虚拟现实综述_赵沁平
作真时真亦假
作真时真亦假——赵沁平教授谈虚拟现实技术的应用前景问：虚拟现实是近来国内外讨论的热点话题之一。
有人把虚拟现实视为是一种新兴科技，也有人把它视为是一种理念的实现。
您对此怎么看？答：传统的信息处理环境一直是“人适应计算机”，而当今的目标或理念是要逐步使“计算机适应人”，人们要求通过视觉、听觉、触觉、嗅觉，以及形体、手势或口令，参与到信息处理的环境中去，从而取得身临其境的体验。
这种信息处理系统已不再是建立在单维的数字化空间上，而是建立在一个多维的信息空间中。
虚拟现实技术就是支撑这个多维信息空间的关键技术。
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。
VR思想的起源可追溯到1965年Ivan Sutherland在IFIP会议上的《终极的显示》报告，而Virtual Reality一词是80年代初美国VPL公司的创建人之一Jaron Lanier提出来的。
VR系统在若干领域的成功应用，导致了它在90年代的兴起。
虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。
问：如您所述，VR技术带来了人机交互的新概念，带给用户的是强烈的真实感和临场感的体验，那么，这种沉浸式交互环境的实现依托哪些关键技术呢？答：总的来说，实物虚化、虚物实化和高性能的计算处理技术是VR技术的3个主要方面。
实物虚化是现实世界空间向多维信息化空间的一种映射,主要包括基本模型构建、空间跟踪、声音定位、视觉跟踪和视点感应等关键技术，这些技术使得真实感虚拟世界的生成、虚拟环境对用户操作的检测和操作数据的获取成为可能。
计算机图形学虚拟现实文献综述
虚拟现实技术的发展与应用沈翔宇（自动化08009101）目录引言 (3)一、虚拟现实的起源 (3)二、虚拟现实的实现 (4)三、虚拟现实技术的应用 (5)四、虚拟现实技术现状 (6)五、虚拟现实技术的未来发展展望 (8)参考文献 (9)引言虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。
它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。
一、虚拟现实的起源（一）虚拟现实的定义VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。
使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。
该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。
（二）虚拟现实的特点VR技术的每一步发展,都是围绕它的三个特征而前进的。
这三个特征为沉浸特征、交互特征和构想特征。
这三个重要特征用以区别相邻近的技术,如多媒体技术、计算机可视化技术。
沉浸特征,即在VR提供的虚拟世界中,使用户能感觉到是真实的进入了一个客观世界;交互特征,要求用户能用人类熟悉的方式对虚拟环境中的实体进行观察和操纵;构想特征,即“从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识,从而深化概念和萌发新意”(汪成为,1996)。
（三）虚拟现实技术发展的三个阶段VR技术的发展大致可分为三个阶段:20世纪50年代至70年代,是VR技术的准备阶段;80年代初至80年代中期,是VR技术系统化、开始走出实验室进入实际应用的阶段;80年代末至90年代初,是VR技术迅猛发展的阶段。
浅议虚拟现实与教学的融合
３ ９
２８ 第 ｏ 廖 ５ ０ 竽 期（ 第１ 期） ～ ～ ～ ０ ８
中等 职业教育
． ． ． ．
一 ～
教 论 师 坛
好 的学 习情境 。因此 ， 虚拟现实 与教学融合必须从学
思维和逻辑思维 的结 合 、认知和感知并 用的学 习手 察者 ， 还是动作积极参与者 。这种基于 自然方式的交 段 ，对认识 主体 的学习方式 和思 维发展有重要 的影 互 和身 临其境 的学 习环 境能激 发学生 的学 习兴趣 。
响。
一
学生 的各种感觉 （ 视觉 、 听觉 、 动觉 和触觉等 ） 与虚拟
４ 虚拟现实能为不 同地域上 的学 习者提供 协作 ．
虚 拟现实技术与 网络 结合可 以开展形式 突破时 空 的协作教 学活动 。这样知识 ， 从 激发思维 。” 这句 学 习 和交 流 的环 境
实 时或 异时的学 习交 流 ，使处于不 同地理 位置的学
教育部在一系列相 关的文件 中，多次涉及到 了
生的认知心理 出发 ，注 重学生的具体经验 和对情景 虚拟校园 的地位 和作 用 。虚拟校 园是 虚拟现实技术 的理 解 ，使得学习者 的新 旧知识之间 的同化顺 利完 在教育培训 中最早 的具 体应用 ，简单 的虚拟校园环 成， 建构起 自身的认 知结构 ， 促进认知发展 。 ２虚拟现实与建构主义学 习理论 ． 境可供浏 览 ： 通过对 校 园内实体 的坐标储 存 、 定位 、 搜索 、 属性信 息存 取进行数学建模 ， 并通过 三维实景
有 了虚拟现实 技术的支持 ，可 以再现那些实 际 习者在 一个 共 同虚拟 情 景空 间 中进行 交 互 协作 学 存在 ， 因某种原 因难 以实际体 验的场 景 ， ， 但 如 宇宙 习。同时从另一角度来讲 也能促进形成不 同的学习 空 间 、 山爆发等原 因难 以实际体验的情境 ； 以显 网络 和学习群体 ，使 不同的学习者建立学 习的网缘 火 可 示那 些需要在 一定 物质条 件下才 能进行 的教学 ， 如 关 系 ， 有利 于学 习化社 会的构建 和学 习主体协作 、 交 模拟汽车训练 等 ；也可 以创造 出一些 在现实 中还不 流 能力 的培 养 。 存在 的全新环境。在 这些 虚拟 的环境 中， 生能够突 学 破时空 限制 ，再现 实际生活 中无法 观察到 的 自然现 象或事物 的变化过程 ， 获得逼 真的教学感受 ， 学生 自 主学 习的空间变得更广阔。
一种虚拟室内场景调度策略与碰撞处理方法
一种虚拟室内场景调度策略与碰撞处理方法
郝爱民;赵沁平
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2002(038)007
【摘要】文章实现了一种以门区为控制域的复杂虚拟室内场景实时三维漫游的调度策略,给出了一种基于二雏判别图处理虚拟室内环境中碰撞检测与碰撞响应的新方法.
