介绍两种真实感图形实时绘制技术场景简化技术;基于图像
基于图形图像的三维建模技术探讨
基于图形图像的三维建模技术探讨摘要：现代的工程建筑设计、产品设计和地理信息研究等方面离不开三维建模技术。
虚拟场景的构建是虚拟技术的重点和难点，同时，在产品设计中也要应用图像图形的融合技术来构建三维模型。
本文对基于图形的三维建模、基于图形的三维建模和图形图像混合建模进行了探讨，为三维建模提出了新的思路。
关键词：图形图像；三维建模；探讨中图分类号：tp319 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-021 基于图像的虚拟建模技术1.1 基于图像建模技术的实现过程。
基于图像的建模技术技术摆脱了对三维几何的依赖，单纯利用照相机拍摄的离散图像或摄像机录下的视频图像为基础，经过技术处理后生成真实的景观图像，之后利用适合表现图片景象的空间模型把全景图像做成虚拟的实景空间，通过软件操作，可以对实景空间进行前进、后退、环视、仰视、近看、远看等操作，实现用户对场景的三维角度观察，这些操作过程在普通计算机上就可以实现。
全景生成技术是基于图像处理来建立三维模型的关键，有了它就可以实现对实景的虚拟再现，生成的全景图按照可浏览的角度划分为柱面全景图和球面全景图。
柱面全景图可以满足对水平空间的360度转化观察，而球面全景图可以实现经纬360的浏览转化。
1.2 基于图像建模的基本方法。
按照视觉的形式来构建三维模型是计算机视觉领域中的典型技术，主用用车船、飞机等交通工具的导航设备上。
由pollefeys等人提出的多幅图像的处理技术，主张从同一物体所对应的几个不同的对应点信息中提取出物体外形的轮廓信息，这些信息由5部分构成：匹配和抽取特征点；相机定标；重投影图像生成；立体像的校正位置和曲面散乱点构建。
建立立体视觉模型有一个完善的基本原理，具体内容是：根据已知的两幅照片来确认物体所一一对应的点，这些对应点实际上是物体表面上同一个的投影形成的两个不同位置的点。
通过对物体同一点在两个图片中的两个投影点位置的确定，可以找出相机内部和外部的参数。
武汉大学遥感学院 虚拟现实 重点资料
第一章虚拟现实概念一、虚拟现实定义：虚拟+现实（1）如何获得体验？（2）相关定义：幻境/灵境，人工现实，赛博空间，增强现实（3）虚拟现实与仿真的不同（4）虚拟现实与三维动画二、虚拟现实的特征（四个）临境性/沉浸性，交互性，想象性/构想性，多感知性三、虚拟现实的发展历程（1）Lanier——虚拟现实天才（2）VPL的发展，VPL（3）虚拟现实发展方向（4）国内外研究虚拟现实的主要机构（5）应用（复习PPT中）四、虚拟现实主要技术内容，技术体系（1）实时三维计算机图形技术（2）广角的立体显示（3）用户的跟踪（4）立体声（5）触觉与力觉反馈（6）语音输入输出五、虚拟现实系统（四个）桌面使，沉浸式，增强式，分布式第二章虚拟现实系统输入输出设备一、虚拟现实硬件的系统集成（1）虚拟现实系统需要（2）计算机系统的功能（3）虚拟现实系统平台——VIEW二、典型输入输出装置（六个）（1）三维跟踪传感设备1、跟踪器2、不良跟踪3、衡量跟踪器性能的参数（五个）：精度、抖动、偏差、延迟、更新率4、三维跟踪器类型（五个），各类跟踪器优缺点、定义、原理机械、电磁、超声波、光学、混合惯性跟踪器（2）漫游和操纵借口：鼠标（3）手势接口（4）立体显示器1、立体显示原理：立体图绘制，立体图像显示、绘制，立体视觉2、装置：眼镜，头盔显示器，立体显示投影，3D显示器3、应用（5）触觉和力觉反馈装置1、分类：接触反馈，力反馈2、触觉反馈借口<1>要求：真实性，安全性，轻便舒适性，折中性<2>分类：触觉鼠标、手套，温度反馈手套3、人类触觉系统——感知类型（四个）触觉感知，温度感知，本体感知，肌肉运动感知4、力反馈借口<1>特点：机械带宽概念<2>操纵杆，臂，手套（特点）（6）3D声音生成器三、虚拟现实系统中人的因素（四个）（1）虚拟现实系统组成：计算机，借口和用户（2）眼镜，耳朵，身体感觉（深部感觉，内脏感觉，本体感觉，外感受感觉），平衡与运动眩晕第三章虚拟现实建模技术一、虚拟现实建模概述：虚拟环境建模与传统CAD建模的不同？（1）虚拟现实中三类虚拟环境真实世界环境的模仿，人类主观构造的环境，真实世界人类不可见环境的模仿（2）虚拟环境（五个）（5）虚拟物体，虚拟光（虚拟环境的照明方式：现实/虚拟世界），物理仿真，动画，碰撞检测（3）处理流程（输入位置，输出视频、音频、触觉）（4）虚拟物体的特性（五个）1、静态和动态特性2、物理约束3、细节层次4、表面属性5、音频装置二、如何实施虚拟环境的建模？：对模型建模1、虚拟世界中的模型：静态模型描述，动态模型建立2、如何完整的描述出模型？模型信息：视觉外形，物体特性，实体信息，环境信息三、虚拟现实的建模（视觉建模）（1）几何建模1、实体对象的组织方法：层次建模方法，属主建模方法2、实体的几何模型<1>对象形状：三维建模软件绘制三维模型，从商业数据库中购买现有的三维模型，用特殊的硬件或软件实现自动三维建模<2>对象外表：增加物体的多边形（before），实时纹理处理能力（after）（2）运动建模（3）物理建模1、对象的物体特性（两个）2、VR 的物理属性用微分方程来描述，构成动力学系统：由系统分析和系统仿真来研究。
基于图像的图形绘制技术的应用
了在 Ｉｔ ｔ ｎｅ ｍｅ 网上进 行虚 拟环 境 漫游 的功 能。
关 键 词 基 于 图像 的绘 制 技 术 全 光 函数 全 景 图 投 影 变 换
ＡＮ ＡＰＰＬＩ ＣＡｒＩ ｒ ＯＮ ｏＦ Ｍ ＧＥ — ＢＡＳ日Ｄ Ｉ ＲＥＮＤＥＲ Ｇ ＴＥａＥ
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计算机图形图像技术
