虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)

1、目錄一、 虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)概述1二、 幾何建模技術(shù)12.1 形狀建模12.2 外觀建模32.2.1 紋理映射32.2.2 光照4三、 運(yùn)動(dòng)建模技術(shù)63.2 對(duì)象位置63.3 碰撞檢測(cè)7四、 物理建模技術(shù)84.1 分形技術(shù)84.2 粒子系統(tǒng)9五、 模型管理技術(shù)95.1 細(xì)節(jié)水平分割95.2 單元分割10六、 虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)的最新發(fā)展方向10參考文獻(xiàn)11虛擬現(xiàn)實(shí)的建模技術(shù)及其最新研究方向史龍飛（電子信息學(xué)院 物理電子學(xué)）一、 虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)概述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在虛擬的數(shù)字空間中模擬真實(shí)世界中的事物,這就需要一個(gè)逼真的數(shù)字模型,于是虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)就產(chǎn)生了。虛擬現(xiàn)實(shí)與現(xiàn)實(shí)到底像不像, 是與建模技術(shù)

2、緊密相關(guān)的,所以建模技術(shù)的研究具有非常重要的意義。按照建模方式的不同, 現(xiàn)有的建模技術(shù)主要可以分為:幾何造型、掃描、基于圖象等幾種方法?；趲缀卧煨偷慕＜夹g(shù)需要專業(yè)的設(shè)計(jì)人員掌握相關(guān)三維軟件創(chuàng)建出物體的三維模型, 對(duì)設(shè)計(jì)人員要求高, 而且效率不高。三掃描儀以其高精度的優(yōu)勢(shì)而得到應(yīng)用,但由于測(cè)量設(shè)備本身所占空間比較大,容易受到空間、地點(diǎn)等因素的限制, 從而限制其在某些特定情況下的使用范圍,再者還需要進(jìn)行一些后期的專業(yè)處理。基于數(shù)碼照片的三維建模技術(shù)則可以根據(jù)物體的不同方位運(yùn)用不同的視角來(lái)拍攝的數(shù)碼照片, 只要依據(jù)確定的數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)外部參數(shù)來(lái)確定物體的特征點(diǎn)的空間方位。開發(fā)一個(gè)應(yīng)用的第一步就是要

3、從數(shù)學(xué)上定義基本過程,并配備已有的硬件資源。第二步就是開發(fā)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)和優(yōu)化模型,即建立對(duì)象的形狀、外表、行為、限制模型并將對(duì)應(yīng)的I/0 工具映射到仿真的世界。建立一個(gè)虛擬對(duì)象模型所要考慮的一些基本問題有以下幾個(gè)方面：幾何建模，運(yùn)動(dòng)建模，對(duì)象特征，模型分割等。二、 幾何建模技術(shù)幾何建模描述虛擬對(duì)象的形狀(多邊形)三角形和頂點(diǎn)、以及它們的外表(紋理、表面反射系數(shù)、顏色) 。2.1 形狀建模要表現(xiàn)三維物體，最基本的是繪制出三維物體的輪廓，利用點(diǎn)和線來(lái)構(gòu)建整個(gè)三維物體的外邊界，即僅使用邊界來(lái)表示三維物體。三維圖形物體中運(yùn)用邊界表示的最普遍方式是使用一組包圍物體內(nèi)部的表面多邊形來(lái)存儲(chǔ)物體的描述，多面體的

4、多邊形表示精確的定義了物體的表面特征，但對(duì)其它物體，則可以通過把表面嵌入到物體中來(lái)生成一個(gè)多邊形網(wǎng)格逼近，曲面上采用多邊形網(wǎng)格逼近可以通過將曲面分成更小的多邊形加以改進(jìn)。由于線框輪廓能快速顯示以概要的說明表面結(jié)構(gòu)，因此，這種表示在設(shè)計(jì)和實(shí)體模型應(yīng)用中普遍采用。通過沿多邊形表面進(jìn)行明暗處理來(lái)消除或減少多邊形邊界，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)性繪制。對(duì)于對(duì)象的形狀建模常?？梢岳矛F(xiàn)有的圖形庫(kù)來(lái)創(chuàng)建，常用的圖形庫(kù)有：圖形核心系統(tǒng)GKS(Graphical Kerna1 System )、程序員級(jí)分層結(jié)構(gòu)交互圖形系統(tǒng)PHIGS、開放式圖形庫(kù)OpenGL(Open Graphics Library)等。下圖是使用Open