【总页数】4页(P107-109,122)
【作者】郝爱民;赵沁平
【作者单位】北京航空航天大学计算机科学与工程系,北京,100083;北京航空航天大学计算机科学与工程系,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TP392
【相关文献】
1.一种虚拟室内场景对象调度方法 [J], 耿维忠;杨胜强
2.基于虚拟现实技术的复杂场景调度策略的研究与应用 [J], 吴秀芹;刘铁良;黄刚;吴秀英
3.一种采用Hilbert空间排列码的场景数据调度策略 [J], 孙立伟;袁昱纬;周俊芳
4.基于虚拟现实技术的复杂场景调度策略的应用分析 [J], 柯财富
5.虚拟现实技术实现虚拟校园室内场景细节设计 [J], 张蒙;高国琴
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浅谈我对于虚拟现实的理解
浅谈我对于虚拟现实的理解我觉得我一直以来对虚拟现实的理解都很浅薄,通过那一天老师的引导之后,我又去在互联网上查阅了各种资料详细了解了一下什么是虚拟现实，让我终于对宏大的虚拟现实的世界有了一定的了解。
下面我就简单的谈一谈我现在的了解。
我之前感兴趣买过一个暴风墨镜，想了解一下vr，体验一下虚拟现实是一种怎样的感觉。
刚刚开始用的时候感觉特别新奇特别好玩，这个小小的设备给我带来了前所未有的体验，首先画面的代入感就很强，屏幕中的各个东西有了层次感，其次它还会随着我头部的转动而改变视角，仿佛就像真的一样.但是玩了一阵新奇感过去之后，我就没玩过了，第一是因为还是虚拟感不是特别强烈,而且会有眩晕感。
这就是我对于虚拟现实的全部接触了。
互联网上对虚拟现实给出的定义是这样的:虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。
虚拟现实技术（VR)主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。
模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像.感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。
除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。
自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。
传感设备是指三维交互设备。
通俗点说就是用计算机模拟现实，尽量达到到达以假乱真的效果。
虚拟现实的技术特点:VR艺术是伴随着“虚拟现实时代”的来临应运而生的一种新兴而独立的艺术门类，在《虚拟现实艺术：形而上的终极再创造》一文中，关于VR艺术有如下的定义：“以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等人工智能技术作为媒介手段加以运用的艺术形式,我们称之为虚拟现实艺术，简称VR艺术。
虚拟现实技术的英文文献综述
Virtual Reality and its prospectNo matter you are a video game player, a movie lover or an industrial designer, you must have learned a lot about the VR (virtual reality). Many media reports 2016 as the first year of VR. At present, the Steam VR platform has been able to experience the virtual reality game through Vive HTC. Google has invested $0.54 billion in the virtual reality company Magic Leap. It is said that Apple and Facebook also formed a large team composed of virtual reality and augmented reality experts to compete with the other companies in this new, high tech field[2]. Even famous director Spielberg declared that he would produce a film about family cooperating with VRC company.VR (virtual reality) technology can be widely used in urban planning, interior design, industrial simulation, monuments restoration, road and bridge design, real estate sales, tourism, education, water conservancy and electric power, geological disasters, education and training and many other fields, to provide feasible solutions[2]. And the video game is the most eagerly awaited application now. Not long ago, a video game company, Valve, released a promotional video of its VR: Steam VR. In this footage, players are invited to wear VR equipment and experience all kinds of games, and other people can see their experience in "another world" in a variety of events on the screen. Everyone no matter player or viewer say it’s really awesome.So what is VR? How does it work? Virtual reality, multi-media and network technology are known as the three computer technology with best major prospects. This technology is the use of computer simulation to generate a three-dimensional virtual world, to provide users with visual, auditory, tactile and other simulation, so that users can be in an immersive unlimited observation of things within three dimensional space[3]. When the user moves the position, the computer carries on the