虛擬現(xiàn)實技術(shù)要點小結(jié)

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)要點小結(jié)1 .virtual reality :用計算機技術(shù)來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感 覺世界；讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對這一生成的虛擬世界 客體進行瀏覽和交互考察。2. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有四個重要特征：臨境性，交互性，想象性，多感知性。3. 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包含：虛擬世界（包含三維模型或環(huán)境定義的數(shù)據(jù)庫）；虛擬現(xiàn)實軟件 （提供實時觀察和參與虛擬世界的能力）；計算機；輸入設(shè)備；輸出設(shè)備。4. 屜擬現(xiàn)實系統(tǒng)類型：桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，沉浸式煨擬現(xiàn)實系統(tǒng)，分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng), 混合虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。5. 虛擬現(xiàn)實的硬件：跟蹤系統(tǒng)；知覺系統(tǒng)；音頻系統(tǒng)；圖

2、像生成與顯示系統(tǒng)。6. 位置跟蹤技術(shù)：a.磁跟蹤技術(shù)：用磁場進行位置和方位跟蹤，優(yōu)點是不受視線阻擋的 限制，適用于手的跟蹤。b.光學跟蹤技術(shù)c.機械跟蹤技術(shù)（1聲學跟蹤技術(shù)e.慣性位置跟蹤 技術(shù)。7. vr系統(tǒng)中人的因素：眼睛（信息量最大），耳朵，身體感覺，平衡和運動眩暈。眼睛一視覺暫留：視網(wǎng)膜的電化學現(xiàn)象造成的視覺的反應(yīng)時間。眼睛一臨界熔合頻率（critical fusion fregnency, cff）效果會產(chǎn)生把離散圖像序列 組合成連續(xù)視覺的能力，cff最低20hz,并取決于圖像尺寸與亮度。眼睛一立體視覺s.multigen 軟件：3dmax, vrml, opengl 等。9. 基于

3、幾何的傳統(tǒng)計算機圖形學建模方法：a.真實感圖形的實時繪制；b.多層次細節(jié)模 型（lod）； c.碰撞檢測。10. lod （level of detail,多層次細節(jié)模型）技術(shù)：a.在圖形繪制時，通常將連續(xù)曲面離散為一系列的多邊形或三角形，三角面片 是圖形系統(tǒng)中通用的繪圖元語。b.三角形數(shù)目越多，場景中幾何模型的描述和繪制質(zhì)量越 高，但同時繪制速度越慢?；舅枷耄篴.對場景屮的不同物體或物體的不同部分，采用不同的細節(jié)描述方法；b. 在繪制時，如果一個物體離視點比較遠，或物體比較小，用較粗的lod模型繪制；c.反之, 如果一個物體離視點比較近，或物體比較大，則必須用較精細的lod模型繪制；d.運

4、動的 物體，對運動速度快或者運動中的物體，采用較粗的lod,對靜止的物體，采用較細的lodo11. 碰撞檢測技術(shù)：在虛擬環(huán)境屮，由于用戶的交互和物體的運動，物體間經(jīng)?？赡馨l(fā) 生碰撞，此時為了保持環(huán)境的真實性，需要及時檢測這些碰撞，并計算相應(yīng)的碰撞反應(yīng)，更 新繪制結(jié)果，否則，物體間會出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，破獲虛擬環(huán)境的真實感和用回的沉浸感。12. 虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用：a.數(shù)字工程b.專項應(yīng)用：建筑環(huán)境；電力管理；礦產(chǎn)資源；水資 源與水環(huán)境；大氣與海洋；交通模擬與管理；戰(zhàn)場模擬；古地理環(huán)境重建；e-lifeo13. 數(shù)字地球的技術(shù)支扌鬟信息高速公路，計算機寬帶高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，高分辨率衛(wèi)星影 像，空間信息技術(shù)，大

