(yè)第三章基于圖形(túxíng)的實(shí)時(shí)繪制共一百一十五頁(yè)2025/1/6253.1概述(ɡàishù)一、計(jì)算機(jī)圖形(túxíng)技術(shù)在VR中的作用

計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重要理論基礎(chǔ)之一，它可以將構(gòu)想轉(zhuǎn)化為用戶(hù)能觀察的視覺(jué)圖像。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)正需要這種轉(zhuǎn)化功能。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的各種反饋信息中，視覺(jué)反饋是最重要的一種，復(fù)雜虛擬場(chǎng)景的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的最重要基礎(chǔ)。圖形學(xué)是基礎(chǔ)，虛擬現(xiàn)實(shí)是基于這個(gè)基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)。共一百一十五頁(yè)2025/1/6263.1概述(ɡàishù)三、圖形學(xué)所涉及(shèjí)的算法真實(shí)感虛擬物體與場(chǎng)景的生成、表示與渲染所涉及的算法非常豐富，常用的有：

基于圖形的生成算法幾何造型算法三維變換算法三維觀察算法光照模型與渲染算法紋理映射算法共一百一十五頁(yè)2025/1/6273.1概述(ɡàishù)圖形研究矢量圖：幾何輪廓，線(xiàn)條粗細(xì)等數(shù)學(xué)參數(shù)(cānshù)及色彩圖像研究點(diǎn)陣圖：由像素組成的圖圖形文件處理軟件：AutoCAD、Illustrator、CorelDrawetc.圖像處理軟件：Photoshop、paintbrush、etc.圖形學(xué)與圖像學(xué)研究?jī)?nèi)容的區(qū)別：共一百一十五頁(yè)2025/1/6283.1概述(ɡàishù)四、真實(shí)感圖形的基本繪制(huìzhì)流程虛擬場(chǎng)景造型取景變換視域裁剪可見(jiàn)面光柵化可見(jiàn)性計(jì)算（消隱）光亮度計(jì)算共一百一十五頁(yè)3.2三維造型(zàoxíng)技術(shù)2025/1/6共78頁(yè)第29頁(yè)1、幾何造型方法多面體造型：用一組包圍物體表面的多邊形來(lái)描述三維物體的方式。優(yōu)點(diǎn)：由于所有表面以線(xiàn)性方程形式描述，便于簡(jiǎn)化和加速繪制。曲面造型：用平面或曲面表示物體的形狀(xíngzhuàn)信息，優(yōu)點(diǎn)：精確，在功能和性能上都有較大的優(yōu)勢(shì)，但不便于表示。幾乎所有的三維造型軟件（3DSMax、Maya、AutoCAD等）都提供多面體造型和NURBs(曲線(xiàn)曲面的非均勻有理B樣條)曲面造型功能。共一百一十五頁(yè)3.2三維造型(zàoxíng)技術(shù)2025/1/6共78頁(yè)第30頁(yè)2、造型工具(gōngjù)

VRML（語(yǔ)言）

OpenGL（語(yǔ)言）

3DMax（軟件）

Multigen（軟件）共一百一十五頁(yè)3.2三維造型(zàoxíng)技術(shù)2025/1/631OpenGL的工作(gōngzuò)流程：建模計(jì)算光照光柵化屏幕設(shè)置視點(diǎn)演示飛機(jī)模型實(shí)例共一百一十五頁(yè)3.3三維觀察(guānchá)2025/1/6共78頁(yè)第32頁(yè)一、概念(gàiniàn)

在三維空間生成一張視圖類(lèi)似于對(duì)物體拍照?？梢砸匀我饩嚯x任意角度拍攝，取景器上出現(xiàn)的景物都被投影到膠片上。相機(jī)鏡頭的類(lèi)型和大小決定了投影到膠片中的景物。

三維圖形包采用了這種方法，給定任意空間位置、方向和所取景物的范圍，就可生成景物的視圖。問(wèn)題：三維模型如何放到場(chǎng)景中？又如何把場(chǎng)景中的三維信息落實(shí)到屏幕上？

共一百一十五頁(yè)3.3三維觀察(guānchá)2025/1/6共78頁(yè)第33頁(yè)1、坐標(biāo)系場(chǎng)景坐標(biāo)系：

場(chǎng)景中物體(wùtǐ)造型所取的坐標(biāo)系。觀察坐標(biāo)系：在視點(diǎn)位置（攝像機(jī)位置）建立的坐標(biāo)系。屏幕坐標(biāo)系：

二維觀察平面坐標(biāo)系。共一百一十五頁(yè)3.3三維觀察(guānchá)2025/1/6共78頁(yè)第34頁(yè)2、取景變換(biànhuàn)

將幾何對(duì)象的空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到屏幕上的像素位置，所進(jìn)行的一系列的坐標(biāo)變換，統(tǒng)稱(chēng)為取景變換。屏幕上所顯示的畫(huà)面只是在給定視點(diǎn)和視線(xiàn)方向下，三維景物在垂直于視線(xiàn)的二維屏幕上的投影。幾何對(duì)象的三維坐標(biāo)屏幕上的象素坐標(biāo)取景變換坐標(biāo)變換共一百一十五頁(yè)二、場(chǎng)景(chǎngjǐng)坐標(biāo)系的設(shè)定2025/1/635