complex computation, maintaining the spot feeling. In a word, VR technology can bring the user's perception into the virtual world it creates, and let users believe that it is true.In general, a normal VR equipment consists of one helmet which have a micro processer and a special optic system to produce parallax and make the stereoscopic there dimensional pictures, two handles for operating and getting sensation like touching and two speakers to produce the three dimensional sounds. And it also needs to connect to a computer which deals with the information, runs program and help the CPU and special optic system produce scene.It’s really obvious that the most important thing for VR equipment is to make the virtuality like reality. The following are several key technologies to achieve that[4].First is the real time computer picture simulation. In a virtual simulation system, image refresh is very important.While the image quality requirements are very high, coupled with a very complex virtual environment, the problem becomes quite difficult. Second the images are generated respectively differently in the user’s two eyes, displayed on different monitors.Parallax will bring a sense of three-dimensional then. Third, tracking. When we play computers the mouse and keyboard record our track, but the helmet and handles are in charge of it. Last is two important steps of the user feedback. One is interaction. In the scene of VR, not only the player and player, player and environment but environment and environment all have interaction. It makes the world more real. Another is muti-sensation. Not only the sound and the sight is three- dimensional ,but you can get touching even smelling by the handles. They both make the scene more real.However Virtual reality experience refers to still exist many defects now. Some analysts pointed out that the VR technology is not yet mature, experience still exists many blemishes, and equipment costs are too high. It will take time that VR technology comes into public view from “niche toys”. The main problems are significant discomfort, a sense of vertigo when wearing, obvious hardware content and so on. For instance, the requirements of the VR equipment image is relatively high. The movie is a second and 24 frames, but 100 frames a second of VR device in order to achieve high quality[5]. That will greatly increase the computational burden of the hardware, which is difficult to achieve a comprehensive in the industry. Besides the helmet and the handles are a little heavy and the price is still high for ordinary people now.But there is one word, one flaw cannot obscure the splendor of the jade. Most specialists and forecasters think the prospect of virtual reality is optimistic beyond a doubt. For example, the GIC (Government of Singapore Investment Corp) forecasts that in 2018, global VR equipment shipments will grow 173% and increase to 0.388 billion from 0.027 in 2015. Another forecaster Enfodesk even predicts that the virtual reality revenues in China will reach to 2160.0 million of Chinese yuan although the increment speed in 2017 is slower than before.Although VR technology is not mature now and still has much room for improvement, we should keep confidence in it. There is a good news that the HTC Vive began to sale a few days ago and more than one hundred thousand people have reserved it even it costs $9999. According to the Google Trends, VR will enter the era of large outbreak in the near future. So I believe in the not far future, the virtual reality will play the role of the smartphone now and change our life, our social and our planet greatly.