5、容量數(shù)據(jù)處理與存儲技術(shù)，科學計算及可視化，虛擬現(xiàn)實技術(shù)。14. 地形三維顯示中的數(shù)據(jù)類型：矢量型和柵格型兩大類。矢量型數(shù)據(jù)主要包括：等高 線矢量數(shù)據(jù)。 柵格數(shù)據(jù)主要包括：數(shù)字高程模型dem,紋理圖像數(shù)據(jù)。15. dem數(shù)據(jù)獲?。篴.野外實地直接測量得到；b.利用攝影測量方法獲??；c.從地形圖 中采集。其他獲取dem的方法：用航夭遙感立體像對獲取dem； ins ar （干涉合成孔徑 雷達）獲取dem；激光掃描測高儀等。三種獲取dem數(shù)據(jù)方法的區(qū)別：野外實地直接測量適用于大比例尺、精度要求高、采集面積范圍較小，優(yōu)點是可以獲取高精度的dem數(shù)據(jù)，缺點是勞動強度較大、效率較低， 僅適用于小范圍面積內(nèi)

6、作業(yè)。利用攝影測量的方法獲取數(shù)據(jù)較快、周期短，但是數(shù)據(jù)源獲取 的成本較高、采集作業(yè)要求具備專業(yè)的儀器設(shè)備和訓練有素的攝影測量專業(yè)技術(shù)人員。采 用從地形圖上獲取dem所需的數(shù)據(jù)源容易獲取，對采集作業(yè)所需的儀器設(shè)備和作業(yè)人員的 要求也不太高，采集速度也比較快，易于進行大批量作業(yè)，但是它的精度最低。16. dem的獲取與建立：規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角形，混合數(shù)據(jù)模型。（詳細的自己了解）17. 地形三維顯示的基本過程：a.數(shù)據(jù)準備；b.dem遞歸細分；c.透視投影變換；d.光照 模型；e.消隱和裁剪；f.圖形繪制和存貯；g.三維圖形的后處理；h.基于三維地形圖的分析。18. dem的遞歸分析原理：首先對d

7、em每一格網(wǎng)進行細分，第i次細分后得到4i個子 格網(wǎng)，每子格網(wǎng)的節(jié)點的高程和平面位置有上一級網(wǎng)格結(jié)點經(jīng)雙線性內(nèi)插得到。遞歸終止的 標準是每個子格網(wǎng)在計算機屏幕上的投影面積在4個像素z內(nèi)。遞歸細分的次數(shù)可由程序控 制，然后對于每個子格網(wǎng)用兩條對角線分為四個三角形，格網(wǎng)中線點的坐標由四周網(wǎng)格結(jié)點 內(nèi)插得到。19. 投影變換數(shù)學模型：如下圖，dem中任一點m在地面坐標系ot-xtytzt, a中 的坐標為（xm,ym, zm）,它在投影平面p上的像點為m,則m點在投影坐標系oxy中_( x m - x $ ) cos 0 -(ym - ys ) sin 0a 一(x w - x $ ) sin a

8、sin 0 - ( ym - ys ) sin a cos 0 + (z w - z s )c(x m x $ ) cos a sin & (丫“ 一 丫$)cos a cos 0 + (z - z 5 ) sin a> "-(x m - x $ ) sin a sin 0 - (x iw - y s ) sin a cos 0 + (z ,w - z s ) cos a的坐標(xm,ym)由下式計算求出：其屮：(xt,yt,zt)是視點s在地面坐標系oxyz中的坐標；是投影平面與地面坐標系的平面間的夾角；0是地面坐標系的xt軸與投影坐標系的x軸之間的夾角。之后，考慮到

9、屏幕坐標系的特點和值 域，還必須將像點m的坐標（xm,ym）進行平面相似變換，最后變換為屏幕地標（xc,yc）： 不難看出，上述坐標變換的數(shù)學模型具有以下特點:1）該數(shù)學模型在理論上是嚴密的；幕上繪制出在不同方位觀察地面的立體透2）改變視點s的位置，就可以在屏視圖;3）若視點位置不變,只改變參數(shù)（），這意味看代表地形表面的dem數(shù)據(jù)場繞視點和投影平面p旋轉(zhuǎn)不同的角度，也同樣可以在屏幕上生成不同視角條件下的立體透視圖。20. 消隱常見算法：1）畫家算法（優(yōu)先度法）；2） z-buffer （深度緩沖器）算法；3） 光線跟蹤法。21. 光照模型：根據(jù)光學物理的有關(guān)定律計算畫面上勁舞表面?zhèn)€點投影到觀