最常用旳图形输入设备是键盘和鼠标。人们 一般经过某些图形软件由键盘和鼠标直接在屏幕 上定位和输入图形，如CAD系统就是用鼠标和键盘 命令制作多种工程图旳。另外还有跟踪球、空间 球、数据手套、光笔、触摸屏等输入设备。跟踪 球和空间球是根据球在不同方向受到旳推或拉旳 压力来实现定位和选择。数据手套则是经过传感 器和天线来发送手指旳位置和方向旳信息。这几 种输入设备在虚拟现实场景旳构造和漫游中尤其 有用。光笔是一种检测光旳装置，它直接在屏幕 上操作，拾取位置。
可用于美术创做旳软件诸多，如二维平面旳 绘图程序CorelDraw, photoshop, paintshop, 三 维动画建模和渲染软件3D MAX, Maya等
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❖ 7.3 图形与图像旳区别与联络 图形和图像有着较大不同。因而计算机图形学和
数字图像处理目前仍被作为两门不同课程。 计算机图形学是指将点、线、面、曲面等实体生
计算机图形学一种主要旳目旳就是利用计算 机产生令人赏心悦目旳真实感图形。为此，必须 建立图形所描述旳场景旳几何表达，再用某种光 照模型计算在假想旳光源、纹理、材质属性下旳 光照明效果，所以，计算机图形学与计算机辅助 设计有着亲密联络。
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❖ 7.1.2 计算机图形处理旳基本概念 计算机图形处理是指把由概念或数学描述
目前正在研究下一代顾客界面，开发面对主流 应用旳自然、高效多通道旳顾客界面。研究多通道 语义模型、多通道整合算法及其软件构造和界面范 式是目前顾客界面和接口方面研究旳主流方向，而 图形学在其中起主导作用。
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➢ 地形地貌和自然资源图 国土基础信息是国家经济系统旳一种构成部
分。利用这些存储旳信息可绘制平面图、生成三 维地形地貌图，为高层次旳国土整改进行预测和 提供决策，为综合治理和资源开发研究提供科学 根据，在军事方面也有主要价值。
图像处理技术的特点和应用场景
图像处理技术的特点和应用场景随着时代的进步和科技的发展，图像处理技术在各个领域中扮演着愈加重要的角色。
它能够将数字图像处理成为更易懂、更有意义的信息，让人们更好地理解和应用它们。
在非常多的领域中，图像处理技术的应用已经逐渐走向成熟，成为社会和经济发展的新引擎，同时它也有自身的独特性质和特点。
第一特点：图像处理技术的非线性在数字图像处理中，图像是一种复杂的、非线性的数据结构。
这意味着，在一定条件下，图像处理技术可以通过线性过滤方法对其进行处理。
但在更多的情况下，图像处理需要采用非线性方法，以得到更精确的结果。
微分算子、纹理特征、形态学等非线性的技术轻而易举解决了许多线性算法无法解决的问题。
非线性算法也能够加强像素表达的具体细节和局部性，更好地反映物体特征，同时还能够实现更加稳健的算法，拥有强大的适用性。
第二特点：图像处理技术的实时性随着科技的发展和计算机硬件性能的提升，当今的图像处理技术可以实现实时处理，即当数据产生时就能够及时响应和处理。
例如，实时视频图像流处理技术可以逐一检测视频图像中的特定物体，实现实时的警报并群众准确化。
实时图像处理技术能够显著提高人们的行动速度和生产效率，在实时控制和决策方面发挥更大的作用。
第三特点：图像处理技术的可扩展性图像处理技术具有很强的可扩展性，在不断发展中逐渐形成了一个庞大的技术库。
这意味着，图像处理技术可以适应不同的领域、不同的应用场景和不同的问题。
同时，图像处理还可以通过不同的算法和技术进行优化和改进，以应对新的挑战。
一种算法可以被分解成一个操作序列，每个操作都可以用比它更基础、更强大的操作替换。
在底层操作的规范和组合下，算法能够不断发展，逐渐深入优化。
应用场景:医学影像图像处理技术在医学领域中有着很大的应用。
如CT、MRI等图像逐渐被医生用来进行诊断。
珍贵的医学影像数据中蕴含着大量的信息，如果不进行图像处理，解读这些影像就会显得困难。
因此，图像处理技术可以进行图像增强、小波变换、分割和分类等操作，提供高清晰度的影像，将潜在的病情清晰地呈现。
真实感实时绘制技术综述
程志全 ， 党 岗， 金士尧
ＣＨＥＮＧ ｈ ｑ ａ Ｄ Ｚ ￣ ｕ ｎ， ＡＮＧ ｎ ， Ｓ ｉ ａ Ｇａ ｇＪ ｈ－ ｏ ｙ
3D max 简介
3D Studio MAX 简介3D Studio MAX是Kinetix公司推出的一套强大的三维建模软件,由于它是基于Win NT 或Win98平台的，方便易学，又因其相对低廉的价格优势,所以成为目前个人PC上最为流行的三维建模软件。
其3.0版本的推出，更是巩固了它在个人PC平台上的地位。
它的3.0版本相较以前的版本有了明显的改进,具体表现在以下几个方面:⑴工作流模式使得工作组的协调更容易，效率更高。
3D Studio MAX R3引入了工作流模式，在具体的实现上从外部参考体系（XRef）、示意视图（Schematic View）的引入以及现在3D MAX 可以使用其他程序从外部加以控制，而不必激活它的工作界面。
⑵易用性的改进。
操作界面的改进是Release 3.0版本的最显著的变化，除了外观的变化之外，R3.0版本还增加了诸如用户自定义界面、宏记录、插件代码、变换Gizmo、轨迹条等功能。
⑶渲染的改进。
Autodesk公司在收购了以渲染和视频技术闻名的Discreet Logic公司，吸收了该公司的先进技术，3D MAX R3 对其渲染器几乎做了重新设计，不仅增加了渲染的速度，而且提高了画面渲染的质量。
