虚拟现实技术论文.doc

2013-2014学年第1学期期末考试论文考试科目:虚拟现实及其通信技术学院:信息与通信工程学院专业:电子信息工程班级:班内序号:学号:姓名:chi手机:任课教师:黄海北京邮电大学时间:2013年12月31虚拟现实相关技术简介北京邮电大学信息与通信工程学院摘要:虚拟现实是近年来新兴的具有广泛应用前景的技术。目前,虚拟现实技术已经广泛应用于娱乐游戏,建筑设计,医疗等领域。本文从虚拟现实技术的概念,特性,应用领域出发,介绍了实现虚拟现实所必需的关键技术,然后又介绍了虚拟现实的近期的热点研究方向,比如三维模型检索技术,三维模型水印技术,分布式虚拟环境通信等技术。关键词:虚拟现实技术三维模型检索技术数字水印分布式虚拟环境通信1虚拟现实的概述虚拟现实是采用以计算机技术为核心的现代先进技术生成的逼真的视觉,听觉,触觉一体化的虚拟环境,用户可以通过必要的输入输出设备与虚拟环境中的物体进行交互,相互影响,进而获得身临其境的感受与体验。这种由计算机生成的虚拟环境可以是某一特定客观世界的再现,也可以是纯粹虚构的世界。输入输出设备包括立体头盔显示器,数据手套,数据衣服等穿戴式设备,还包括不直接穿戴在身上的传感设备。用户对虚拟现实的交互包括手的移动,头的转动等,虚拟现实中的物体能做出实时的反馈。虚拟现实有三个特性,它们分别是沉浸性,交互性,想象性。沉浸性,是指用户感觉到好像完全处于虚拟现实中一样,被虚拟世界包围。理想的虚拟现实可以让用户难辨真假。交互性,是指用户与虚拟世界以自然的方式进行交互,通过人的肢体运动以及特定的硬件设备感受来自虚拟世界的实时反馈。想象性,是指虚拟环境是人想象出来的,同时这种想象体现了设计中的相应的思想,因而可以用来实现一定的目标。沉浸性想象性交互性图1虚拟现实三特性虚拟现实的应用领域非常广,可以用在军事,医学,娱乐,学****科技开发等等领域。医疗领域如虚拟手术系统,用于指导手术的进行。军事领域,如利用虚拟现实技术模拟战争来研究作战方案,培训指导员等。娱乐领域,如玩家通过虚拟现实头盔得到震撼的游戏体验。学****领域,比如远程沉浸学****协同学****等。2虚拟现实的若干关键技术要实现一个虚拟现实系统既需要功能强大的特定的硬件支持,还需要相应的软件和技术来配合。在《虚拟现实技术》这门课程中,我们在前半学期学****了虚拟现实输入设备,虚拟现实输出设备,虚拟世界生成设备。后半学期课程主要集中介绍虚拟现实的相关技术。%来自视觉。立体视觉显示技术是虚拟现实中重要的支持技术,而且要实现完美的立体显示技术较为复杂。我们之所以感受到立体物体,是由于人的左右眼得到的图像相似但有细微差异,大脑对其进行融合产生空间感。我们借助特定的硬件设备,使左右眼观察到细微差异的图像,从而恢复出三维深度信息。下面介绍几种具体的立体显示实现技术。⑴彩色眼镜法。它主要利用滤光片只能通过相同颜色光线的特点,让左右眼戴不同颜色的滤光片,从而左右眼看到不同的影像,实现立体显示。但这种方法使人两眼的色觉不平衡,观众容易产生疲劳。⑵偏振光眼镜法。它利用了光是一种横波以及偏振光只能通过特定方向的狭缝的特点。在电影放映时,两个电影机同时放映两个画面,重叠在一个屏幕上,镜头前装有相差90度的偏振片。观众的左右眼分别戴在偏振轴互为90度的,并与放映画面的偏振光相应方向的偏振镜片,从而形成立体效果。⑶串行式立体显示法。它是一种分时的串行立体显示技术,它以一定的频率交替显示两幅图像,用户通过以相同频率同步切换的眼镜来观察图像,左右眼只能看到相应的图像。眼镜的开关转换频率对图像的立体效果起着关键性的作用。若转换频率太低,人眼不能感受到图像的连续,若转换频率太高,会产生干扰现象。一般来说,转换频率控制在40到60帧/秒较为适合。⑷裸眼立体显示。三维立体液晶显示技术巧妙结合了双眼的视觉差和图片三维的原理。自动生成了两幅图片,由于双眼观看液晶的角度不同,左右眼看到不同的图像,因此不要戴上立体眼镜就可以看到立体图像。下图是裸眼立体显示的原理示意图, 要建立虚拟现实环境,首先要对环境进行建模,然后在建模的基础上再进行实时绘制,立体显示,从而形成一个虚拟世界。这里的虚拟环境既可以是模拟真实世界中的环境,也可以是人的主观构造环境,还可以是人类不可见的环境。虚拟环境中的物体要有良好的操作性能,当用户与物体交互时,物体必须做出相应的反应。目前主要的环境建模是三维视觉建模和三维听觉建模。其中三维视觉建模又可以分为几何建模,物理建模,行为建模等。下面主要介绍三维视觉模型中的方法。⑴几何建模技术。几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法,它处理物体的几何形状的表示,研究图像数据结构的基本问题。首先要构造几何模型