辽宁工程技术大学测绘学院虚拟现实技术复习资料1

一发展虚拟现实技术的目的是什么？它的实时三维空间表现能力、自然交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，不但为人机交互技术开创了新的研究领域，为智能工程的应用提供了新的界面工具，为各类工程大规模的数据可视化提供了新的描述方法，同时还为人们探索宏观世界和微观世界的运动变化规律提供了极大的便利。

何谓自然交互和实时交互？自然交互：在计算机系统提供的虚拟空间中，人可以使用眼睛，耳朵，手势和语言等各种感觉器官直接与之发生交互。

实时交互：立刻得到反馈的交互。

试述典型的虚拟现实系统的工作原理。

用户首先激活头盔、手套、话筒等输入设备，为计算机提供输入信号，VR软件接收到又跟踪器和传感器送来的输入信号后加以处理，然后对虚拟环境数据库做必要的更新，调整当前的虚拟环境场景，并将这一新视点下的三维视觉图像以及其他（如声音、触觉、力反馈等）信息立即传送给相应的输出设备（头盔显示器、耳机、数据手套等），以便用户及时获得多种感官上的虚拟效果。

试举例说明虚拟现实技术3大基本特征的含义。

1、交互性：VR的交互性是指用户对虚拟环境中对象的可操作程度和从虚拟环境中得到反馈的自然程度。

当用户用手套去抓虚拟环境中的物体时，会有握着东西的感觉。

2、沉浸感：VR的沉浸感又称临场感，是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。

用户在操纵虚拟物体时能感受到虚拟物体的反作用力。

3、想象力：VR的想象力是指用户在虚拟世界中根据所获得的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化而对其未来进展进行想象的能力。

载人航天、医疗手术的模拟与训练等。

试述在各类专业培训中引入虚拟现实技术的优势和必要性。

教育与训练：使学习者能直接自然地与虚拟对象进行交互，以各种形式参与事件的发展变化过程，并获得最大的控制和操作整个环境的自由度。

设计与规划：虚拟现实已被看成算是设计领域中唯一的开发工具。

它可以避免传统方式在原型制造、设计和生产过程中的重复工作，有效地降低成本；在生产之处就显示出完成后的实际效果。

科学计算可视化：能将大量字母、数字数据转换成比原始数据更容易理解的各种图像，并允许参与者借助各种虚拟现实输入设备检测这些“可见的”数据。

商业领域：应用与网上销售、客户服务、电传会议及虚拟购物中心等商业领域，使用户在购买前线看到产品的外貌与内在，甚至在虚拟世界中使用它。

艺术与娱乐：VR所具有的身临其境及实时交互性使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术；在娱乐方面，游戏者可享受强烈的感官刺激。

试述虚拟现实技术与传统的三维动画、仿真、遥感与遥作以及多媒体图形图像技术之间的联系与区别。

联系：都会产生三维效果来模拟现实。

区别：强调人的重要性，即人的感受是最重要的，这就是虚拟现实技术的“交互性”和“沉浸感”。

二跟踪系统的功能是什么？能即使准确地获取人的动作信息，检测有关对象的位置和朝向，将信息报告给VR系统。

VR系统中常用的立体显示设备有哪几种？他们在应用中分别存在那些侧重点和差异？1.固定式立体显示设备，固定式立体显示设备通常会被安装在某一位置，不具有可移动性或不必要移动。

台式VR显示设备，投影式VR显示设备，三维显示设备头盔显示器，头盔显示器虽然价格昂贵，但却具有较好的沉浸感，而且用户的走动自由。

当然，它也存在着诸如约束感较强、LCD的分辨率偏低及失真较大等问题。

手持式立体显示设备，手持式VR立体显示器屏幕很小，它利用某种跟踪定位器和图像传输技术实现立体图像的显示和交互作用，可以将额外的数据增加到真实世界的视图中，用户可以选择观看这些信息，也可以忽略他们而直接观察真实世界，一般适用于增强式VR系统中。