[1]安卓资讯网.VR产业布局剧透[DB]. ,2016-5-26[2]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学(F辑:信息科学),2009,(01):2-46.[3]周忠,周颐,肖江剑. 虚拟现实增强技术综述[J]. 中国科学:信息科学,2015,(02):157-180.[4]陈浩磊,邹湘军,陈燕,陈燕,刘天湖. 虚拟现实技术的最新发展与展望[J]. 中国科技论文在线,2011,(01):1-5+14.[5]搜狐证券.虚拟现实消费端难放异彩[DB]. .shtml写作感悟：在为了写这篇作文查找资料时，我发现文献很多很杂，并大多都更加注重某一方面的具体应用，而综合介绍和解释的不多；并且用我需要的关键词查找文献也很费劲。
虚拟现实:一种全新的社会发展信息技术支撑平台——专访中国工程院院士赵沁平
虚拟现实：一种全新的社会发展信息技术支撑平台——专访中国工程院院士赵沁平佚名【期刊名称】《卫星与网络》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】4页(P14-17)【正文语种】中文虚拟现实（VR）技术已经有几十年的发展史。
早期，由于计算机能力的不足，VR 技术的发展相当困难。
近年来，随着计算机运算能力的大幅度提升，VR技术得以高速发展，不但在国防、航空航天、工业制造等领域得到越来越广泛的应用，也在个人娱乐等方面进入了消费领域。
可以想见，未来相当长的一段时间里，VR都将是信息产业和信息技术发展的重要领域之一，它的逐步成熟和推广应用，将对经济社会发展和人民生活产生深远的影响。
令人欣喜的是，中国的VR技术与国外相比，基本上处在齐头并进的态势。
这要归功于专注VR领域的诸多辛勤耕耘的行业中坚。
现任虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任的赵沁平院士就是其中一位学术领袖。
新年伊始，本刊记者有幸面见赵沁平院士，就VR技术的发展做了一番讨教。
长久以来，人类就一直在追求模拟仿制真实世界的事物为人所用。
“草船借箭”中的稻草人，“纸船明烛照天烧”中的纸船，军队训练拼刺刀用的木枪就是对人、船和枪的简单实物仿真。
VR是一个很时髦的新概念，但是赵院士指出，人类一直在追求模拟仿制真实世界的事物为人所用。
“草船借箭”中的稻草人，“纸船明烛照天烧”中的纸船，军队训练拼刺刀用的木枪就是对人、船和枪的简单实物仿真。
现代科学技术的发展把人类的这一追求不断推向新的阶段和高度。
我们今天所谈的虚拟现实用英文称为“Virtual Reality”（VR）是用计算机而非实物来模拟现实世界。
VR是随着计算机技术，特别是计算机图形学和人机交互技术的发展，人们在模拟现实世界方向上达到的最新境界。
有了计算机，人类在模拟现实世界方面就有了全新的强大工具。
在用实物模仿真实世界的阶段，人们只能模拟其中很少的一些特征，比如用稻草人来模拟人类的形体。
有了计算机技术，就能生成与一定范围真实世界在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生亲临相应真实环境的感受和体验。
基于Unity 3D的虚拟医院漫游系统设计
基于Unity 3D的虚拟医院漫游系统设计作者：李林燕来源：《中国新通信》2017年第07期【摘要】人们去医院看病一直被各种难题困扰，“预约挂号难、对医生不了解、找不到诊室”等问题日益凸显，医院内平面地图也无法满足用户的需要。
随着虚拟现实技术的发展，利用电脑虚拟出一个比较真实的三维空间，对虚拟世界进行浏览、体验和观察。
基于Unity 3D 技术的虚拟医院漫游系统虚拟出医院的三维空间，可以更直观、具体地展现医院的信息。
【关键词】虚拟现实三维空间 Unity 3D技术虚拟医院漫游系统一、引言虚拟现实是近几年来出现的高新技术，利用电脑虚拟出一个比较真实的三维空间，使用者能利用自身的感官系统，通过对交互式设备，对虚拟世界进行浏览、体验和观察，并能够实时、无制约地观察三维空间中的信息，产生一种身临其境的感觉。
如今随着新医改启动以来，中国医疗卫生行业信息化的需求和发展潜力巨大，医院规模发展的同时，“预约挂号难、对医生不了解、找不到诊室”等问题日益凸显，因此采用虚拟现实技术设计出集导航、信息查询为一体的虚拟系统有利于解决用户看病的难题。
二、功能模块设计2.1导航相比于平面地图来说，虚拟医院漫游系统采用3D地图，用户可以对虚拟3D医院进行浏览，方向感更强，从而更方面、直观地浏览医院的全景、各个建筑具体位置以及各个诊室的分布，快速找到看病科室的具体位置。
同时还能为用户选择最优路径，减少时间浪费等不必要的麻烦。
2.2预约挂号挂号难、排队慢等一直是看病的一大难题。
虚拟医院漫游系统为用户提供挂号的功能。
用户只需在该系统中根据提示，找到对应的科室，即可选择医生进行挂号。
同时，系统还会根据排队人数告知用户到达医院的合适时间。
2.3医生信息查询虚拟医院漫游系统提供医生信息查询的功能。
用户根据提示在系统中找到对应的科室，即可查看该科室医生的所有信息，如医生职称、学历、擅长、坐诊时间以及评价等，帮助用户选择合适的医生。
2.4价格查询用户在去医院看病之前，可在系统中查看各个诊室所涉及的检查治疗的价格，为用户提供参考。
赵沁平院士：虚拟现实中的10个科学技术问题
赵沁平院士：虚拟现实中的10个科学技术问题来源：《中国科学：信息科学》2013年以来，随着虚拟现实(virtual reality，简称VR)/增强现实(augmented reality，简称AR) 设备(如头戴式显示器等) 质量迅速提升、价格大幅降低，VR开始普及化，从军事、航空航天等高端行业应用进入大众生活。
在这样的趋势下，越来越多的科技公司将眼光投向VR，部署研发团队并推出自己的VR创新产品，展开抢占VR产业制高点的激烈竞争，使得VR 技术进入了前所未有的快速发展时期。
任何一项新兴高技术产业的可持续发展都需要有三方面的条件支撑，VR产业也不例外，这就是需要关键技术突破与科技创新的持续支持，各类VR人才的强大支撑，以及市场需求的不断推动，而市场的形成又有赖于VR 应用系统与内容的不断丰富与创新。
实现一个VR系统，大体需要四方面的技术: 数据与获取、分析与建模、绘制与表现，以及传感与交互。
这四个方面均涉及硬件平台与装置、核心芯片与器件、软件平台与工具和软硬标准与规范。
同时VR 应用也需要结合各行业领域的应用技术，因此VR是学科高度综合交叉的科学技术领域，是存在许多有待解决的科学技术问题、并不断产生新科学技术问题的充满活力的新兴领域。
“ 2009年我根据自己多年从事VR技术研究的体会，归纳总结了当时VR中的10个科学问题，并于2011年发表于Communications of the ACM。