⑷建模技术的增强。
建模技术的增强是3D Studio MAX最重要、最突出的改进，这也是在虚拟现实系统构建中应用它的一个有力的原因。
主要的改进包括：①细分曲面技术(Subdivision Surface) 。
3DS MAX 包含了细分曲面技术，细分曲面技术是1998年以来业界最流行的建模技术，大有赶超NURBS技术之势，它可以使模型建立更容易，而且效果更好。
②柔性选择。
此项技术可以“部分地”选择顶点，从而在变换顶点时获得光滑、柔和的效果,这对建立复杂物体的模型时非常有用。
③曲面工具和改进的NURBS技术。
使用曲面工具可以产生很复杂的“面片”模型，这亦是一种重要的建模方法，Release 3.0版本中的NURBS技术不但速度加快，而且增加了一系列方便、易用的功能。
实景合成原理及应用实例
实景合成原理及应用实例实景合成(Image-based Rendering) 是指根据已有的场景图像或模型信息，通过计算机算法生成新的合成图像的过程。
实景合成技术在计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等领域得到广泛应用。
实景合成的原理主要分为两种方法：基于图像的实景合成和基于模型的实景合成。
1. 基于图像的实景合成：基于图像的实景合成是在已有的一组图片上进行合成。
这种方法利用图像的纹理和颜色信息，通过对图像进行几何和光照的变换，生成新的合成图像。
常用的方法包括纹理映射(Texure Mapping)和视图插值(View Interpolation)。
- 纹理映射：纹理映射是将一个图片的纹理映射到另一个几何模型上的过程。
通过将源图像中的纹理信息根据新的几何模型进行变换，可以生成一个新的合成图像。
纹理映射广泛应用于计算机游戏、虚拟现实、电影特效等领域。
- 视图插值：视图插值是在已知的多个角度或视角的图像上生成新的视角图像。
通过计算不同视角图像之间的差异，再根据新的视角位置生成中间视角的图像。
视图插值在视频压缩、视频合成等领域中得到广泛应用。
2. 基于模型的实景合成：基于模型的实景合成是在已有的三维模型或场景信息的基础上进行合成。
这种方法利用已知的几何、光照和材质等信息，通过渲染算法生成新的合成图像。
常用的方法包括光线追踪(Ray Tracing)和辐射传输方程(Radiosity)。
- 光线追踪：光线追踪是一种模拟光线在场景中的传播和反射的算法。
通过追踪反射、折射和阴影等现象，计算光线最终到达像素的颜色和亮度。
光线追踪可以生成高质量的合成图像，但计算复杂度较高，常用于电影特效和产品设计等领域。
- 辐射传输方程：辐射传输方程是描述光在物体表面上的传播和散射的方程。
通过求解辐射传输方程，可以计算物体表面上每个点的颜色和亮度。
辐射传输方程常用于室内场景的光照计算和逼真的渲染。
实景合成技术在多个领域都有广泛应用。
基于NURBS曲面和BTF的真实感图形绘制
２０ ０７年第 ５期 安 徽 电子信 息 职业 技 术 学 院学 报 Ｎ ． ２ ０ ｏ ０ ７ ５ 第 ６ 总第 ２ ＪＲＬ Ｈ Ａ Ｎ Ｌ Ｅ Ｃ Ｏ Ｓ Ｉ Ｒ Ｔ Ｈ ＬＹ ｅ ｅ ｌ ｏ ２Ｖ １ 卷（ 期） Ｏ ＮＯ Ｎ ＩＣＩＡ ＯＥ Ｅ ＴＮ ＆ ＦＭＩ Ｔ ＮＯ Ｇ ｎｒ ． ｏ ６ ＵＡ Ｆ Ｕ ＯＴ Ｌ Ｌ Ｏ Ｌ Ｒ Ｉ Ｎ Ａ Ｎ Ｃ ＯＧ Ａ Ｖ Ｏ Ｃ Ｇ ＦＥ Ｃ Ｏ Ｏ Ｅ ａＮ ３ ．
给 定 １ ｘ 个 控 制 点 ， 阶Ｎ ＲＢ 曲 面 可 以 由下 式定 １６ ３ Ｕ Ｓ
义：
控制 点数 分别 为 １、。在ｕ 两个方 向上 的节点 矢量 大 １６ 和ｖ 致 都采用 均匀 的 矢量 ，但 是有 一小部 分 节 点与其 他 的节 点不是等 距 的。节点数 分别 是１＋ ＋＝ ５ ＋ ＋ ＝０ 下 １３ １１和６ ３ １１ ， 面就可 以运 用ｖ ＋ 编写 程序 ， Ｃ＋ 进行 橘子表 面建模 了。
Ｎ．； ｖ 可 以用 类似 的方法来确 定 。 （）
根据Ｎ Ｒ Ｓ Ｕ Ｂ 曲面的基本 原理 ，基于Ｏ ｅＧ 算 法的橘 ｐｎ Ｌ
子表面造型可以分如下几步完成：先参照橘子图象的轮
廓 ， 其侧 边选取 ６ 方 向控制 点 ， 描绘 橘 子 的侧 面轮 在 个ｖ 来 廓； 然后 将 此侧 边 绕ｖ 轴旋 转 一周 ， 间 隔取８ 等 组控 制 点 。
３纹理 映射 ．
纹理 映射合 成方 法都 可 以处 理表 面的细 节 。 由于 橘 子表 面纹 理 的粗糙度 小 ，选用 纹理 映射 方法 来进 行橘 子 表 面 的几何 纹理 的绘制 。 样做 主 要依据 以下几 点考虑 ： 这 １与合成 方法 相 比， ） 时间和 空间开 销都 比较 节省 ， 尤其 对 于包 含有 多少 个橘 子 的场 景 ， 射方 法具有 明显 的优 势 ； 映 ２ 对于 橘 子表 面这 样 的粗 糙度 小 的 纹理 ， ） 映射 方 法 的效 果与合成方法的效果相差不大；）映射方法虽然在绘制 ３ 质 量上 略有 降低 ， 得 图形 稍显模 糊 ， 使 但是 其绘 制 质量 能
基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真
基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真虚拟现实（Virtual Reality, VR）是一种利用计算机技术创造出的全新交互体验方式。
通过模拟现实世界的感官输入和输出，虚拟现实可以让用户身临其境地感受到一个通过计算机生成的虚拟环境。
在虚拟现实技术中，虚拟场景的建模与仿真是至关重要的一环，而图像处理技术在其中发挥着重要的作用。