虛擬環(huán)境中的三維物體造型必須考慮其動(dòng)態(tài)特性，即反映虛擬場(chǎng)景位置的變化。所以，需要確定一個(gè)實(shí)際(shíjì)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中所有三維物體的相對(duì)位置和絕對(duì)位置---場(chǎng)景坐標(biāo)系，即物體在場(chǎng)景中造型所取的坐標(biāo)系。共一百一十五頁(yè)1、場(chǎng)景(chǎngjǐng)坐標(biāo)系的定義2025/1/636局部(júbù)坐標(biāo)系（對(duì)象坐標(biāo)系）世界坐標(biāo)系（固定坐標(biāo)系）局部坐標(biāo)系：和造型物體捆綁的坐標(biāo)系，隨物體一起移動(dòng)，表示物體的絕對(duì)坐標(biāo)。該坐標(biāo)在物體上或物體附近建立，使物體表示和運(yùn)動(dòng)描述方便靈活。世界坐標(biāo)系：物體的絕對(duì)坐標(biāo)是相對(duì)于一個(gè)固定坐標(biāo)系而言的，這個(gè)固定坐標(biāo)系稱(chēng)為世界坐標(biāo)系。用于將物體放入場(chǎng)景中，確定他們之間的相對(duì)位置，其過(guò)程是進(jìn)行局部坐標(biāo)系向場(chǎng)景的世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。共一百一十五頁(yè)場(chǎng)景(chǎngjǐng)坐標(biāo)系示意2025/1/637ow世界坐標(biāo)系iwkwjwi1k1j1o1對(duì)象1i2k2j2對(duì)象2o2p1p2局部(júbù)坐標(biāo)系或?qū)ο笞鴺?biāo)系i1k1j1o1對(duì)象1共一百一十五頁(yè)對(duì)象的相對(duì)位置(wèizhi)和絕對(duì)位置(wèizhi)2025/1/6共78頁(yè)第38頁(yè)——給每個(gè)對(duì)象(duìxiàng)“捆綁”一個(gè)坐標(biāo)系。

對(duì)象坐標(biāo)系：捆綁的坐標(biāo)系與對(duì)象一起移動(dòng)。因而，在對(duì)象坐標(biāo)系中對(duì)象頂點(diǎn)的位置和方向保持不變。

實(shí)際上，對(duì)象坐標(biāo)系在三維對(duì)象建立時(shí)就必須指定，這是方便繪制三維對(duì)象的需要。共一百一十五頁(yè)三、觀察(guānchá)坐標(biāo)系2025/1/6共78頁(yè)第39頁(yè)（視點(diǎn)(shìdiǎn)坐標(biāo)系或?qū)R坐標(biāo)系）1、建立觀察坐標(biāo)系目的：指定觀察平面圖形學(xué)中的概念：在照相機(jī)鏡頭位置（視點(diǎn)位置）建立一個(gè)觀察坐標(biāo)系，然后建立垂直于觀察z軸的觀察平面（投影平面）。把觀察平面看成是對(duì)景物一次拍攝中使用的膠片平面。將景物從世界坐標(biāo)系中變換到觀察坐標(biāo)系，然后把觀察坐標(biāo)投影到觀察平面上。共一百一十五頁(yè)建立(jiànlì)觀察坐標(biāo)系2025/1/6共78頁(yè)第40頁(yè)

選一個(gè)世界坐標(biāo)點(diǎn)為觀察參考點(diǎn)，該點(diǎn)是視點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)。然后確定觀察坐標(biāo)系x、y、z各軸的方向，之前要首先(shǒuxiān)確定觀察平面的方向。目標(biāo)視點(diǎn)

ywzwxw世界坐標(biāo)系z(mì)vxvyv

觀察坐標(biāo)系共一百一十五頁(yè)2、從世界坐標(biāo)系到觀察(guānchá)坐標(biāo)系的變換2025/1/641

過(guò)程：等價(jià)(děngjià)于對(duì)觀察坐標(biāo)系做平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)算。平移觀察參考點(diǎn)到世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，分別讓x、y、z與世界坐標(biāo)系的x、y、z軸。共一百一十五頁(yè)四.

投影(tóuyǐng)--屏幕坐標(biāo)系2025/1/6共78頁(yè)第42頁(yè)景物中的物體由世界坐標(biāo)描述為觀察坐標(biāo)后,就可將三維物體投影(tóuyǐng)到二維屏幕上。

方法:平行與透視。三維對(duì)象在屏幕上某一投影點(diǎn)的坐標(biāo)由該點(diǎn)在觀察坐標(biāo)系中的坐標(biāo)經(jīng)過(guò)與設(shè)備有關(guān)的變換來(lái)求得。平行投影

投影中心點(diǎn)透視投影

投影中心點(diǎn)透視投影

共一百一十五頁(yè)三維取景(qǔjǐng)變換流程2025/1/6共78頁(yè)第43頁(yè)觀察(guānchá)坐標(biāo)