5、GL創(chuàng)建的幾個(gè)幾何形體：static void display(void) const double t = glutGet(GLUT_ELAPSED_TIME) / 1000.0; const double a = t*90.0; glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glColor3d(1,0,0); glPushMatrix(); glTranslated(-2.4,1.2,-6); glRotated(60,1,0,0); glRotated(a,0,0,1); glutSolidSphere(1,slices,stac

6、ks); glPopMatrix(); glPushMatrix(); glTranslated(0,1.2,-6); glRotated(60,1,0,0); glRotated(a,0,0,1); glutSolidCone(1,1,slices,stacks); glPopMatrix(); glutSwapBuffers();由上面代碼可以看出，要?jiǎng)?chuàng)建出一個(gè)三維模型來(lái)需要提供詳細(xì)的坐標(biāo)信息，并且在創(chuàng)建過程中需要完全依靠想象力來(lái)進(jìn)行布局，這對(duì)技術(shù)人員的要求比較高。為了避免直接用多邊形或三角形拼構(gòu)某個(gè)對(duì)象形狀時(shí)繁瑣的過程，可以直接購(gòu)買商品化幾何圖形庫(kù)。目前比較著名的是美國(guó)Viewpoint

7、 Datalabs 公司的View Point Catalog圖形庫(kù)。然而，規(guī)則三維立體可以用上述方法進(jìn)行建模，那么對(duì)于某些特殊的幾何對(duì)象，現(xiàn)有的圖形庫(kù)不能滿足要求時(shí)，需通過對(duì)三維物體表面的測(cè)試得到離散的三維數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)用多邊形描述出來(lái)從而構(gòu)造出對(duì)象的形狀。近年來(lái)三維掃描技術(shù)得到了迅速發(fā)展。三維掃描儀，又稱為三維數(shù)字化儀，是一種將真實(shí)世界的立體彩色圖形轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)的裝置。它在V R技術(shù)、影視特技制作、高級(jí)游戲、文物保護(hù)等方面有著廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上，在V R 系統(tǒng)中,靠人工構(gòu)造大量的三維彩色模型費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且真實(shí)感差。利用三維掃描技術(shù)可為V R 系統(tǒng)提供大量的、與現(xiàn)實(shí)世

8、界完全一致的三維彩色模型數(shù)據(jù)。2.2 外觀建模對(duì)象的外表是一種物體區(qū)別于其它物體的質(zhì)地特征，V R 系統(tǒng)中虛擬對(duì)象的外表真實(shí)感主要取決于它的表面反射和紋理。一般來(lái)講，只要時(shí)間足夠?qū)捲?，用增加物體多邊形的方法可以繪制出十分逼真的圖形表面。但是VR 系統(tǒng)是典型的限時(shí)計(jì)算與顯示系統(tǒng)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高。因此，省時(shí)的紋理映射(Texture Mapping )技術(shù)在VR 系統(tǒng)幾何建模中得到廣泛應(yīng)用。用紋理映射技術(shù)處理對(duì)象的外表，一是增加了細(xì)節(jié)層次以及景物的真實(shí)感；二是提供了更好的三維空間線索；三是減少了視景多邊形的數(shù)目，因而提高了幀刷新率，增強(qiáng)了復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示效果。2.2.1 紋理映射所謂紋理映