基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真技术是一种利用计算机图像处理和计算机视觉技术，将真实世界中的场景转换成可供虚拟现实系统重现的虚拟环境。
该技术利用计算机对图像进行分析、处理和合成，以及三维几何建模技术，使虚拟现实系统能够生成高度逼真的虚拟现实场景。
在基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真中，首先需要获取真实世界的图像数据。
利用摄像机设备或者激光扫描仪可以获取真实场景的三维结构和颜色信息。
接下来，利用图像处理技术对这些图像数据进行分析和处理，提取出场景的几何形状、表面材质和纹理等特征。
同时，由于摄像机或激光扫描仪获取的数据可能存在噪声和失真，图像处理技术也可以用来对数据进行滤波和校正，提高场景的准确度和真实感。
在场景的建模中，需要利用图像处理技术将真实场景的数据转换为计算机可识别和处理的形式。
一种常见的方法是三维重建，即根据摄像机或激光扫描仪获取的图像数据，通过三维重建算法生成场景的三维几何模型。
该算法利用图像处理技术对图像进行立体视觉分析，恢复场景中物体的三维位置和形状，并进行点云数据的重建。
另外，对于需要精确表达物体外观的场景，还可以利用纹理映射技术将真实场景的颜色信息贴到模型表面，从而增强场景的真实感。
在虚拟现实场景的仿真过程中，图像处理技术被广泛应用于图像生成、纹理合成和光照模拟等方面，以实现对虚拟现实场景特性的准确仿真。
通过图像处理技术，可以生成逼真的虚拟图像，包括物体的外观、纹理和颜色等。
纹理合成技术可以根据真实场景的纹理信息，自动生成逼真的纹理图像，并将其应用于虚拟场景中的物体表面。
虚拟现实技术考试题和答案解析
虚拟现实技术试题（一）1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。
2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。
3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion( 沉浸) Interaction( 交互) Imagination( 想象)4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备多传感器组力反馈装置5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。
常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。
6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式桌面式增强式分布式。
7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。
三维位置跟踪器8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备数据手套三维鼠标.9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch) 、转动角(yaw) 和偏转角（roll ）, 我们称为 6 自由度（6DOF）。
10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器惯性跟踪器光学跟踪器。
11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。
该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。
12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。
要实现立体的显示。
现已有多种方法与手段进行实现。
主要有互补色偏振光时分式光栅式真三维显示.12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。
13、HMD（Head_Mounted_Display ）, 头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment ）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站投影设备跟踪系统声音系统。
SolidWorks视觉效果的实时渲染和真实感模拟技术
SolidWorks视觉效果的实时渲染和真实感模拟技术SolidWorks 是一款广泛应用于机械设计和工程领域的三维建模软件。
随着科技的发展，用户对于渲染效果和模拟真实感的需求不断增加。
为了满足这一需求，SolidWorks 通过引入实时渲染和真实感模拟技术，为用户提供更加逼真的视觉效果和模拟体验。
实时渲染技术是指能够在设计过程中动态地对模型的材质、光照和阴影进行实时计算和渲染的技术。
这样，设计师在建模过程中就能够立即看到渲染后的效果，无需等待长时间的渲染过程。
SolidWorks 引入了实时渲染技术，大大提高了用户的工作效率。
通过简单的操作，设计师就能够实时改变模型的材质和光照设置，并立即看到修改后的效果。
这不仅有助于提高设计准确性，还能够加快产品开发的速度。
除了实时渲染技术，SolidWorks 还引入了真实感模拟技术，以提供更加逼真的物理效果模拟和仿真体验。
例如，在机械装配设计中，设计师可以使用SolidWorks 的运动仿真功能来模拟装配件之间的运动。
通过设置零件之间的接触、约束和动力学参数，设计师能够模拟出装配过程中的摩擦、碰撞、变形等物理效果，从而更好地分析装配的可靠性和性能。