模型坐標(biāo)

模型變換

世界坐標(biāo)

觀察變換投影變換

投影坐標(biāo)

設(shè)備變換設(shè)備坐標(biāo)共一百一十五頁(yè)場(chǎng)景局部視點(diǎn)屏幕對(duì)物體的組成部件進(jìn)行造型和放置局部坐標(biāo)系場(chǎng)景坐標(biāo)系指定物體的表面屬性和光照屬性背面剔除視域四棱錐裁剪觀察坐標(biāo)系指定視點(diǎn)的位置和視線(xiàn)方向指定屏幕的有關(guān)參數(shù)，進(jìn)行透視變換屏幕坐標(biāo)系繪制：隱藏面消除，光柵化，光亮度計(jì)算

取景變換(biànhuàn)任務(wù)共一百一十五頁(yè)五、背面(bèimiàn)剔除2025/1/6共78頁(yè)第45頁(yè)剔除背向(bèixiànɡ)視點(diǎn)的多邊形共一百一十五頁(yè)六、視域四棱錐(léngzhuī)裁剪2025/1/6共78頁(yè)第46頁(yè)在觀察坐標(biāo)系中，一個(gè)物體與視域四棱錐的關(guān)系有以下三種(sānzhǒnɡ)類(lèi)型：

投影物體視點(diǎn)視域四棱錐1、物體完全位于視域四棱錐之外，無(wú)須轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)；2、物體完全位于視域四棱錐之內(nèi)，轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)系并進(jìn)行繪制；3、物體與視域四棱錐相交，須先裁剪，只對(duì)錐內(nèi)的部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換和繪制?；谝朁c(diǎn)的裁剪算法

共一百一十五頁(yè)七、光柵(guāngshān)化2025/1/6共78頁(yè)第47頁(yè)光柵化是對(duì)屏幕上一片連續(xù)的區(qū)域進(jìn)行離散采樣的過(guò)程。（即計(jì)算一場(chǎng)景多邊形在屏幕上的投影位置，確定(quèdìng)該投影區(qū)域覆蓋了那些象素。）

問(wèn)題：多邊形邊界在屏幕上的投影將它穿越的象素劃分為兩部分（多邊形內(nèi)、外），要合理判定這些象素的歸屬，否則導(dǎo)致畫(huà)面走樣（相鄰邊界出現(xiàn)空洞、邊界呈齒狀、邊界閃爍等）。象素分割

解決方法：取象素中心為采樣點(diǎn)。共一百一十五頁(yè)光柵(guāngshān)化方法2025/1/6共78頁(yè)第48頁(yè)

光柵化的最常用方法：掃描線(xiàn)算法

當(dāng)前掃描線(xiàn)和多邊形在屏幕上的投影(tóuyǐng)區(qū)域相交，則位于相交區(qū)段內(nèi)整數(shù)網(wǎng)格點(diǎn)上的所有象素均為光柵化的結(jié)果。共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第49頁(yè)景物(jǐngwù)上可能出現(xiàn)的三種光：反射光透射光環(huán)境光3.4光照模型(móxíng)與虛擬光照

物體表面反射光和透射光的性質(zhì)：

光譜分布決定了景物表面呈現(xiàn)的顏色

強(qiáng)弱決定了景物表面明暗程度。反射光和透射光取決于入射光的強(qiáng)弱、光譜組成、不同波長(zhǎng)光的吸收程度。產(chǎn)生視覺(jué)效果不透明物體白光不透明物體藍(lán)光共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第50頁(yè)3.4光照模型(móxíng)與虛擬光照在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，采用(cǎiyòng)光照模型來(lái)計(jì)算景物表面上任一點(diǎn)投向觀察者眼中的光亮度的大小和色彩的組成。光照模型：局部光照模型（目前常采用）

全局光照模型共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第51頁(yè)3.4光照模型(móxíng)與虛擬光照Phong光照模型（鏡面反射模型）

在鏡面反射主方向最強(qiáng)，四周逐漸減弱

只有在一定方向上才能看到最強(qiáng)光。能表現(xiàn)(biǎoxiàn)物體遮擋形成的陰影共一百一十五頁(yè)2025/1/652Phong鏡面反射模型(móxíng)1973年，Phong提出一個(gè)用來(lái)計(jì)算表面鏡面反射光亮度的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停和琇ambert漫反射模型結(jié)合，可得到在單一光源(guāngyuán)照射下的Phong光照明模型。特點(diǎn)：只考慮景物表面的漫反射和鏡面反射光的計(jì)算。泛光強(qiáng)度泛光系數(shù)漫反射率鏡面反射率光源亮度照射點(diǎn)P共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第53頁(yè)3.4光照(guāngzhào)模型與虛擬光照(guāngzhào)Phong鏡面反射模型(móxíng)L關(guān)于N的鏡面反射方向的單位向量照射點(diǎn)的方向P指向光源方向的單位向量共一百一十五頁(yè)2025/1/6543.5實(shí)時(shí)圖形(túxíng)繪制技術(shù)實(shí)時(shí)圖形(túxíng)繪制技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心組成部分。虛擬現(xiàn)實(shí)的靈魂就是實(shí)時(shí)。目前的真實(shí)感圖形(túxíng)繪制技術(shù)難以達(dá)到實(shí)時(shí)繪制的要求，因此，往往通過(guò)犧牲圖形(túxíng)的真實(shí)感和質(zhì)量來(lái)達(dá)到實(shí)時(shí)繪制的目的或利用并行、分布式技術(shù)來(lái)加速繪制進(jìn)程。共一百一十五頁(yè)2025/1/6553.5圖形的實(shí)時(shí)繪制(huìzhì)技術(shù)