9、射，就是把給定的紋理圖像映射到物體表面上，并不是特定的幾何模型，使用紋理映射可以避免對(duì)場(chǎng)景的每個(gè)細(xì)節(jié)都使用多邊形性來(lái)表示，進(jìn)而可以大大減少環(huán)境模型的多邊形數(shù)目，提高圖形的顯示速度。從物體表面的質(zhì)地特征來(lái)看，紋理映射分為顏色紋理映射和凹凸紋理映射。前者是通過顏色色彩或明暗度的變化來(lái)表現(xiàn)物體的表面細(xì)節(jié)；后者則是通過對(duì)景物表面各采樣點(diǎn)法向量的擾動(dòng)來(lái)表現(xiàn)物體幾何形狀凹凸不平的粗糙質(zhì)感。從具體算法來(lái)看，紋理映射可分為標(biāo)準(zhǔn)紋理映射和逆向紋理映射。標(biāo)準(zhǔn)紋理映射是對(duì)紋理表面均勻掃描，并直接映射到屏幕空間。逆向紋理映射是對(duì)屏幕上的每一像素，通過逆映射尋找到物體空間上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，再在紋理空間找到相應(yīng)的像素點(diǎn)，取得紋

10、理值經(jīng)濾波后顯示該像素。紋理映射的過程如下圖所示：代表眼點(diǎn)，代表物體上的點(diǎn)，代表紋理上的像素點(diǎn)。所以，紋理映射實(shí)際上是屏幕空間、物體空間和紋理空間之間的一系列的變換過程。虛擬對(duì)象的紋理可通過拍攝對(duì)應(yīng)物體的照片、然后將照片掃描進(jìn)計(jì)算機(jī)的方法得到，也可用圖像繪制軟件建立。物體空間與紋理空間之間映射關(guān)系的確定是實(shí)現(xiàn)紋理映射的關(guān)鍵。這種映射關(guān)系可以描述為對(duì)于比較簡(jiǎn)單的二次曲面，其紋理映射函數(shù)可解析地表達(dá)出來(lái)。例如圓柱面，可以用參數(shù)方程表示為給定，可以根據(jù)上式確定。而給定圓柱上的，也可以根據(jù)其逆映射求出：。但對(duì)于復(fù)雜的高次參數(shù)曲面來(lái)說，求解析表達(dá)式往往是不可能的，這是應(yīng)采用數(shù)值求解方法來(lái)離散求的。下圖是

11、使用OpenGL做出的紋理貼圖示例：2.2.2 光照當(dāng)光照射到物體表面是，可能被吸收、反射或者折射。被物體吸收的部分抓華為熱，而那些被反射、投射的光傳到我們的視覺系統(tǒng)，使我們能看見物體。為了模擬這一物理現(xiàn)象，我們使用一些數(shù)學(xué)公式來(lái)近似計(jì)算物體表面按照什么樣的規(guī)律，什么樣的比例來(lái)反射或者折射光線。這種公式稱作明暗效應(yīng)模型。假設(shè)物體不透明，那么物體表面呈現(xiàn)的顏色僅僅由其反射光決定。通常，反射光由三個(gè)分量表示，分別是：環(huán)境反射光，漫反射光，鏡面反射光。1）環(huán)境反射光：環(huán)境反射光在任何方向上的分布相同。環(huán)境反射光用于模擬從環(huán)境中周圍物體散射到物體表面再反射出來(lái)的光。環(huán)境反射光可以用下面的公式表示：。其

12、中，是環(huán)境反射常數(shù)，與物體表面的性質(zhì)有關(guān)；是入社的環(huán)境光光強(qiáng)，與環(huán)境的明暗有關(guān)。2） 漫反射光：漫反射光的空間分布也是均勻的，但是反射光的光強(qiáng)與入射光的入射角的余弦成正比。通?？梢杂孟旅娴墓奖硎荆?。其中是漫反射常數(shù)，與物體表面的性質(zhì)有關(guān)。是入射光的光強(qiáng)，是入射角。法向量N反射方向R光源L視點(diǎn)E 入射方向、反射方向以及實(shí)現(xiàn)方向示意圖3） 鏡面反射光：鏡面反射光為朝一定方向的反射光，他遵循光的反射定律。反射光和入射光對(duì)稱的位于表面法向量的兩側(cè)。對(duì)于純鏡面，入射到表面面元的光嚴(yán)格地遵守光的反射定律單向反射出去。然而真正的純鏡面是不存在的，一般光滑表面，實(shí)際上是由許多朝向不同的微小平面組成的，其鏡面