10、察著眼中亮 度和色彩組成的公式。一個好的光照模型應(yīng)滿足：1）能產(chǎn)生較好的立體視覺效果；2）在理論上具有一定的 合理性或嚴密性；3）較小的計算量，以保證較快的繪制速度。22. 光照模型要考慮的影響：乩光源的位置；b.光源的強度；c.視點的位置；1.地血的漫反射特性；e.地而對光的反射和吸收特性。23. 分形（frac）概念：部分與整體以某種形式相似的形稱為分形。分形集的五個特征：1）精細的結(jié)構(gòu)，具有任意小尺度下的細節(jié)；2）分形集因 不太規(guī)則而不能用傳統(tǒng)的幾何語言來描述；3）某種自相似性，可能是近似的自相似 或統(tǒng)計上的自相似；4）其分形維數(shù)常大于其拓撲維數(shù)；5）在多數(shù)情況下可遞歸定義。 分形維數(shù)是

11、描述分形最主要的參量，簡稱分維。它反映了復雜形體占有空間的有 效性，是攵雜形體不規(guī)則性的度量。常用的分形維數(shù)有：hausdorff維數(shù)；盒維數(shù)； 填充維數(shù)；相似維數(shù)。24. 紋理映射是真實感圖像制作的一個重要部分，運用它可以方便的制作出極具 真實感的圖形而不必花過多時間來考慮物體的表面細節(jié)。紋理映射算法的基本思路：選擇或找到該目標地區(qū)的地形紋理圖，依據(jù)各種圖 像間的映射關(guān)系，從而將紋理圖像按規(guī)定的要求貼在三維地形圖表而，使所產(chǎn)生的三 維地形圖既有立體感更有真實感。25. 基于地形要素矢量數(shù)據(jù)的三維地形圖的繪制方法：1）紋理映射法；2）直接 繪制法。紋理映射法流程：繪制矢里要秦平面囹繪制欖擬頁廛

12、立體圖iw直接繪制法流程:a可是按地初和顏色26. 紋理庫的建立實際上是一系列柵格圖像的獲収和管理，主要包括：a.紋理的分類；b. 紋理圖像的存放和檢索方法；c.紋理圖像的壓縮；d.紋理圖像的處理和相應(yīng)軟件包。紋理庫的優(yōu)點：可以保證地形三維可視化軟件系統(tǒng)的廣泛適用性和較好的逼真效果, 紋理庫用以存儲和管理各種地貌紋理圖像。紋理圖像的獲取途徑：1）從專業(yè)攝影圖片中獲??；2）實地攝影獲取紋理圖像；3） 從航天、航空遙感圖像屮獲取紋理；4）直接以該地區(qū)的地形圖或者它專題圖經(jīng)掃描得到的 數(shù)字圖像作為紋理圖像；5）將該地區(qū)的矢量數(shù)據(jù)與地貌紋理圖像復合，生成紋理圖像。紋理映射算法中的反混淆處理措施：a.保

13、證紋理圖像的較髙分辨率；b.紋理圖像的預(yù) 處理；c.重釆樣。27. 遙感影像的優(yōu)點：強現(xiàn)勢性和紋理真實性。2&制作三維地形實景圖的基本思路：在獲収區(qū)域內(nèi)的地形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在數(shù)字化航攝圖像上按一定的點位分布要求選取一定數(shù)暈的明顯特征點，量測其象坐標的精度值以及在 地面的精確位置，據(jù)此按航攝像片的成像原理和有關(guān)公式確左紋理圖像與相應(yīng)地面之間的關(guān) 系，解出變換參數(shù)；同吋利用生成三維地形圖的透視變換原理，確定紋理圖像與地形立體圖 之間的映射關(guān)系；接著，dem數(shù)據(jù)遞歸細分之后的每一地面點可依透視變換參數(shù)確定其在 遙感圖像中的位置，經(jīng)重采樣后獲得其影像灰度，最后經(jīng)透視變換、消隱、灰度轉(zhuǎn)換等處理,