现在回头来看，这些问题的提出，在一些方面推动了VR技术的研究，其中有的在一定程度上有所突破，有的进展不明显，有的则被更为迫切的问题所掩盖，这体现了VR技术领域的活跃性。
根据本人对近年来VR技术的发展趋势、VR应用和产业发展所遇到的技术瓶颈的认识，以及本人新的研究体会，在本文提出当前VR科学技术中新的10个科学技术问题。
这些技术的突破会导致VR 应用和产业的新的巨大进展。
”1VR头戴显示的输入与交互现有VR头戴式显示器看不到体验者自身，输入不便，也缺少与景物的交互机制，身临其境的感觉受限。
分布式虚拟战场环境—现代战争的实验场
BFTT（Battle Force Tactical Training System，作战兵 力战术训练系统) 是由美国海军开发的一个海军训练系统。
虚拟现实技术在教育中的应用
中国工程院院士、虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任——赵沁平在“中国虚拟现实与可视化产业技术创新战略联盟”第一届理事会会议上说，2016年将成为我国虚拟现实技术的元年。
虚拟现实技术（VirtualReality）简称VR，是利用三维图形生成、多传感交互、多媒体、人工智能、人机接口、高分辨显示等高新科技，对现实世界进行全面仿真的一种技术。
信息时代，人们之间的交流也将采用新的方式、进入新的领域，实现由文字图像三维VR（虚拟现实）的转变。
教育，是人类社会前进与发展的重要动力，在教育中引入较为新颖的虚拟现实技术，开拓新的教学方法与方式，对于学生更高效、更主动地掌握各类技能至关重要。
虚拟现实技术产生于20世纪60年代的美国，最近10年，随着计算机信息技术的快速发展而在越来越多的领域得到了推广应用，其出现更使得互联网的平面世界出现了三维场景。
虚拟现实技术由于能够创建与现实社会类似的环境，解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，因此较早被欧美一些主要国家应用于教育与教学领域。
1985年，美国国立医学图书馆就开始了人体解剖图像数字化研究。
随后，德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室、西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台、意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室、新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验等。
1995年，在互联网上首次出现了“虚拟解剖”实验。
与发达国家相比，我国虚拟现实技术的开发和应用还存在差距，但这种差距已引起有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国国情制定了开展虚拟现实技术及相关技术领域的研究。
清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程检测实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。
由上可知，虚拟现实技术虽然在国内外的教育教学中有所应用，但在我国教育中的使用仅局限于高校的研究性和探索性教学当中，而对广大普通大、中、小学生的普及则远远不够。
东南大学机电综合虚拟仿真实验教学中心建设规划思路与进展
东南大学机电综合虚拟仿真实验教学中心建设规划思路与进展吴涓;孙岳民;雷威;徐春宏;秦艺洢;宋爱国【摘要】在传统的课堂演示教学、实验教学以外，借助虚拟仿真技术构建虚实结合的虚拟仿真实验，是提高学生实践动手能力的有力补充和有效途径。
以东南大学机电综合虚拟仿真实验中心的建设为例，介绍虚拟仿真实验教学如何在高校机电类专业人才培养过程中发挥特长与优势，以及东南大学在构建多层次、模块化的虚拟仿真课程体系，服务于本科机电类专业人才能力培养的建设思路。
%Experimental teaching is an essential part of talent training in the university .Except the traditional classroom teaching and experimental teaching ,the virtual simulation teaching and learning environment built by virtual simulation technology , are a powerful supplement and an effective way to improve students’ practical ability . Taking the construction of Virtual Simulation Teaching Laboratory for Mechanical and Electronic Synthesis Subjects in Southeast University as an example ,this paper analyzes the strengths and advantages of virtual simulation teaching in cultivation of talents of electromechanical subjects in colleges and universities ,and then elucidates the constructing idea of forming multi-layered and modularized virtual simulation course system in Southeast University ,for the purpose of cultivating practical ability of talents in various specialties .【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】5页(P5-9)【关键词】虚拟仿真;实验教学;机电专业【作者】吴涓;孙岳民;雷威;徐春宏;秦艺洢;宋爱国【作者单位】东南大学教务处，江苏南京 210096;东南大学设备处，江苏南京210096;东南大学教务处，江苏南京 210096;东南大学教务处，江苏南京 210096;东南大学教务处，江苏南京 210096;东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096【正文语种】中文【中图分类】G482;TP393.011 虚拟仿真实验教学概述实验教学是大学生专业知识获取和技能培养不可缺少的环节。
沉浸在另个世界里
沉浸在另个世界里作者：暂无来源：《中国名牌》 2016年第15期本刊记者／杜婕VR（虚拟现实）和AR（增强现实）技术很可能带来个人计算机、互联网之后第三次的IT产业变革，这是业内一致的观点。
有的与会者甚至认为，VR和AR将会是下一代计算平台；通过相关技术，计算机将变成人类身体的自然延展；传统意义上的屏幕将会消失，整个世界都可能成为展现信息的舞台。
令人狂喜的沉浸中国工程院院士、虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任赵沁平说，与“互联网+”一样，VR技术也是各行业都可以采用并助力自身发展的一项重要技术。