真實(shí)感圖形的繪制速度遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)仿真、實(shí)時(shí)交互、科學(xué)計(jì)算可視化對(duì)圖形的實(shí)時(shí)繪制要求。目前，實(shí)時(shí)圖形繪制算法主要(zhǔyào)圍繞以下三個(gè)方面：實(shí)時(shí)消隱技術(shù)場(chǎng)景簡(jiǎn)化技術(shù)基于圖像的繪制技術(shù)共一百一十五頁(yè)2025/1/656一、實(shí)時(shí)(shíshí)消隱技術(shù)1、消隱的基本概念---可見(jiàn)(kějiàn)性判斷3.5實(shí)時(shí)圖形繪制技術(shù)問(wèn)題：給定視點(diǎn)和視線(xiàn)方向，場(chǎng)景中有些物體的表面是可見(jiàn)的，而有些物體的表面被遮擋而不可見(jiàn)。視點(diǎn)和視線(xiàn)方向共一百一十五頁(yè)2025/1/6573.5實(shí)時(shí)(shíshí)圖形繪制技術(shù)消隱的目的(mùdì)：將場(chǎng)景的所有隱藏面消除。消隱的方法：確定當(dāng)前畫(huà)面中的可見(jiàn)面，用盡可能少的計(jì)算量識(shí)別和拒絕不可見(jiàn)面。共一百一十五頁(yè)2025/1/6583.5實(shí)時(shí)圖形繪制(huìzhì)技術(shù)實(shí)用的消隱算法：z緩存器算法可見(jiàn)性預(yù)計(jì)算技術(shù)(jìshù)景物空間消隱算法（Weiler-Atherton）掃描線(xiàn)算法（圖像空間）Warnock算法共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第59頁(yè)3.5實(shí)時(shí)(shíshí)圖形繪制技術(shù)

消隱用于繪制過(guò)程。通過(guò)裁剪得到的物體，(在視域錐內(nèi)的物體),還存在著很多復(fù)雜的可見(jiàn)面（可能還需要渲染上千萬(wàn)，上億個(gè)的三角片），有效地屏蔽掉其中被遮擋的物體，將極大地提高系統(tǒng)渲染的效率，這就是消隱算法所要解決問(wèn)題的關(guān)鍵(guānjiàn)和難點(diǎn)所在。共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第60頁(yè)3.5實(shí)時(shí)圖形(túxíng)繪制技術(shù)實(shí)用消隱算法(suànfǎ)（按實(shí)現(xiàn)方式分）

物體空間消隱算法直接在景物空間（觀察坐標(biāo)系）中確定視點(diǎn)不可見(jiàn)的區(qū)域，并將他們表達(dá)成同原表面一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).

圖象空間消隱算法以屏幕象素為采樣單位，確定投影于每一象素的可見(jiàn)景物表面區(qū)域，并將其顏色作為該象素的顯示光亮度。共一百一十五頁(yè)2025/1/6共頁(yè)第61頁(yè)3.5實(shí)時(shí)圖形(túxíng)繪制技術(shù)共同問(wèn)題：所有消隱算法(suànfǎ)都涉及各景物表面離視點(diǎn)遠(yuǎn)近的排序。所以消隱算法即排序算法，算法的效率取決于排序的效率。遠(yuǎn)的面易擋近的面視點(diǎn)共一百一十五頁(yè)2015Fall第四章

虛擬環(huán)境建模技術(shù)(jìshù)62共一百一十五頁(yè)建模的作用(zuòyòng)：對(duì)虛擬對(duì)象與虛擬場(chǎng)景施加：各種物理特征各種運(yùn)動(dòng)約束(yuēshù)各種音頻特征各種交互特征63共一百一十五頁(yè)VR建模周期(zhōuqī)幾何建模音頻建模交互映射VR創(chuàng)作工具物理建模運(yùn)動(dòng)建模模型分割實(shí)時(shí)交互仿真行為建模VR建模周期(zhōuqī)64共一百一十五頁(yè)建模類(lèi)型(lèixíng)：幾何建模（造型）物理建模（材料、表面屬性）運(yùn)動(dòng)建模（平移、縮放、碰撞）行為(xíngwéi)建模（獨(dú)立于輸入的行為(xíngwéi)）音頻建模交互映射虛擬環(huán)境建模的概念基礎(chǔ)和過(guò)程65共一百一十五頁(yè)4.1幾何(jǐhé)建模幾何建模的任務(wù)：

描述虛擬環(huán)境的三維造型：多邊形、三角形、頂點(diǎn)