13、反射光存在于鏡面反射方向的周圍。實(shí)際常常使用余弦函數(shù)的某次冪來(lái)模擬一般光滑表面反射光的空間分布。如下式：光照處理算法在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，光滑的曲面常用多邊形進(jìn)行逼近表示，因?yàn)樘幚砥矫姹忍幚砬嫒菀椎枚?。但是，這樣就會(huì)是去緣由曲面的光滑度，呈現(xiàn)多邊形。這種現(xiàn)象是因?yàn)椴煌矫娴姆ㄏ蛄坎煌纬刹煌矫嬷g的不連續(xù)的光強(qiáng)跳躍。Gouraud明暗處理技術(shù)可以簡(jiǎn)單的進(jìn)行平面的明暗處理。Gouraud明暗處理的思想是對(duì)離散光亮度進(jìn)行采樣做雙線性插值以獲得一連續(xù)的光亮度函數(shù)。其基本算法是：如下圖所示，先計(jì)算多邊形定點(diǎn)出（A,B,C.D）的光亮度值，吧他們作為曲面光亮度的才樣點(diǎn)，然后再對(duì)多邊形定點(diǎn)的光亮度值機(jī)型

14、插值計(jì)算出多邊形內(nèi)任一點(diǎn)的光亮度。若采用顯性掃描線繪制，可沿當(dāng)前掃描線進(jìn)行雙線性插值，這是一種簡(jiǎn)單的插值算法。即先用多邊形定線的亮度值計(jì)算出掃描線與多邊形邊框焦點(diǎn)處的亮度值，在對(duì)掃描線內(nèi)的每一個(gè)像素點(diǎn)計(jì)算光亮度值。Gouraud算法多邊形明暗度的線性插值這種算法有點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小。但是這種算法在某下環(huán)境下存在缺陷。當(dāng)他處于動(dòng)態(tài)觀察物體的時(shí)候，物體表面的敏感度將以不規(guī)則的方式變化。下圖是光照示例，圖中白色小球是一個(gè)點(diǎn)光源，光線在BOX和SPHERE兩個(gè)對(duì)象上發(fā)生反射，產(chǎn)生明暗效果，環(huán)境的AMBIENT設(shè)置為0.2。光照示意圖三、 運(yùn)動(dòng)建模技術(shù)幾何建模只是反映了虛擬對(duì)象的靜態(tài)特性，而VR中還

15、要表現(xiàn)虛擬對(duì)象在虛擬世界中的動(dòng)態(tài)特性，而有關(guān)對(duì)象位置變化、旋轉(zhuǎn)、碰撞、伸縮、手抓握、表面變形等方面的屬性就屬于運(yùn)動(dòng)建模問題。對(duì)象位置通常涉及對(duì)象的移動(dòng)、伸縮和旋轉(zhuǎn)。因此往往需要用各種坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)反映三維場(chǎng)景中對(duì)象之間的相互位置關(guān)系。例如，假如我們開著一輛汽車圍繞樹駕駛，從汽車內(nèi)看該樹，該樹的視景就與汽車的運(yùn)動(dòng)模型非常相關(guān)，生成該樹視景的計(jì)算機(jī)就應(yīng)不斷對(duì)該樹移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放。碰撞檢測(cè)經(jīng)常用來(lái)檢測(cè)對(duì)象甲是否與對(duì)象乙相互作用。例如，兩輛汽車碰撞之前的外形模型與發(fā)生碰撞后的模型是很不一樣的。碰撞檢測(cè)需要計(jì)算對(duì)象間的相對(duì)位置。在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，碰撞檢測(cè)計(jì)算非常費(fèi)時(shí)，研究者從省時(shí)和精確的角度發(fā)明了許多碰撞檢