这种模拟技术不仅能够在设计过程中帮助设计师预测装配问题和优化设计方案，还能够降低实际装配阶段出现问题和改动设计的成本和风险。
在动画制作方面，SolidWorks 也提供了丰富的功能和工具。
用户可以使用SolidWorks MotionManager 来创建和编辑动画效果。
通过定义运动路径、设置关键帧和调整速度等参数，用户可以轻松制作出具有吸引力的动画效果。
而在渲染方面，SolidWorks 内置了 PhotoView 360 渲染引擎，用户能够通过高质量的渲染来展现产品的外观和材质。
此外，SolidWorks 还支持虚拟现实（VR）技术的应用。
设计师可以将SolidWorks 模型导出到虚拟现实设备中，在虚拟环境中沉浸式地观察和体验设计。
真实感与非真实感显示技术综述
计算机图形学课程设计题目名称：真实感与非真实感显示技术综述班级：学号：学生姓名：真实感与非真实感显示技术综述摘要在基于非真实感绘制的实时场景渲染过程中，为了达到更逼真的效果，三维物体在光照作用下产生的阴影需要被实时绘制并能够体现设计者的风格。
本文利用现代可编程图形显示硬件技术，真实感与非真实感显示技术的意义以及常用真实感图形的绘制算法，提出了一种基于阴影线算法的阴影绘制方法，与采用传统的阴影图方法绘制阴影的效果相比较，该方法具有更好的艺术效果。
在本系统中, 我们主要采用了两种消隐方法, 它们是背面删除及Z 缓冲区深度排序法。
背面删除法用于单个实体的消隐, 而Z 缓冲区深度排序则用于整个3D 布景的隐藏面的删除。
通过这两种类型的隐藏面的消隐方法, 我们就可以生成一个真实的3D 图形。
关键词：非真实感绘制阴影图阴影线消隐方法背面删除法 Z 缓冲区深度排序法一真实感图形绘制研究的重要意义绘制技术是计算机图形学的一个重要分支，它研究的是如何将几何定义的模型变成可视的图象。
真实感图形绘制技术是图形学绘制技术发展的结果，它的目标是根据几何场景的造型、材质和光源分布，将其转变成跟真实场景在视觉效果上非常相似的图象，使观察者有身临其境的感觉。
在近三十年的时间里，随着硬件技术和计算机图形学的高速发展，真实感图形绘制技术取得了举世嘱目的成就，并且已广泛应用于CAD／CAM、计算机动画、虚拟现实、科学计算可视化等众多领域，为社会的发展与进步做出了重大贡献。
几十年来，CAD／CAM 技术的飞速发展，对许多行业的设计和生产过程产生了巨大影响，使其自动化程度达到了前所未有的高度。
在机械设计方面，传统的产品设计通常需制作实物模型来检查设计效果，尤其是那些对外形美感要求较高的产品，一般要先按图纸制作样品，再根据样品反映的问题进行多次修改，耗费大量人力、物力和时间。
若采用真实感图形显示技术，则可方便地在屏幕上显示产品在各种视角下的逼真图形，并且可直接在计算机上对设计参数进行交互修改和绘制，直到满意为止。
VR专业名词解释大全
VR专业名词解释大全这年头吹牛的时候不得整点专业的词唬人啊！专业术语一出口，立马什么都得有！笔者整理了VR相关专业术语，赶紧收藏，吹牛用！【1】微透镜阵列显示技术：通过对微透镜阵列结构进行深入研究,揭示了微透镜阵列对微图形的放大原理.并在此基础上,找到了微透镜阵列结构参数、微图形结构参数与微图形阵列移动速度、移动方向以及放大倍率之间的关系,利用微透镜阵列实现了对微图形放大、动态、立体的显示。
【2】近眼光场显示器：由NVIDIA研发的新型头戴显示设备名为“近眼光场显示器”(Near-EyeLightFieldDisplays)，其内部使用了一些索尼3D头戴OLED 显示器HMZ-T1的组件，外围结构部分则是使用3D打印技术进行制造。
近眼光场显示器采用焦距为3.3mm的微镜头阵列来取代以往同类产品中所使用的光学透镜组，这样的设计成功将整个显示模块的厚度由40mm减少到了10mm，更加便于佩戴。
同时配合使用NVIDIA最新的GPU芯片进行实时光源光线追踪运算，将影像分解成为数十组不同的视角阵列，然后再通过微透镜阵列重新将画面还原显示在用户的眼前，从而使观赏者能够如同身处真实世界中一样，通过眼睛来从不同角度自然观察立体影像。
由于近眼光场显示器能够通过微透镜阵列重新还原画面中环境，因此只需要在GPU的运算过程中加入视力矫正参数，便可以抵消近视或远视等视力缺陷对观看效果的影响，这意味着“眼镜族”们也可以在裸眼状态下利用这款产品享受到真实清晰的3D画面。
【3】视场角：在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。
视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。
通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。
在显示系统中，视场角就是显示器边缘与观察点（眼睛）连线的夹角。
【4】裸眼3D：裸眼3D，就是利用人两眼具有视差的特性，在不需要任何辅助设备（如3D眼镜、头盔等）的情况下，即可获得具有空间、深度的逼真立体影像。
虚拟现实技术考精彩试题及问题详解
虚拟现实技术试题（一）1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。
2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。
3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion(沉浸) Interaction(交互) Imagination(想象)4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备\多传感器组\力反馈装置5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。