头盔显示器中的光学透镜部件具有哪些主要功能？一是提供舒适的焦点，防止和缓解人眼长时间、近距离聚焦产生的疲劳现象；二是放大屏幕图像，使之尽可能地充满人的视野。

4、6DOF的含义？跟踪定位技术通常使用六自由度来表征跟踪对象在三维空间中的位置和朝向。

这6种不同的运动方向包括沿x，y，z坐标轴的平移和沿x，y，z轴的旋转。

常用的跟踪定位技术主要有电磁波、超声波、机械、光学、惯性和图像提取等几种方法。

5、试述充气式与振动式这两种接触反馈手套在功能和结构上的异同点。

振动式接触器反馈手套使用的换能器几乎可以立刻对一个控制信号做出反应，这使得它们很适合于产生不连续、快速的感觉。

气囊产生的接触反馈比状态记忆合金要慢些、强些，更适合表现一些缓慢、柔和的力。

力反馈设备的特点是什么？适合应用在哪些工作中？有助于增强虚拟交互的逼真性。

2.安装简单、使用轻便灵巧，并且不会因自身重量等问题而让用户在使用中产生疲倦甚至疼痛的感觉。

3.是一种可编程的、具有触觉及力反馈功能的装置，对于三维虚拟模型或数据具有定位功能。

适用于完成精细操作数据衣原理，并分析哪些技术性能继续改进。

原理：它将大量的光纤、电极等传感器安装在一个紧身服上，可以根据需要检测出人的四肢、腰部的活动以及各关节的弯曲角度，然后用计算机重建出图像。

改进：如何适应不同用户的形体差异、如何协调大量传感器的实时同步性能等。

根据三种显示设备的工作原理，为其分别设计一个实际应用方向，并各举一例。

固定式：艺术馆、博览会头盔显示器：用户是主动的手持式：三1、虚拟现实的建模软件有哪些？各有什么应用特点？1.3dMAX，它集三维建模、材质制作、灯光设定、摄像机使用、动画设置及渲染输出与一身，提供了三维动画及静态效果图全面完整的解决方案。

与同类软件相比，3dMAX以其强大的建模功能、简洁高效的制作流程以及丰富的插件等优势，一直是虚拟现实系统在三维建模时的首选工具。

Maya，可制作引人入胜的数字图像、逼真的动画和非凡的视觉特效。

相对与3dMAX，它在电影、大型游戏、数字出版、广播电视节目制作等方面更胜一筹。

Creator，它拥有多边形家建模、矢量建模和大面积地形精确生成等功能，不仅能够创建三维地形和模型，而且可以高效、最优化地生成实时三位数据库。

影响实时动态显示技术的决定性因素有哪些？生成虚拟环境的视图时，必须要设计出好的数据空间和视频图像，使计算机系统尽快运行，每秒生成足够数量的新帧，从而保证系统刷新频率不低于20~30帧/秒。

等待时间，它指用户动作的开始与在显示器上出现对这一动作的响应反馈之间的时长。

除了与图像帧速有关外，等待时间还要在计入跟踪定位系统的过度时间以及应用程序的运行时间。

三维虚拟声音应该具有哪些主要特征？全向三维定位特点：在三维虚拟环境中把实际声音信号定位到特定虚拟声源的能力。

三维实时跟踪特性：在三维虚拟环境总实时跟踪虚拟声源位置变化或虚拟影像变化的能力。

HRTF的含义和功能是什么？头部相关传递函数，HRTF可看做是声源在人体周围位置与人体特征的函数。

当获得的HRTF 能够准确描述某个人的听觉定位过程时，利用它就能够虚拟再现真实的声音场景。

试分析物理仿真技术需要解决的主要问题。

设计引入行为的接口程序，是物理属性和行为与几何数据库联系起来；为满足实时交互效果而需要的较高的计算机的运算能力；用于限制用户和虚拟对象的移动的碰撞检测技术。

VR系统中常用的人机自然交互技术主要有几种？分别适用于哪些工作中？手势识别技术，使用于导航、位置重置以及一些快速但不要求很精确的三维物体操作面部表情识别技术眼动跟踪技术，多被用于军事、阅读以及帮助残疾人进行交互等领域三维全景技术的基本原理利用照相机平移或旋转拍摄所得的图像序列样本，然后将序列样本折叠变换并投影至观察表面并经图像局部对准，最后由相关软件进行图像拼接融合生成可供浏览和交互的三维全景图。

四VRML与HTML有何区别？HTML（超文本标记语言）：用于定义可与更多信息相关联的二维页面的布局和内容；VRML；用于定义可与更多信息相关联的三维世界的布局和内容VRML的技术特点基于internet共享的虚拟世界较低的配置需求真正的动态交互适用于网络现状的技术开放式的标准VRML浏览器的作用接受和解释VRML文件的信息，在虚拟空间中创建3D造型，并提供实时渲染的自动显示，实现浏览VRML虚拟空间。

五试比较物体复制的三种方式之间存在的异同点。

Instance复制方法将使原物体A和复制物体B之间产生双向关联，即以后修改了A或B中任意一个物体的尺寸或对其进行变形时，另外一个物体将自动随之同步修改。

对二维图的编辑可以分为几层，各层的修改功能有何区别？对二维图形的编辑可以分为3个子层：Vertex（节点，指线条的每个转折处）、Segment（线段，指两个相邻节点之间的连线）和Spline（样条，指结合在一起的连续线段）。

修改器堆栈的功能是什么？修改器堆栈中有“+”标志的操作代表它具有子物体编辑层。

对于这些子编辑层的合理应用，将使修改和变形操作产生完全不同的多种变化效果。

选中AutoGrid复选框，将使新建物体建立在当前物体的表面并与之紧密相联。

在Edit Spline功能中，对2D图形的修改可以分为Vertex（节点）、Segment（线段）、Spline （样条）和Object（造型）4个层次。

3Dmax五种放样变型工具。

Scale（变比）：沿放样物体的X轴或Y轴，对截面进行百分比缩放。

Twist（扭曲）：以路径为轴，对截面进行扭曲变形。

Teeter（旋转）：将截面沿放样物体的轴旋转，可改变物体在路径始末端的倾斜度。

Bevel（倒角）：对截面进行缩放，可产生内外倒角。

Fit(拟合)：通过指定顶视图（Fit X）、侧视图（Fit Y）和前视图（Loft）的二维轮廓造型来创建三维物体。