如今，VR的基本概念和基本实现方法已经初步形成，并已从技术研究、系统研发发展到多种应用阶段。
VR+X（应用领域）成为一种新的发展趋势，VR技术进入了“+时代”。
中国科学院科学研究传播中心综合事务部主任胡雪鹏说，VR为人们带来了一种“沉浸感”，即专注于当前目标情境下，感到愉悦和满足，从而忘记真实世界的情境。
沉浸感包括人的感官体验和认知体验，是强烈的正负情绪交替的过程。
如很多人喜欢在跑步机上跑步健身，但是坚持下来是一件很困难的事情，因为跑的时间越长，积累的负能量就越大，放弃的可能性就越大。
而且人们时间和财力有限，所以最终只能坚持在跑步机上“煎熬”。
现在VR跑步机解决了这个问题，戴上VR头显，跑步者自由地选择在海边别墅、热带雨林、大草原、甚至是美国西部荒野和野鹿一起奔跑，可以选择在波士顿和几万人一起跑马拉松，边跑边欣赏风景，跟陌生的跑友寒暄。
这是巨大的满足，满满的正能量。
北京中科视维文化科技有限公司规划部总监才武杰更看好的是VR的交互性。
以前出现过交互电影，但效果并不好，只是实验。
但VR的交互能力更突出、更方便，效果更好。
还有什么比这更爽的感觉？众所周知，虚拟现实技术早在上世纪就已经出现，之后也陆陆续续有很多公司推出了一些产品进行试水，包括任天堂以及一些知名大公司，不过这些尝试并没有让VR进入大众视线，也没有让这一概念得到更多的认知。
虚拟现实技术在视觉文化中的应用研究
虚拟现实技术在视觉文化中的应用研究摘要：在数字化创新发展的时代背景下，视觉文化数字化创新发展不仅是文化遗产发展的客观要求，也是数字化创新发展的必然结果。
虚拟现实技术作为一种注重交互和多种形式信息交流的数字化技术，在视觉文化中具有广阔的应用前景。
依据技术与视觉文化的结合程度，可以将虚拟现实技术对于视觉文化的保护模式分为“魔方”“幻象”和“升华”模式。
三种模式在适用范围和介入方式上各有特点，对视觉文化的数字化创新发展具有借鉴意义。
关键词：虚拟现实技术；数字化创新发展；视觉文化随着技术手段的不断迭代以及信息化进程的加深，文化遗产数字化逐渐成为了一种趋势。
联合国教科文组织启动的“世界记忆”数字化工程俨然成为了文化遗产数字化在实践方面实践的先行者。
中国虽然是“世界记忆”数字化工程的参与者之一，但在视觉文化的数字化发展方面起步较晚，且研究方向多聚焦为非物质文化遗产和新型媒体形式结合的方面。
对于增强现实（AR）和虚拟现实（VR）等信息技术在文化遗产数字化中的应用方面存在较大的短板。
赵沁平在“虚拟现实综述”中将虚拟现实技术定义为：“以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验”[1]。
虚拟现实技术的特点拓宽了应用领域，早在2017年，知名咨询机构Gartner在其新型技术相关报告中就已经预测到了虚拟现实技术的发展潜力。
事实证明，虚拟现实技术在经历了不断的应用和发展后，已经逐渐从军事、医疗、教育、娱乐、工程等领域走向了民用普及。
而在文化遗产领域的应用，势必也会具有不小的潜力。
因此，对于虚拟现实技术在视觉文化中的应用和前景进行研究，既可以指导虚拟显示技术的应用实践，也可以丰富中国在虚拟技术领域和文化遗产数字化领域的理论框架。
一、虚拟现实的发展与应用虚拟现实技术这一概念早在上世纪60年代中期就被计算机图形学奠基者Ivan·Sutherland提出来。
中国工程院院士赵沁平 虚拟现实技术研究进展
中国工程院院士赵沁平虚拟现实技术研究进展虚拟现实技术研究进展赵沁平周彬李甲陈小武虚拟现实技术与系统国家重点实验室（北京航空航天大学）；北京航空航天大学计算机学院，北京100191引用格式：赵沁平, 周彬, 李甲, 等．虚拟现实技术研究进展[J]. 科技导报,2016,34(14):71-75;doi:10.3981/j.issn.1000-7857.2016.14.008摘要:分析了虚拟现实VR的发展过程、基本特点和主要应用，从VR设备、VR内容、VR交互3个方面概述了VR当前的主要研究目标和研究成果，探讨了VR进一步研究的技术方向。
关键词: 虚拟现实；VR硬件；VR内容；VR交互虚拟现实（virtual reality，VR）是以计算机技术为核心，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面近似的数字化环境。
它是人类在探索自然、认识自然过程中创造产生、逐步形成的一种用于认识自然、模拟自然，进而更好地适应和利用自然的科学方法和技术[1]。
用户借助必要的装备与其进行交互，可获得如临其境的感受和体验。
VR涉及心理学、控制学、计算机图形学、计算机图像处理、计算机视觉、数据库设计、实时分布系统、电子学和多媒体等多个学科，具有较强的学科综合性和交叉性，已成为科学技术探索过程中除理论研究、科学实验之外的第3种手段。
由于VR的综合性和不可替代性，世界各国均重视VR 技术的战略研究。
美国工程院2008年公布了经评选产生的21世纪人类在工程技术领域所面临的14个重大挑战性问题，其中2个重要问题与VR 技术密切相关。
英国2006 年12 月发布了“2015—2020 年8个新兴科学技术集群的战略报告”，其中6个涉及VR的研究内容。
日本政府2007年5月发布了“创新2025”长期战略报告，其中第5方面指出了VR对未来的重要性。
澳大利亚政府投入11亿澳元的“超级科学计划”涵盖了3大优先领域的科研基础设施建设，其中信息通信技术领域的主要发展方向涉及VR研究。
基于图像空间的三维动态场景远程可视化方法
基于图像空间的三维动态场景远程可视化方法马志强;王莉莉;张鑫维;柯韦;赵沁平【摘要】对复杂三维动态场景进行远程可视化,基于顶点运动轨迹的压缩、传输方法需要计算的顶点数量巨大,速度慢.针对这些问题,提出一种基于图像空间的三维动态场景远程可视化方法:首先在服务器端进行先空间后时间的自适应采样,获得多幅动画深度图像.通过使用动画深度图像的采样点代替原始动态场景中的顶点,极大减少需要参与计算的三维点数量;然后在每幅动画深度图像中并行压缩采样点的运动轨迹,有效减少压缩时间;最后将压缩后的动态数据传输到客户端并重构一定时间内的三维动态场景.实验结果表明,算法可以极大提高服务器端数据压缩速度,减少需要传输的数据量,有效降低网络带宽对数据传输的限制.【期刊名称】《计算机研究与发展》【年(卷),期】2014(051)011【总页数】14页(P2559-2572)【关键词】图像空间;时变数据集;自适应采样;动态数据压缩;远程可视化【作者】马志强;王莉莉;张鑫维;柯韦;赵沁平【作者单位】虚拟现实技术与系统国家重点实验室(北京航空航天大学)北京100191;虚拟现实技术与系统国家重点实验室(北京航空航天大学)北京100191;虚拟现实技术与系统国家重点实验室(北京航空航天大学)北京100191;澳门理工学院澳门;虚拟现实技术与系统国家重点实验室(北京航空航天大学)北京100191【正文语种】中文【中图分类】TP391.41随着网络时代的到来，以及移动计算平台如笔记本电脑、平板电脑和智能手机计算能力的提升，远程可视化成为可视化技术发展的新趋势，它可以使网络上的数据资源得到更为合理有效的利用．但是观测和模拟所获取数据量的增长速度远大于网络带宽传输速度的增长，如何对这些数据进行压缩、传输和重建成为远程可视化面临的重大挑战．在传统的三维场景远程可视化方法中［1－4］，当客户端向服务器端传输其感兴趣区域的可视化参数时，服务器端将相应区域的数据进行计算，绘制成一帧图像，并传输到客户端．这种方法不需要客户端具有较好的存储、计算和可视化能力，可支持大量用户的远程传输．但如果每秒中多次传输单帧图像，特别是当用户数量比较多时会造成比较严重的延迟，极大降低客户端和服务器端的交互性．