常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。
6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式\桌面式\增强式\分布式。
7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。
三维位置跟踪器8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备\数据手套\三维鼠标.9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch)、转动角(yaw)和偏转角（roll）,我们称为6自由度（6DOF）。
10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器\电磁跟踪器\超声波跟踪器\惯性跟踪器\光学跟踪器。
11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。
该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。
12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。
要实现立体的显示。
现已有多种方法与手段进行实现。
主要有互补色\偏振光\时分式\光栅式\真三维显示 .12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。
13、HMD（Head_Mounted_Display）,头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站\投影设备\跟踪系统\声音系统。
基于图像的绘制技术
文章 编 号 ：０ ６— ３ ８ ２ １ ） ６— ２ ９一 ４ １０ ９ ４ （０ ０ ０ ０ ７ ｏ
计
算
机
仿
真
２１年６ ００ 月
基 于 图像 的 绘 制 技 术
张志 刚
（ 安 财经 学 院 ， 西 西安 ７０ ６ ） 西 陕 １０ １
摘要： 虚拟现实等技术的发展使得传统的基于几何建模和绘制 的方法难 以满足 实时性的要求 ， 为实现真实感场景绘 制的 作
脱离了对象的 ３ Ｄ结构 ， 所以绘制的效果与场景复杂度 Nhomakorabea无关 ，
１ 引言
真实感 图形 的绘 制一 直是计 算机 图形学所 追求 的 目标 之一。现在借助 于各种几何建模方法 ， 通过建 立整体光照模 型， 采用 光线跟踪 ， 辐射度 ， 理映射等 方法 ， 纹 在一定程 度上 能绘制出接近真实感 的 图形 ， 对 于更复杂 的场 景 ， 统 的 但 传 绘制方法则存在着很大的局限性 ； 随着 虚拟现实 等技 术的 且 发展 ， 们对绘制的速度 和交互 能力又 提 出了更 高的要 求 ， 人
关键词 ： 基于图像 的绘制 ； 计算机图形学 ； 图像 变形
中 图分 类 号 ：Ｐ ９ Ｔ３ １ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＩ ａ ｅ Ｂａ ｅ ｎｄ ｒ ｎ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏ ｍ ｇ ｓ ｄ Ｒｅ ｅ ｉ ｇ
ＺＨＡＮＧ ｉ—ｇ ｎ Ｚｈ － ａ ｇ
（ ｅ ｔ ｆ ｎ ｒ ａｉ ， ｉｎＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｆｎｎ ｅａｄＥ ｏｏ ｉｓ Ｘ ＇ ｈ ｎｉ １０ １ Ｃ ｉ ） Ｄ ｐ ｆ ｍ ｔ ｎ Ｘ’ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｉａｃ ｎ ｃｎｍｃ ， ｉ Ｓ ａｘ ７０ ６ ， ｈｎ ｏＩ ｏ ｏ ａ ｅ ｉ ｎ ａ ａ
虚拟现实技术考试地的题目及详解
虚拟现实技术考试地的题目及详解实用标准文案虚拟现实技术试题（一）1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。
2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。
3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion(沉浸) Interaction(交互) Imagination(想象)4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备\多传感器组\力反馈装置5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。
常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。
6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式\桌面式\增强式\分布式。
7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。
三维位置跟踪器8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备\数据手套\三维鼠标.9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch)、转动角(yaw)和偏转角（roll）,我们称为6自由度（6DOF）。