描述虛擬環(huán)境的外觀：紋理(wénlǐ)、表面反射系數(shù)、顏色66共一百一十五頁(yè)一、三維造型方法(fāngfǎ)（視覺(jué)模型）基于線(xiàn)框幾何造型（WireframeMode）(CAD最初采用的造型幾何模型)是以圖形元素為描述對(duì)象，如線(xiàn)段、圓弧等簡(jiǎn)單曲線(xiàn)。缺點(diǎn)：不能做消隱、著色、特征處理等。

基于面的幾何造型(SurfaceMode)包括多邊形和曲面（NURBs曲線(xiàn)曲面的非均勻有理B樣條)采用光滑的曲面來(lái)描繪物體。由于簡(jiǎn)單的圖元不能滿(mǎn)足(mǎnzú)：

對(duì)于物理信息的表示，如表面積、體積、重心等；

不能將物體作為一個(gè)整體考察它與其他物體的相交性。實(shí)體幾何造型(SolidMode)將基本的實(shí)體（立方體、圓柱體、圓錐體等）作簡(jiǎn)單的布爾運(yùn)算（有或無(wú)）。但是事先要按一定順序建立好大小和位置合適的基本實(shí)體，不能靈活的改變。67共一百一十五頁(yè)一、三維造型(zàoxíng)方法參數(shù)式系統(tǒng)與變參式系統(tǒng)參數(shù)式系統(tǒng)參數(shù)的順序是固定的，參數(shù)的數(shù)值可以改變，適合設(shè)計(jì)過(guò)程比較明確(míngquè)的工作。變參式系統(tǒng)將幾何中的約束條件和工程條件聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)解聯(lián)立方程組。

目前的建模工具是同時(shí)采用以上多種方法。其中在基于面的方式中，多邊形造型簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，曲面造型在功能和性能上都有較大的優(yōu)勢(shì)。所以曲面造型廣泛應(yīng)用。68共一百一十五頁(yè)二、造型(zàoxíng)工具

采用三維建模軟件手工繪制三維模型。常用建模軟件：

3DSMax、Maya、AutoCAD、Creator

從商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)（ViewportCatalog）中購(gòu)買(mǎi)(gòumǎi)（三種細(xì)節(jié)度）

使用特殊的硬件或軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模

3-D數(shù)字化儀

通過(guò)探針在物體表面的運(yùn)動(dòng)得到物體表面的三維模型

激光掃描技術(shù)通過(guò)激光束在物體表面的掃描得到物體的三維模型獲得三維模型的途徑：69共一百一十五頁(yè)作業(yè)1紅藍(lán)(hónɡlán)雙視點(diǎn)共一百一十五頁(yè)紅藍(lán)視點(diǎn)(shìdiǎn)程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)1、定義物體或著形狀的坐標(biāo)2、繪制藍(lán)色或者紅色物體3、將物體位置旋轉(zhuǎn)并重新(chóngxīn)繪制4、注冊(cè)空閑回調(diào)，不停繪制變換角度的物體共一百一十五頁(yè)OpengGL的基本概念1、頂點(diǎn)（Vertex）代表三維空間中的一個(gè)點(diǎn)并用來(lái)建造更復(fù)雜的物體。多邊形就是由點(diǎn)構(gòu)成，而物體是由多個(gè)多邊形組成。glVertex*()函數(shù)用于指定頂點(diǎn)。2、坐標(biāo)（coordinate）默認(rèn)情況下，以屏幕中心為坐標(biāo)軸原點(diǎn)。原點(diǎn)左方x為負(fù)值，右邊為正值。原點(diǎn)上方y(tǒng)為正，原點(diǎn)下方為負(fù)。垂直屏幕向外為z正，垂直屏幕向里為z負(fù)。3、多邊形（三角形）多邊形是由點(diǎn)和邊構(gòu)成的單閉合環(huán)。繪制多邊形時(shí)需要特別注意頂點(diǎn)的繪制順序，可以分為順時(shí)針和逆時(shí)針。因?yàn)榉较驔Q定了多邊形的朝向，即正面和背面。避免渲染那些被遮擋(zhēdǎng)的部分可以了有效提高程序性能。默認(rèn)以逆時(shí)針次序繪制頂點(diǎn)的構(gòu)成的面是正面。共一百一十五頁(yè)OpengGL的基本概念4、視圖與投影我們生活在一個(gè)三維的世界——如果要觀察一個(gè)物體，我們可以：

1、從不同的位置去觀察它。（視圖變換）

2、移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)它，當(dāng)然了，如果它只是計(jì)算機(jī)里面的物體，我們還