16、測(cè)算法。3.2 對(duì)象位置在3D空間中移動(dòng)對(duì)象公郵3個(gè)平移參數(shù)和沿他們做旋轉(zhuǎn)的3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)。這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果組成一個(gè)6維的數(shù)據(jù)集，一般用的其次變換矩陣來(lái)描述：這里描述坐標(biāo)系B的方向相對(duì)于坐標(biāo)系A(chǔ)的旋轉(zhuǎn)子矩陣，是描述坐標(biāo)系B的原點(diǎn)對(duì)于坐標(biāo)系A(chǔ)的變化矢量。齊次變換矩陣節(jié)省了一定的計(jì)算量，由于旋轉(zhuǎn)和平移是按照同一規(guī)則進(jìn)行的，故求其反置可用下面的式子：在虛擬現(xiàn)實(shí)中，一般給每個(gè)對(duì)象捆綁一個(gè)坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系成為對(duì)象坐標(biāo)系，捆綁的坐標(biāo)系和對(duì)象一起移動(dòng)，因此，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. 下圖顯示了捆綁坐標(biāo)系(X1、Y1、Z1) 和(X2、Y2、Z2) 的兩個(gè)對(duì)象。虛擬對(duì)象坐標(biāo)系對(duì)象的絕對(duì)為止

17、是相對(duì)一個(gè)固定的坐標(biāo)系而言，這個(gè)坐標(biāo)系成為世界坐標(biāo)系(Xw,Yx,Zw)，在對(duì)象1坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的變換公式如下：這里的是描述世界坐標(biāo)系中分量的向量；P是從到的位置向量。如果對(duì)象1在移動(dòng)，那么變換便成為時(shí)間的函數(shù)。在系統(tǒng)中定線改變之后的位置可以按照方法計(jì)算。3.3 碰撞檢測(cè)碰撞檢測(cè)目前有很多方法, 一種最基本的的方法是通過計(jì)算兩個(gè)對(duì)象之間的的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于對(duì)象1和對(duì)象2, 要檢測(cè)它們是否發(fā)生碰撞, 可由上述變換公式計(jì)算對(duì)象1上的頂點(diǎn)V1相對(duì)于對(duì)象2的位置，即如果P(2)落在對(duì)象2之內(nèi), 碰撞便會(huì)發(fā)生. 如果P(2)(t) 沒有落在對(duì)象2之內(nèi), 還需要計(jì)算對(duì)象1的其他頂點(diǎn), 直到所有頂點(diǎn)

18、完成上述計(jì)算并且得知對(duì)象1的所有頂點(diǎn)均未落在對(duì)象2之內(nèi), 才能得出對(duì)象1與對(duì)象2沒有發(fā)生碰撞的結(jié)論。如果對(duì)對(duì)象1與對(duì)象2上的每一個(gè)頂點(diǎn)均執(zhí)行上述計(jì)算, 則效率太低。一種簡(jiǎn)化的計(jì)算方法是應(yīng)用矩形邊界箱。那么碰撞檢測(cè)發(fā)生在對(duì)象1與對(duì)象2的邊界箱之間。事實(shí)上, 現(xiàn)在很多VRML開發(fā)工具都采用此種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。但其不足的是位置上的精確度有些降低。邊界箱示意圖常用的邊界箱不僅僅是矩形，還可以是圓球，圓柱等。邊界箱的選擇跟需要碰撞檢測(cè)的虛擬對(duì)象有關(guān)，盡量做到算法簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度較高。如上圖所示的邊界向選擇并不是很好，邊界箱和虛擬對(duì)象之間的空間非常大，甚至超過了對(duì)象本身的體積，這樣檢測(cè)的碰撞將會(huì)非常不準(zhǔn)確。四、