且由于网络带宽的原因，一次性不能传输较大规模的数据，造成在客户端显示的图像质量不高．基于三维动态场景顶点运动轨迹压缩的方法［5－16］为解决上述问题提供了有效的途径．主成分分析［5－10］、傅里叶［11］、小波压缩［12］以及对顶点运动轨迹的简单压缩［13－15］，压缩效率和压缩比都不高．Rosen等人［16］采用暴力算法在所有的顶点中查找运动矩阵相同的顶点进行聚类压缩，能够获得较好的压缩效果传输给客户端，使得客户端用户可以从多角度对该场景进行高质量的观察．但以上方法当场景的顶点数量过大（百万数量级）时需要压缩的数据量也大，压缩速度慢，需要传输的数据量大．为了解决上述问题，本文提出一种基于图像空间的三维动态场景远程可视化方法，在时间与空间上进行自适应采样，把对几何空间顶点运动轨迹的压缩转化为对图像空间采样点运动的压缩，可以大大减少大规模面片场景需要压缩传输的数据量；并提出一种以邻接四像素组为基本单位，在包含采样点运动轨迹的深度图像中进行并行压缩的方法，极大地提高压缩计算的速度．1 相关工作本文研究内容的相关工作主要包括动态数据的压缩和空洞消除两方面．1）动态数据的压缩目前有少量的方法可实现考虑时间的动态数据的简单压缩．自动网格分割［5－8］以及用于刚性［9］和柔性物体［10］的主成分分析，可有效实现包含时间的动画序列的压缩．许多非网格分割方法如傅里叶或小波压缩［11－12］，通过顶点周围点在上一帧和当前帧的空间位置预测顶点的新空间位置，从而实现对随时间变化的数据的压缩．文献［13－15］可实现对采样点运动轨迹的简单压缩．Rosen等人［16］采用暴力算法在所有的顶点中查找运动矩阵相同的顶点进行聚类压缩，能够获得较好的压缩效果．但是当场景的顶点数量过大（超过百万数量级）时需要压缩的数据量大，压缩速度慢，需要传输的数据量很大．本文主要提出一种基于图像空间的动态数据的压缩方法，使用图像空间采样点运动轨迹的压缩取代场景顶点运动轨迹的压缩，减少需要参与计算三维点数量，并对压缩算法进行并行化处理，极大减少压缩时间．2）空洞消除空洞是由于参考图像所包含像素点不足所引起的，视点或动态场景中的物体稍微移动就会产生较大的空洞区域．比较成熟的方法是使用参考视点周围的视点所提供的多幅深度图像［17－20］来进行采样、插值和填充，从而消除空洞．预处理方法［21－22］平滑深度图像，以消除合成视图中较大的空洞区域．然而对深度图像进行平滑处理会引起场景中物体几何形状的扭曲，造成生成图像的失真并提高计算复杂度．Lee［23］采用自适应边缘平滑处理的方法来解决此问题．Schmeing等人［24］首次提出采用多幅深度图像消除空洞时，应解决深度图像中采样点空间位置在时间上的连续性，否则会出现最终视频的闪烁，并提出度量闪烁次数的方法．但并没有给出解决深度图像中采样点空间位置时间连续性的方法．近年来，许多非传统相机模型用于消除空洞，比较经典的有线性相机［25］、遮挡相机［26］、图相机［27］以及曲线相机［28］等．非传统相机模型的优点在于可以将所有采样点以及采样点之间的连接信息存储在单一深度图像中，这样数据存储紧密，并方便数据的压缩．然而构造非传统相机模型，采集场景模型完整的信息是非常困难的，且大规模数据不利于网络的传输．因此，本文将多幅深度图像方法和非传统相机模型相机方法思想相结合，提出渲染多幅深度图像，去除各图像中冗余采样点，然后对每幅深度图像压缩以后合并到一起，再传输到客户端．2 算法整体流程介绍本文将原始三维动态数据在某视点某时刻下进行投影，获得单幅投影图像（动画深度图像），然后将动画深度图像中的模型像素点（采样点）反投到三维空间，在动画深度图像中对采样点进行索引，实现对象空间中三维采样点运动轨迹的并行压缩．为了尽可能多地获得采样点，本文在多视点多时刻下进行投影（先空间后时间的自适应采样）获得多幅动画深度图像，并计算每幅动画深度图像中采样点在整个运动过程中的三维空间位置（运动轨迹），然后进行基于图像空间的采样点并行压缩，最终实现使用图像空间采样点运动轨迹的压缩取代场景顶点运动轨迹的压缩，减少需要参与计算三维点数量，并对压缩算法进行并行化处理，极大减少压缩时间．本文压缩算法的具体步骤为：1）三维动态数据的自适应采样．①先空间后时间的自适应采样；②采样点连接关系的构造．2）采样点三维运动轨迹的计算．3）基于图像空间的动态采样点压缩．图1给出本文基于图像空间的三维动态场景远程可视化算法的整体流程．服务器端首先以三维场景中所有模型顶点在n帧运动中的三维空间位置、颜色、连接关系为输入，经过三维动态数据的自适应采样获得m幅动画深度图像．每幅动画深度图像的存储文件中包括图像大小、所有像素点的信息（每个像素点包括所属原三角形id、颜色和深度值）以及采样点的连接关系．Fig．1 Overview of remote visualization for 3Dvirtual dynamic scene based on image space．图1 基于图像空间的三维动态场景远程可视化流程图我们将动画深度图像像素点中除背景色以外的模型像素点称为采样点，顶点则是指原始三维动态场景中所包含模型上的三维点．三维动态数据的自适应采样将在第3节进行详细介绍．对于获得的m幅动画深度图像，首先计算每一幅动画深度图像中采样点在n帧运动中的三维空间位置（运动轨迹），然后提出使用基于图像空间的动态数据压缩方法对每一幅动画深度图像中采样点的运动轨迹进行单独压缩，并最终将m幅动画深度图像的压缩结果合并得到压缩后的三维动态采样点．我们将在第4节和第5节分别详细介绍采样点运动轨迹的计算和基于图像空间的压缩方法．最后将压缩后的三维动态采样点传输到客户端，经过解压和重构后获得三维动态场景．3 三维动态数据的自适应采样3．1 算法思路和步骤基于深度图像的渲染［20］（depth image based rendering，DIBR）是将初始视点的图像所包含场景模型的像素点（采样点）通过纹理坐标和深度值使用函数gluUnProject（）求出采样点的三维空间位置．但当初始视点不动，其所包含的采样点发生运动，或者是将采样点投影到其他视点，在新视点下由于遮挡关系发生变化会产生空洞．在图2中：相对于原始场景，由于场景中视点位置改变（如图2（a）所示）或物体运动偏离原来空间位置（如图2（b）所示），而在球的后面、正方形地面以及肝脏附近均出现漏空而产生空洞．Fig．2 Example of hole generation．图2 空洞产生实例示意图目前DIBR方法均是对三维静态场景进行多视点下的补洞（如图2（a）所示），本文是基于深度图像的三维动态场景的可视化，除了对图2（a）的漏空进行补洞，还要对动态物体运动后出现的漏空补洞（如图2（b）所示）．为了消除空洞，本文提出一种三维动态数据的自适应采样算法，首先通过空间上的折半递归采样对图2（a）的漏空补洞，然后进行时间上（序列帧）的折半递归采样，获得动态场景中模型运动后漏空处的采样点，从而对图2（b）的漏空补洞．最后提出构造采样点之间的连接关系，从而更好地消除空洞．算法自适应采样步骤为：1）先空间后时间的自适应采样．首先进行空间上的折半递归采样，构建不同位置的采样视点并得到不同视点在第0帧下剔除重复采样点的动画深度图像；然后进行时间上（序列帧）的折半递归采样，得到空间采样所构建的全部视点在其他运动帧下的动画深度图像，从而获得运动物体遮挡的采样点．2）采样点连接关系的构造．利用采样点深度连续性对每幅深度图像中采样点构造三角形连接关系，但不考虑不同深度图像间边缘处采样点可能构成的连接关系．经过本文三维动态数据的自适应采样，最终可获得m幅动画深度图像，每幅动画深度图像的存储内容为：1）图像大小；2）图像所有像素点，每个像素点存储格式：（所属原三角形id、颜色、深度值）；3）采样点连接关系．