可以放大或縮小它。（模型變換）

3、如果把物體畫(huà)下來(lái)(xiàlái)，我們可以選擇：是否需要一種“近大遠(yuǎn)小”的

透視效果。另外，我們可能只希望看到物體的一部分，而不是全部（剪

裁）。（投影變換）

4、我們可能希望把整個(gè)看到的圖形畫(huà)下來(lái)，但它只占據(jù)紙張的一部分

，而不是全部。（視口變換）

這些，都可以在OpenGL中實(shí)現(xiàn)。共一百一十五頁(yè)作業(yè)(zuòyè)2

OpenGL+GLSL使用opengl+glsl讀入一個(gè)3d模型，在展示界面(jièmiàn)上可繪制出該三維模型的：點(diǎn)云、網(wǎng)格、進(jìn)行色彩渲染的3d模型，帶有光照渲染的3d模型，可用鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)從不同角度對(duì)三維模型的查看。共一百一十五頁(yè)OpenGL簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)OpenGL（OpenGraphicsLibrary）是個(gè)定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口規(guī)格的專(zhuān)業(yè)的圖形程序接口。它用于二維以及三維圖像，是一個(gè)功能強(qiáng)大，調(diào)用(diàoyòng)方便的底層圖形庫(kù)。OpenGL提供的功能：建模；變換；顏色模式設(shè)置；光照和材質(zhì)設(shè)置；紋理映射；位圖顯示和圖象增強(qiáng)圖象功能除了基本的拷貝和像素讀寫(xiě)外，還提供融合、抗鋸齒（反走樣）霧的特殊圖象效果處理。雙緩存動(dòng)畫(huà)共一百一十五頁(yè)GLSL簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)OpenGL著色(zhuósè)語(yǔ)言（OpenGLShadingLanguage）是用來(lái)在OpenGL中著色編程的語(yǔ)言，也即開(kāi)發(fā)人員寫(xiě)的短小的自定義程序，他們是在圖形卡的GPU上執(zhí)行的，代替了固定的渲染管線(xiàn)的一部分，使渲染管線(xiàn)中不同層次具有可編程型。比如：視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等。GLSL（GLShadingLanguage）的著色器代碼分成2個(gè)部分：VertexShader（頂點(diǎn)著色器）和FragmentShader（片斷著色器）。共一百一十五頁(yè)作業(yè)(zuòyè)3

CUDA并行計(jì)算共一百一十五頁(yè)基礎(chǔ)知識(shí)CUDAGPGPU優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)顯示芯片通常(tōngcháng)具有更大的內(nèi)存帶寬。顯示芯片具有更大量的執(zhí)行單元。和高階CPU相比，顯卡的價(jià)格較為低廉。CUDA架構(gòu)CUDA是NVIDIA的GPGPU模型，它使用C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，可以直接以大多數(shù)人熟悉的C語(yǔ)言，寫(xiě)出在顯示芯片上執(zhí)行的程序，而不需要去學(xué)習(xí)特定的顯示芯片的指令或是特殊的結(jié)構(gòu)在CUDA架構(gòu)下，顯示芯片執(zhí)行時(shí)的最小單位是thread。數(shù)個(gè)thread可以組成一個(gè)block。一個(gè)block中的thread能存取同一塊共享的內(nèi)存，而且可以快速進(jìn)行同步的動(dòng)作。共一百一十五頁(yè)開(kāi)發(fā)(kāifā)思路CPU串行程序(chéngxù)分析

GPU數(shù)組設(shè)計(jì)、并行模型設(shè)計(jì)GPU數(shù)組設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)GPU數(shù)組大小、類(lèi)型、維度等信息；設(shè)計(jì)CPU與GPU之間的數(shù)組通信方式；并行模型設(shè)計(jì)：block和grid的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足算法的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。CUDA并行程序優(yōu)化版本根據(jù)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果確定熱點(diǎn)函數(shù)，作為后面移植的重點(diǎn)代碼模塊。需要分析熱點(diǎn)部分的算法、數(shù)據(jù)特點(diǎn)，根據(jù)算法和數(shù)據(jù)的特點(diǎn)分析其是否可以并行。對(duì)于需要運(yùn)行上GPU平臺(tái)上的代碼內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行設(shè)計(jì)。CPU與GPU通信優(yōu)化存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)化包括：全局存儲(chǔ)器合并訪(fǎng)問(wèn)，利用共享存儲(chǔ)器指令流優(yōu)化是指利用高效的指令代替低效的指令共一百一十五頁(yè)作業(yè)(zuòyè)4

基于PhysXAPI編程共一百一十五頁(yè)P(yáng)hysXNVIDIAPhysX是一種功能強(qiáng)大的物理學(xué)引擎，可在頂級(jí)PC和游戲中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的物理學(xué)計(jì)算。索尼的Playstation3、微軟的Xbox360、任天堂的Wii以及個(gè)人計(jì)算機(jī)均支持PhysX。PhysX為強(qiáng)大的并行處理器執(zhí)行硬件加速而進(jìn)行了優(yōu)化。其特色如下：爆炸引起的煙塵和隨之產(chǎn)生的碎片復(fù)雜、連貫的幾何學(xué)計(jì)算使人物的動(dòng)作和互動(dòng)更加(gènjiā)逼真其視覺(jué)效果令人嘆為觀止的全新武器布紋的編織和撕裂效果非常自然運(yùn)動(dòng)物體周?chē)鸁熿F翻騰共一百一十五頁(yè)P(yáng)hysX術(shù)語(yǔ)及它們(tāmen)之間的聯(lián)系1.Scene場(chǎng)景：就像演員表演都需要一個(gè)舞臺(tái)一樣，PhysX的所有物理運(yùn)動(dòng)都在這個(gè)scene中進(jìn)行。2.Actor角色：在場(chǎng)景中,所有參與運(yùn)算的實(shí)體都是一個(gè)角色，描述物體的質(zhì)量、密度、位置等屬性。3.Body剛體：用來(lái)記錄物體之間世界交互的各種系數(shù),如速度,阻尼等.4.Shape形狀：描述和表達(dá)某一角色的外形,PhysX中提供4種基本形狀，盒子(hézi)，球，膠囊以及平面。共一百一十五頁(yè)作業(yè)(zuòyè)五