19、 物理建模技術(shù)在幾何建模和運(yùn)動(dòng)建模之后，虛擬世界建模的下一步是綜合體現(xiàn)對(duì)象的物理特性，包括重力、慣性、表面硬度、柔軟度和變形模式等，這些特征與幾何建模和行為法則相融合，形成更具有真實(shí)感的虛擬環(huán)境。例如，用戶用虛擬手握住一個(gè)球，如果建立了該球的物理模型，用戶就能夠真實(shí)地感覺到該球的重量、硬軟程度等。物理建模是虛擬現(xiàn)實(shí)中比較高層次的建模，它需要物理學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的配合，設(shè)計(jì)到力學(xué)反饋問題，樹妖是重量建模、表面變形和軟硬度的個(gè)物理屬性的體現(xiàn)。分行技術(shù)和例子系統(tǒng)就是典型的物理建模方法。4.1 分形技術(shù)分型技術(shù)可以描述具有自相似特征的數(shù)據(jù)集。自相似特征的典型例子是樹。若不考慮樹葉的區(qū)別，當(dāng)我們靠近樹梢

20、時(shí)，數(shù)的細(xì)稍看起來(lái)也像一棵大樹。有相關(guān)的一組樹梢構(gòu)成的一根樹枝，從一定距離觀察時(shí)也像一棵大樹。這種結(jié)構(gòu)上的自相似成為統(tǒng)計(jì)意義上的自相似。自相似結(jié)構(gòu)可用于復(fù)雜的不規(guī)則外形物體的建模。該技術(shù)首先用于水流和山體的地理特征建模。例如，我們可以利用三角形來(lái)生成一個(gè)隨機(jī)搞成的地理模型，去三角形三邊的中點(diǎn)并按吮吸連接起來(lái)，將三角形分割成4個(gè)三角形，同時(shí)，我們給每個(gè)中隨機(jī)地賦值一個(gè)高程值，然后遞歸上述過程，我們就可以產(chǎn)生相當(dāng)真實(shí)的山體。分型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單的操作就可以完成復(fù)雜的不規(guī)則物體的建模，缺點(diǎn)是計(jì)算量太大，不利于時(shí)候死刑。因此，在虛擬現(xiàn)實(shí)宏一般僅僅用于靜態(tài)遠(yuǎn)景的建模。4.2 粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)是一種典型的

21、物理建模系統(tǒng)，例子系統(tǒng)是用簡(jiǎn)單的元素來(lái)完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)的建模。粒子系統(tǒng)有大量的成為例子的簡(jiǎn)單元素構(gòu)成，每個(gè)例子具有位置、速度。顏色和生命期等屬性，這些屬性可以根據(jù)動(dòng)力學(xué)計(jì)算和隨機(jī)過程得到。在虛擬顯示中，例子系統(tǒng)常用與描述火焰、水流、雨雪、旋風(fēng)、噴泉等現(xiàn)象。在虛擬顯示中例子系統(tǒng)用于動(dòng)態(tài)的、運(yùn)動(dòng)的物體建模。五、 模型管理技術(shù)對(duì)一個(gè)復(fù)雜的虛擬世界，其包含許多的對(duì)象，每個(gè)對(duì)象又包含各種模型，這樣由此帶來(lái)的巨大計(jì)算負(fù)載使VR引擎（VR實(shí)現(xiàn)的軟件和硬件環(huán)境）幾乎不可能做到信息的實(shí)時(shí)處理和吞吐。這就需要模型管理技術(shù)來(lái)幫助VR引擎以交互速度繪制復(fù)雜虛擬現(xiàn)實(shí)，同時(shí)對(duì)仿真質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生重大影響。常用的模型管理技術(shù)有：

22、細(xì)節(jié)等級(jí)（LOD）管理技術(shù)和單元分割技術(shù)。5.1 細(xì)節(jié)水平分割細(xì)節(jié)水平(Level of Detail)分割是在各種細(xì)節(jié)水平存數(shù)對(duì)象，當(dāng)遠(yuǎn)距離觀察時(shí)，物體表面顯示非常簡(jiǎn)單，隨著距離的拉近，不斷增加物體的復(fù)雜性。這樣可以大大減少多邊形的數(shù)量，渲染速度也有很大的提高。他可以利用LOD圖形數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。人的視覺通常有如下限制：（1）視覺精度。虛擬顯示顯示設(shè)備的分辨率通常都元元小于人眼的分辨率。所以，顯示設(shè)備的分辨率將最終決定處于虛擬顯示系統(tǒng)中的用戶的視覺精度；（2）邊緣視覺效果。人眼對(duì)于細(xì)節(jié)的敏感度是在整個(gè)視域中不均勻分布的，事實(shí)上人的視覺在視域中央的越6度的范圍內(nèi)最敏感，并向外沿只想邊緣的方向逐漸