10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器\电磁跟踪器\超声波跟踪器\惯性跟踪器\光学跟踪器。
11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。
该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。
12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。
要实现立体的显示。
现已有多种方法与手段进行实现。
主要有互补色\偏振光\时分式\光栅式\真三维显示 .12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。
13、HMD（Head_Mounted_Display）,头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站\投影设备\跟踪系统\声音系统。
计算机图形学中的实时渲染技术
计算机图形学中的实时渲染技术随着计算机硬件的不断更新，计算机图形学技术也在不断进步。
实时渲染技术作为计算机图形学领域的重要一环，对于游戏、多媒体等产业的发展具有至关重要的作用。
本文将对计算机图形学中的实时渲染技术进行详细的介绍和探讨。
一、实时渲染技术的基础1.1 渲染管线计算机图形学中的渲染是指将场景中的三维物体，通过渲染管线的一系列处理步骤，最终在屏幕上呈现出来的过程。
渲染管线是将三维图形转化为二维图形的一条重要通道。
渲染管线包括顶点处理、图元装配、光栅化等阶段，其中不同的阶段处理不同的信息，通过组合不同的处理步骤，最终得到渲染结果。
通过深入了解渲染管线的原理和技术，能够更好地掌握实时渲染技术的基础，并进一步将其应用到实际项目中。
1.2 着色模型计算机图形学中的着色模型包括基本的颜色模型和光照模型。
其中，颜色模型涉及到颜色的表达方式，而光照模型则涉及到如何计算物体表面的光照效果。
常用的颜色模型包括RGB、HSV等，常用的光照模型包括环境光照、漫反射光照、高光反射光照等。
二、实时渲染技术的发展历程2.1 固定管线渲染技术20世纪90年代初期，固定管线渲染技术（fixed-function pipeline）被广泛应用于计算机图形学中。
固定管线渲染技术是指通过在GPU中硬编码一个固定的渲染管线，实现基本的渲染功能。
该技术虽然简单易用，但灵活性较差，限制了渲染效果的进一步提升。
2.2 可编程管线渲染技术2002年，NVIDIA公司发布了第一款支持可编程管线的显卡——GeForce 3。
可编程管线渲染技术的出现，使得渲染管线的各个阶段可以自由配置，拥有更大的灵活性。
同时，可编程管线还支持自定义着色器程序，用户可以自由编写着色器代码，实现更多样化的渲染效果。
2.3 基于物理学的渲染技术基于物理学的渲染技术（physically-based rendering，PBR）是一种更加真实的渲染方法。
该方法使用更加精确的光学物理模型，考虑真实世界中光线的传播和反射规律，推导出更加符合真实世界的渲染效果。
3D计算机图形学中的实时渲染技术分析与比较
3D计算机图形学中的实时渲染技术分析与比较实时渲染技术是3D计算机图形学中的重要领域，它的主要目标是以实时性能生成逼真的图像。
实时渲染技术广泛应用于电子游戏、虚拟现实、计算机辅助设计等领域。
在本文中，我们将对当前主流的实时渲染技术进行分析与比较。
1. 光栅化渲染技术光栅化渲染技术是目前应用最广泛的实时渲染技术之一。
它的核心思想是将3D场景中的几何模型转换为像素点集合，然后使用光照模型对每个像素进行渲染。
光栅化渲染技术具有高效性能和广泛的硬件支持，可以在实时环境下生成逼真的图像。
然而，它也存在着一些限制，例如对几何模型的建模需求较高，对真实光照的模拟能力较弱。
2. 基于物理模型的渲染技术基于物理模型的渲染技术是近年来兴起的一种实时渲染方法。
它通过模拟光的传播、反射和折射等物理现象来实现真实的渲染效果。
基于物理模型的渲染技术能够提供高质量的光照效果，使得渲染结果更加逼真。
然而，由于复杂的计算需求和物理模型的复杂性，基于物理模型的渲染技术在实时性能方面存在一定的挑战。
3. 实时阴影技术实时阴影技术是实时渲染中的一个重要问题。
阴影是实现真实感渲染的关键，因为它能够增强图像的深度感和立体感。
当前主流的实时阴影技术包括阴影贴图、投影纹理、体积阴影、屏幕空间阴影等。
这些技术在提高渲染效果的同时，也要在算法复杂度和计算开销之间做出平衡。
4. 屏幕空间技术屏幕空间技术是一类针对图像空间的渲染算法。
它利用屏幕空间的信息对几何模型进行逐像素处理，从而实现一些特殊的效果，例如全屏抗锯齿、屏幕空间反射、屏幕空间环境光遮蔽等。
屏幕空间技术通常能够在不增加渲染时间的情况下提高图像质量，这使得它成为实时渲染领域中重要的技术之一。
综上所述，实时渲染技术在3D计算机图形学中扮演着重要的角色。
不同的实时渲染技术具有各自的优势和特点，选择合适的技术取决于具体应用的需求和目标。
随着计算机硬件和算法的不断进步，实时渲染技术必将迎来更加令人期待的发展。
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Schrocde 等人提出的三角网格简化算法通过引入 一些局部判别准则来删除顶点或边，他们的局部判 别准则主要基于相邻面片和边界内部顶点v ，记其周围相邻面片集为S , 则 该点的平坦性标准由下述的距离来描述： d ＝|N· （v 一C )|