作業(yè)要求：使用unity3D自制一款3D小游戲(yóuxì)，要求人物在場(chǎng)景中可漫游行走，視點(diǎn)根據(jù)人物行走而改變，游戲(yóuxì)具有碰撞檢測(cè)功能。共一百一十五頁(yè)制作(zhìzuò)步驟場(chǎng)景搭建：制作場(chǎng)景素材，可使用Unity自帶的資源(zīyuán)包創(chuàng)建角色：第一人稱(chēng)控制器碰撞檢測(cè)：Box

Collider，Capsule

Collider等添加腳本使用GUI腳本來(lái)制作游戲的載入界面和菜單發(fā)布游戲共一百一十五頁(yè)在unity3d中，能檢測(cè)碰撞發(fā)生的方式有兩種，一種是利用碰撞器，另一種則是利用觸發(fā)器。這兩種方式的應(yīng)用非常廣泛。

碰撞體是物理組件的一類(lèi)，它要與剛體一起添加(tiānjiā)到游戲?qū)ο笊喜拍苡|發(fā)碰撞。如果兩個(gè)剛體相互撞在一起，除非兩個(gè)對(duì)象有碰撞體時(shí)物理引擎才會(huì)計(jì)算碰撞，在物理模擬中，沒(méi)有碰撞體的剛體會(huì)彼此相互穿過(guò)。碰撞器包含了很多種類(lèi)，比如：Box

Collider，Capsule

Collider等，這些碰撞器應(yīng)用的場(chǎng)合不同，但都必須加到GameObjecet身上。所謂觸發(fā)器，只需要在檢視面板中的碰撞器組件中勾選IsTrigger屬性選擇框。