23、下降；（3）運(yùn)動(dòng)敏感度。對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體，人的視覺系統(tǒng)能分辨出的細(xì)節(jié)要少于物體處于靜止?fàn)顟B(tài)下能分辨出的細(xì)節(jié)。基于以上的分析，產(chǎn)生可3中對(duì)應(yīng)的LOD切換選擇標(biāo)準(zhǔn)：1） 尺寸/距離標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)復(fù)雜的對(duì)象離視點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，它在圖像平面上的同應(yīng)非常小，對(duì)象的許多細(xì)節(jié)常常投影到一個(gè)像素點(diǎn)上，此時(shí)這些冗余多邊形可以從景物表面中刪去而不會(huì)影響景物的顯示精度。當(dāng)景物距離視點(diǎn)較近時(shí)，這些多邊形則需要一一繪制才能保證繪制精度。所以，可以定義一個(gè)距離門限值，如果視點(diǎn)距離尸體對(duì)象的距離超過這個(gè)門限值就選擇低級(jí)的LOD模型。2） 偏心距離標(biāo)準(zhǔn)。人的視覺系統(tǒng)只在一個(gè)很小的范圍內(nèi)保持很高的分辨率。虛擬顯示的一個(gè)重要顯示設(shè)備就是頭盔，

24、而頭盔的時(shí)域一般是在30到120度。因此，尸體很可能會(huì)超過視覺精度較高的范圍，進(jìn)去邊緣區(qū)域。在這種情況下，如果使用精度高的模型就會(huì)造成浪費(fèi)，因?yàn)槿搜鄄荒軈^(qū)分這一區(qū)域內(nèi)的所有細(xì)節(jié)。因此可以根據(jù)實(shí)體偏離視域中心的程度來(lái)選擇使用那一級(jí)別的LOD模型。3） 運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)?；谌搜蹖?duì)運(yùn)動(dòng)物體不敏感這一特性，產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，即根據(jù)對(duì)象相對(duì)于視點(diǎn)的移動(dòng)速度來(lái)選擇相應(yīng)的LOD模型。運(yùn)動(dòng)速度快就援用低級(jí)的LOD模型，速度慢就選擇高級(jí)的LOD模型。LOD的目的就是盡量按照細(xì)節(jié)程度減少多邊形的個(gè)數(shù)。至少有四種方法來(lái)減少多邊形的數(shù)量：（1）刪除隱藏的面；（2）多使用2D模型而少用3D模型，隨著距離的增加，很難區(qū)分深度，因

25、此使用2D模型即可。（3）使用簡(jiǎn)單的輪廓來(lái)代替復(fù)雜的形狀；（4）使用紋理代替細(xì)節(jié)描述，首先創(chuàng)建模型的復(fù)雜版本，然后生成圖形文件。它一般遵循60%規(guī)則，即對(duì)于每個(gè)LOD將多邊形數(shù)目減少到原來(lái)的60%。5.2 單元分割單元分割是將虛擬環(huán)境分割成較小的單元，只有在當(dāng)前模型中的物體才會(huì)被渲染。因此極大的減少了處理模型的復(fù)雜度。這種分割法對(duì)于大型的建筑物是非常實(shí)用的，因?yàn)槿嗽谝曇爸锌s減的物體只是整個(gè)虛擬環(huán)境中的很小的一部分，值處理當(dāng)前所見的物體大大提高了系統(tǒng)的處理速度。六、 虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)的最新發(fā)展方向虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物。它的研究?jī)?nèi)容涉及到人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、傳感器、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、智能控制、心理學(xué)等。雖然這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)潛力是巨大的，應(yīng)用前景也是很廣闊的，但仍存在著許多尚未解決的理論問題和尚未克服的技術(shù)障礙?？陀^而論，目前