其中N为向量
的单位向量。
· 总之，层次细节简化技术的研究主要集中在： 建立不同层次细节的模型。对任意给定的复杂多边 形网格M ，由精细至粗糙建立一模型序列： M0,M1…Mn ，其中M0=Mn 。 建立相邻层次的多边形网格Mi,Mi+1(0<i<n)之间 ：Mi Mi+1 的几何形状过渡：
· 从网格的几何及拓扑特性出发，存在着三种不同基 本化简操作，它们分别是： -顶点删除操作【 SCHR92 ] ，删除网格中的一个 项点，然后对它的相邻三角形形成的空洞作三角剖 分，以保持网格的拓扑一致性； 点删除
· 层次细节简化技术就是在不影响画面视觉效果的条 件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的 几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。该技术通 常对一个原始多面体模型建立几个不同逼近程度的 几何模型。与原模型相比，每个模型均保留一定层 次的细节，当从近处观察物体时，我们采用精细的 模型，而当从远处观察物体时，则采用较粗糙的模 型。 · 当视点连续变化时，在两个不同层次的模型之间 就存在一个明显的跳跃，有必要在相邻层次的模型 之间形成光滑的视觉过渡，即：几何形状过渡 《 geomorphs ）。
· 尽管现在的计算机硬件水平有了很大的提高，而且 对于这些真实感图形学算法的研究也有了很大的发 展，但是，满足某些需要实时图形显示的任务要求。 例如 一动态模拟 一实时交互的科学计算可视化 一虚拟现实系统
· 实时真实感图像学技术是在当前图形算法和硬件 条件的限制下提出的在一定的时间内完成真实感图 形图像绘制的技术。一般来说，它是通过损失一定 的图形质量来达到实时绘制真实感图像的目的。就 目前的技术而言，主要是通过降低显示三维场景模 型的复杂度来实现，这种技术被称为层次细节显示 和简化技术。
- 边压缩操作［H0PP93,96] ，把网格上的一条边 压缩为一个顶点，与该边相邻的两个三角形的退化 （面积为零），而它的两个项点融合为一个新的顶 点； 边删除
- 面片收缩操作［GIEN97 ] ，把网格上的一个面片 收缩为一个项点，该三角形本身和与其相邻的三个 三角形都退化，而它的三个顶点收缩为一个新的项 点。 面删除
这里，A（f），c（f），n（f）分别为三角面片的面 积、中心和法向量。
对边界顶点v ，记与它相邻的两个边界顶点为 V1、V2 则其平坦性标准定义为v 与v1与V2 连 线的距离。 SchroederW , ZargeJ 人and Lorensen WE , Decimation of triangle meshes , Computer Graph ics , 1992 , 26一2，65 一70 .
假设景物表面己离散为一系列三角形，顶点删除 算法首先从原始模型的顶点集中删除一些不重要的 顶点，同时从其面片集中删除与这些顶点相连的所 有面片。经上述操作后在原景物表面上留下了一些 空洞，算法然后对这些空洞进行局部三角剖分。由 于局部三角剖分产生的三角形数目少于删除掉的三 角片数目，因而新模型的．几何复杂性比原模型低。
•
层次细节简化的必要性 当场景中许多面片在屏幕上的投影小于一个象素， 我们可以合并这些可见面而不损失画面的视觉效果。 层次细节简化（LO D：Leve1 of Detais）技术就 是顺应这一潮流而发展起来的一种快速显示技术。 层次细节技术最初是为简化采样密集的多面体网格 物体．而设计的一种算法．这些复杂的多面体网格 往往通过激光扫描测距系统扫描真实三维物体而得 到．为真实反映原物体的表面变化．扫描过程中所 采取的采样点非常稠密．这为三维场景的存储／传 输／及绘制带来极大的困难．为此人们开始研究复 杂多面体网格的简化。
· 在最近的几年中，又出现了一种全新思想的真实感 图像生成技术一基于图像的绘制技术( Image Based Rondoring ) ，它利用已有的图像来生成不 同视点下的场景真实感图像，生成图像的速度和质 量都是以前的技术所不能比拟的，具有很高的应用 前景。
· 在虚拟环境中，若采用单个计算机来生成左右眼立 体显示画面，且生成左右眼画面的时间大致相等， 则每幅画面的绘制时间应少于1 / 48 秒。由于虚拟 环境中所涉及的场景常包含数十万甚至上百万个多 边形，而且场景模型还日趋复杂，用场景简化技术 来就加速真实感画面生成就成了近年来图形学的一 个热门话题。
属于同一类的顶点被合并为一代表点，而这些代表 顶点为原多面体所示景物的重新采样。基于原多面 体的拓扑结构价日这些采样点可重新产生一个多面 体。所得到的多面体即为保持一定层次细节的模型。 原多面体的包围盒剖分生成的子空间越小，所得到 的层次模型就越逼近于原多面体。 方法的主要缺点是顶点的合并导致了一些重要高频 细节的丢失。
介绍两种真实感图形实时绘制的技术 场景简化技术; 基于图像的图形绘制技术。
· 在真实感图形学中，我们用数学模型来表示真实世 界中的物理模型，可以很好的模拟出现实世界中的 复杂场景，所生成的真实感图像可以给人以高度逼 真的感觉。 · 但是，用这些模型生成一幅真实感图像都需要较长 的时间，尤其对于比较复杂的场景，绘制的时间甚 至可以达到数个小时。
1993 年，Rossignac和Ｂorrel 提出一个实用的、 能实时建立LOＤ模型的多面体简化算法。 给定一个多面体M ，记K 为其拓扑，假设M 已三角 化。算法首先建立M 的长方体包围盒，并将该包围 盒所包围的空间均匀剖分成一系列的小长方体子空 间，然后采用各长方体子空间对景物顶点进行聚类 合并，位于同一长方体空间的顶点被归干同一类 （cluster ）。