碰撞檢測(cè)共一百一十五頁(yè)作業(yè)(zuòyè)6OSG場(chǎng)景漫游共一百一十五頁(yè)OSG簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)osgEarth：全球GIS系統(tǒng)繪制插件osgOcean：海洋繪制插件，原理為快速傅里葉變換(biànhuàn)VPB：地形繪制插件，支持LODGdal：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換插件實(shí)時(shí)性高三維：Unity3D,Ogre，UnrealEngine，VE,CE二維：Cocos2d-x…三維常用渲染引擎高效率常用插件共一百一十五頁(yè)OSG場(chǎng)景(chǎngjǐng)搭建Group（root）GroupSwitchMatrixTransformNodeNode視景器Viewer：OSG場(chǎng)景的基本管理節(jié)點(diǎn)?？梢哉{(diào)用setSceneData()方法(fāngfǎ)設(shè)置場(chǎng)景樹(shù)根節(jié)點(diǎn)，setCameraManipulator()設(shè)置漫游器，addEventHandler()設(shè)置事件監(jiān)聽(tīng)器。組節(jié)點(diǎn)Group：場(chǎng)景樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)，繼承自node?？梢允褂胊ddchild方法繼續(xù)向下掛載節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)node：場(chǎng)景樹(shù)的節(jié)點(diǎn)基類(lèi)?？梢允褂胦sgDB名字空間下的readNodeFile()讀取模型文件至該節(jié)點(diǎn)中。開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)Switch：場(chǎng)景樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)，繼承自group?？梢栽O(shè)置開(kāi)關(guān)狀態(tài)控制子樹(shù)是否顯示。變換節(jié)點(diǎn)MatrixTransform：可以控制子樹(shù)的位置、旋轉(zhuǎn)、大小狀態(tài)參數(shù)。OSG場(chǎng)景樹(shù)示例：共一百一十五頁(yè)OSG場(chǎng)景(chǎngjǐng)搭建NodeStatusEventHandlerUpdateHandler對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以設(shè)置事件監(jiān)聽(tīng)器，更新監(jiān)聽(tīng)器，渲染狀態(tài)集等等屬性。事件監(jiān)聽(tīng)器EventHandler：類(lèi)名GUIEventHandler，繼承并重寫(xiě)其handle方法，可以監(jiān)聽(tīng)鼠標(biāo)與鍵盤(pán)等基礎(chǔ)輸入(shūrù)設(shè)備的輸入(shūrù)事件并編寫(xiě)響應(yīng)邏輯。更新監(jiān)聽(tīng)器UpdateHandler：類(lèi)名NodeCallback，繼承并重寫(xiě)其handle方法。方法中的代碼將在每一幀進(jìn)行回調(diào)，用此方法可以實(shí)現(xiàn)實(shí)體動(dòng)畫(huà)。渲染狀態(tài)集StateSet：類(lèi)名StateSet，使用其setAttribute函數(shù)可以設(shè)置相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的紋理貼圖、光照等等屬性。共一百一十五頁(yè)OSG漫游(mànyóu)器OSG中所有實(shí)體都有位置、旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)角度、縮放大小共3組9個(gè)狀態(tài)參數(shù)。PositonX，PositonY，PositonZ;rotationX,rotationY,rotationZ;ScaleX,ScaleY,ScaleZ。為了連乘方便，OSG將9個(gè)狀態(tài)參數(shù)組織成一個(gè)4*4的矩陣視點(diǎn)矩陣：碰撞檢測(cè)：使用探測(cè)器即一條射線(xiàn)，設(shè)置入迭代器visitor，檢測(cè)是否與場(chǎng)景中的節(jié)點(diǎn)相交，結(jié)果存儲(chǔ)于intersection類(lèi)中。高程檢測(cè)：獲取地形對(duì)象terrain，并取其高程圖層elevationLayer，獲取視點(diǎn)所在位置的高程值，使視點(diǎn)隨移動(dòng)而上下起伏。漫游器算法：共一百一十五頁(yè)作業(yè)(zuòyè)7OSG實(shí)現(xiàn)粒子系統(tǒng)共一百一十五頁(yè)OSG實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)粒子系統(tǒng)根節(jié)點(diǎn)ModularEmitter標(biāo)準(zhǔn)放射極Placer放置器Counter計(jì)數(shù)器ModularProgram標(biāo)準(zhǔn)編程器ParticleSystem粒子系統(tǒng)Shooter發(fā)射器Particle粒子(lìzǐ)ParticleSystemUpdater粒子系統(tǒng)更新器Geode葉節(jié)點(diǎn)共一百一十五頁(yè)OSG實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)粒子系統(tǒng)共一百一十五頁(yè)分布式虛擬(xūnǐ)仿真——分布式仿真(fǎnɡzhēn)協(xié)議HLA概述共一百一十五頁(yè)分布式虛擬(xūnǐ)仿真分布式仿真是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)仿真技術(shù)，是一種基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的仿真，多用于軍事領(lǐng)域，可以支持作戰(zhàn)人員訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)演練和武器裝備論證等。它將地理上分布的訓(xùn)練模擬器和參訓(xùn)人員合成為一個(gè)邏輯上的整體，在逼真的視景和操作模擬環(huán)境(huánjìng)中，進(jìn)行人機(jī)交互度很高的仿真實(shí)驗(yàn)和演練。共一百一十五頁(yè)HLA協(xié)議(xiéyì)1995年美國(guó)國(guó)防部發(fā)布了針對(duì)建模與仿真領(lǐng)域的通用技術(shù)框架，該框架由任務(wù)空間概念模型(CMMS）、高層體系結(jié)構(gòu)HLA和一系列的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)三部分(bùfen)組成，其中高層體系結(jié)構(gòu)是通用框架的核心內(nèi)容。共一百一十五頁(yè)HLA協(xié)議(xiéyì)HLA的基本思想就是采用面向?qū)ο蟮姆椒▉?lái)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的對(duì)象模型OM(ObjectModel)，以獲得仿真聯(lián)邦的高層次的交互操作和重用。HLA作為一個(gè)開(kāi)放的、支持面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)，HLA最顯著的特點(diǎn)就是通過(guò)提供通用的、相對(duì)獨(dú)立的支撐服務(wù)程序(RTI)，將應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境分離，即將仿真功能實(shí)現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層通信傳輸三者分開(kāi)(fēnkāi)，使仿真工作者只要集中于仿真功能的開(kāi)發(fā)，而不必再涉及有關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信和仿真管理等方面的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。共一百一十五頁(yè)HLA協(xié)議(xiéyì)

HLA基本概念在HLA中，將用于實(shí)現(xiàn)某一特定(tèdìng)仿真目的的分布仿真系統(tǒng)稱(chēng)為聯(lián)邦(Federation)。它是由若干相互交互的仿真對(duì)象模型SOM(SimulationObjectModel)、一個(gè)共同的聯(lián)邦對(duì)象模型FOM(FederationObjectModel)和運(yùn)行支撐框架RTI(RuntimeInfrastructure)構(gòu)成的集合。前兩者統(tǒng)稱(chēng)對(duì)象模型模板OMT(ObjectModelTemplet)。共一百一十五頁(yè)HLA協(xié)議(xiéyì)

HLA基本概念參與(cānyù)聯(lián)邦的所有應(yīng)用都稱(chēng)為聯(lián)邦成員，簡(jiǎn)稱(chēng)成員。整個(gè)仿真過(guò)程稱(chēng)為聯(lián)邦執(zhí)行(FederationExecution)。RTI是一種通用的分布仿真支撐軟件，用于集成各種分布的聯(lián)邦成員，在聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)提供具有標(biāo)準(zhǔn)接口的服務(wù)。共一百一十五頁(yè)HLA協(xié)議(xiéyì)HLA由三部分組成:框架和規(guī)則(guīzé)對(duì)象