14、 將結(jié)果顯示在計算機屏幕上，生成一副以真實影像紋理構(gòu)成的三維地形實景圖。29. 建立數(shù)字遙感影像和景物空間的映射關(guān)系需要選取遙感圖像中具有明顯特征的點作 為待求的日標點來確定而這之間的關(guān)系，常用來在數(shù)字影像上目標點高精度的計算方法：重 心法，forstner定位算子，橢圓中心法，模板兀配法，求直線交點法。30. 航攝像片和相應(yīng)地面間映射關(guān)系確定的方法：1）直接線性變換法；2）空間后方交 會法。直接線性變換（dltdirect linear tran formation）:是一種直接描述遙感圖彖與地而相 應(yīng)坐標之間透視關(guān)系的解析表達式，它包含11個參數(shù)，含有對影像坐標的線性誤差改正的其中* sf

15、lxx十ly+l,z也sy=lsxuy+ltz+u作用。具體公式為：其屮（x, y）為遙 感圖像上任一點的象坐標，（x, y, z）為該點的地面坐標；li, l2, l11為11個變換參數(shù)。后方交會法：是通過定義遙感圖像成像時傳感器的內(nèi)、外部姿態(tài)參數(shù)來描述這種中心投 影關(guān)系的，計算公式為：其中（x。, y0, -f） （ai、bi、ci, i=l, 2,3。a2、a3、b3三個是獨立的方向余弦）、（xs,ys, zs）為9個姿態(tài)參數(shù)。p；啣 3 覽）p；-勺（x令毎（f -z jf； - ax - xj） * c,（2 - 2,）兩種方法區(qū)別：與dlt相比，空間后方交會的變換參數(shù)幾何意義比較明

16、顯，所需的控 制點數(shù)略少。但在實際迭代解算中，空間后方交會對初始值的準確性要求較高，因此地形三 維影像圖繪制屮在內(nèi)方位元素未知的情況下，大多數(shù)情況下可采用dlt算法來求解變換參 數(shù)。31. 灰度重采樣（resampling）意即在原重采樣的基礎(chǔ)上再進行一次采樣。也就是說，當 欲確定不位于矩陣（采樣）點上或圖象坐標值不為整數(shù)的灰度值時礙在一定領(lǐng)域內(nèi)內(nèi)插計算。 重采樣四種方法：1）最臨近象元法；2）雙線性內(nèi)插；3）雙三次樣條幣數(shù)；4）拉格朗日多 項式。32三維地形航空影像圖的繪制過程：1）依遞歸細分算法，得到子網(wǎng)格和相應(yīng)的三角形 血素；2）依視點、視角等參數(shù)，按投影變換公式求其屏幕位置；3）按直接

17、線性變換法的公式 計算紋理圖像上的坐標；4）重采樣得到灰度值；5）對灰度值進行簡單的光照模型處理；6）同 時進行消隱、裁剪、反混淆等處理；7）三維影像圖顯示與輸出。33.獲取三維影像圖的三種傳感器的比較：一）利用landsat衛(wèi)星遙感圖像制作三維影像圖：可以不受地區(qū)和國界限制，獲得全球 性的影像資料；圖象數(shù)據(jù)能迅速獲得，現(xiàn)勢性強；最大優(yōu)點為有7個波段，覆蓋面大，可在 分析和應(yīng)用中發(fā)揮出高效益。二）基于spot圖像的三維影像圖制作：具有特殊的立體觀察功能和穩(wěn)定的兒何結(jié)構(gòu)及 較高的影像分辨率。三）基于sar圖像的三維影像圖制作：星載合成孔徑雷達（synthetic aperture radar sar）是有源輻射的主動式高分辨力微波成像系統(tǒng)，具有全天候、全天時、側(cè)視力強、 能穿透云霧等獨特優(yōu)點。33.在三維地形圖上實現(xiàn)可測量性的兩種途徑：1）基于數(shù)據(jù)文件來實現(xiàn)查詢空間的功能; 2）基于投影變換關(guān)系的求交計算。一）在三維地形圖上通過數(shù)據(jù)文件實現(xiàn)可量性，主要分2步來實現(xiàn)：a.地形圖上的空i'可信息按一定結(jié)構(gòu)存貯；b.空