动画深度图像像素点中除背景色以外的模型像素点称为采样点，通过所属原三角形编号区分背景像素点和采样点：给原始模型三角面片从1开始累加编号，则投影后的采样点就有相应原三角形编号，背景像素点对应的编号则为0．像素点是按照深度图像大小行列存储，按照行列遍历完所有像素点，即可知道动画深度图像中所含采样点的个数．下面对动态数据的自适应采样步骤进行详细解释．3．2 先空间后时间的自适应采样首先建立包围三维动态场景的采样锥，其构造方法如图3所示：Fig．3 Main viewpoints construction of adaptive sampling for dynamic datasets．图3 动态数据自适应采样主视点构造示意图在第0帧对三维动态场景构造立立体［29］包围盒，场景模型运动均是在包围盒范围内，O为该包围盒的中心点．将包围盒6个面的中心点沿垂直于相应面向外的方向分别移动到V0，V1，V2，V3，V4，V5，保证V0，V1，V2，V3，V4，V5 作为视点时，能看到整个包围盒内的三维场景，而无场景顶点被近裁剪面裁减掉．连接V0，V1，V2，V3，V4，V5 构造锥体，我们把该锥体的6个顶点称为采样主视点，而进行空间自适应采样时，由这些主视点折半迭代计算出的新视点称为采样辅视点．初始视点V0是存储该视点下的所有采样点，其他视点下只存储之前视点下没有的新采样点．如存储视点Vi（i＞0）下的采样点时，将和视点V0到Vi－1下的重复采样点进行剔除，只存储Vi下的新采样点．采用阴影映射方法［30］删除两个视点中的重复采样点（如图4所示），假定视点Ve在时刻t的深度图像为DIet，其相比时刻t的Vi视点下深度图像DIit的新的采样点的获取过程为：将视点Ve下的采样点S在视点Vi下进行投影，首先判断同一图像坐标处采样点M 以及M 周围4个采样点M1，M2，M3，M4所在原始三角形ID和S所在原始三角形ID 是否相同．如均不相同，则S为视点Ve相对于视点Vi下的新采样点．如果有1个相同，继续判断M以及M周围4个采样点三维空间的位置和S三维空间位置的误差是否小于设定的阈值，如果有1个小于则认为是同1个采样点，进行删除．如为否，则S为视点Ve相对于视点Vi下的新采样点．Fig．4 Redundant samples removed under different viewpoints．图4 不同视点下剔除冗余采样点示意图为了获取足够的采样点以消除三维动态场景基于深度图像渲染所产生的空洞，我们首先构造辅助视点，对三维动态场景首先进行空间上的折半递归采样，然后利用构建的全部视点在时间上进行折半递归采样．首先在空间上对采样锥进行边折半操作，递归构建辅助视点．如图5所示，首先以菱形V0V1V2V3边的中点A0，A1，A2，A3以及V4O 和V5O 的中点A4，A5作为新的辅视点对场景采样；然后连接辅视点获得菱形A0A1A2A3以及A4O 和A5O，重复上述步骤得到新的辅视点B0，B1，B2，B3，B4，B5 对场景采样；继续边折半采样，直到新视点下所包含采样点数量小于阈值g（g＝10），或者超过迭代的上限停止．Fig．5 Binary recursive sampling on the space．图5 空间上的折半递归采样示意图空间折半递归采样后，在时间上（序列帧）进行折半递归采样：对构建的每1个视点在采样点运动轨迹所包含的时间段折半分割采样．如要传输n帧的三维动态场景，对于每1个视点，首先采样视点的初始帧T0和结束帧Tn－1，然后采样n 帧的中间时刻T［（n－1）/2］（符号［］表示取整）．如果 T［（n－1）/2］帧的新采样点数目小于阈值g（g＝10）则停止递归．否则在区间（T0，T［（n－1）/2］）和（T［（n－1）/2］，Tn－1）继续折半采样，直到新采样点数目小于阈值g（g＝10）或所有帧都采样完毕．3．3 采样点连接关系的构造构造深度图像中采样点的连接信息时，整体上是利用采样点的深度连续性．具体步骤如下：1）首先求出每个采样点与其相邻周围4个采样点的深度差；然后对采样点的深度差按行和列分别进行二次求差，当其小于某个设定的阈值时，则认为该采样点在行或列的相应方向上深度连续．如图6所示，假设已知第i行的3个采样点A（i，j－1），B（i，j），C（i，j＋1），如需判定点B 的行深度是否连续，首先求得采样点A，B，C的深度差ΔdA，ΔdB和ΔdC，其值分别为后面采样点的深度值和其本身深度值的差值绝对值，如ΔdA＝｜dB－dA｜；然后将求得的深度差进行二次求差，即｜ΔdB－ΔdA｜，｜ΔdC－ΔdB｜，求得深度的二次差值ΔDB 和ΔD′B；如果ΔDB或ΔD′B小于用户设定的阈值，则认为采样点B在行上深度连续．Fig．6 Computation of samples'depth continuity．图6 计算采样点行深度连续性示意图Fig．7 The effect of our adaptive sampling algorithm for 3Ddynamic datasets．图7 三维动态数据自适应采样效果图2）根据求得的深度连续信息，将每个采样点沿向右和向下的顺序在行和列两个方向上进行连接判断：如果此采样点在向右和向下方向均深度连续，则认为3个采样点可连接，从而得到连接信息．求得采样点连接关系后，结合深度图像中深度信息以及采样点颜色值可得到一幅动画深度图像．因为多个视点在不同时刻的采样可获得m幅动画深度图像，图7给出了基于三维场景动态数据自适应采样方法效果图：图7（a）是主视点V0在其他角度下看到的第0帧采样效果图；图7（b）是空间上折半得到的其他视点在第0帧的采样效果图；图7（c）是全部视点在其他帧（n帧折半）采样的效果图；图7（d）是动态数据自适应采样最终效果图．可以看出：基于动态数据的自适应采样方法可以获得充足采样点，从而较好地消除空洞．4 采样点三维运动轨迹的计算通过第3节三维动态数据的自适应采样获得的m幅动画深度图像中的采样点是静止的，即只获得了采样数据．而我们要在客户端重构采样点n帧的运动场景，因此需要计算每一幅动画深度图像中所包含的采样点在n帧的三维空间位置（运动轨迹）．如图8所示，已知某视点下动画深度图像中的1个像素点对应采样点S，S对应的原始场景中三角面片的3个顶点为A0，A1，A2，S 相对于A0，A1，A2的质心坐标分别为α，β，γ．所用模型原始顶点的连接关系在运动过程中是不会发生变化的，因此无论此三角形形状如何变化，S相对于三角形3个顶点的质心坐标是始终不会发生变化的［31］，在时刻t存在以下关系：Fig．8 The computation of 3Dpositions for samples．图8 计算采样点3D空间位置示意图由于场景中所有模型顶点的运动轨迹是已知的，因此只要求得采样点S相对于其所在三角面片3个顶点的α，β，γ，即可求得其在所传输n帧时间范围内的每一帧的空间位置．采样点S在时刻t的空间位置，依据其在动画深度图像中的坐标位置（行列数）和相应坐标处所存深度值，使用函数gluUnProject（）即可求得．而 A0（t），A1（t），A2（t）已知，因此依据式（1）即可求出S相对于其所在三角面片3个顶点的α，β，γ，从而求得采样点S在n帧不同时刻的空间位置，即在n帧内的运动轨迹．5 基于图像空间的动态采样点压缩5．1 算法思路和步骤虽然使用采样点运动轨迹取代场景顶点运动轨迹，减少了需要参与计算的三维点数量，但全部采样点在n帧内的运动数据相对网络带宽仍较大．本文提出一种基于图像空间的压缩方法，在动画深度图像中对采样点进行索引，将在n帧内具有运动一致性的采样点进行合并聚类，计算每一类的运动矩阵，使用每一类的运动矩阵代替类中每1个采样点在n帧内的三维空间位置，从而大大减少需要传输的数据量．对于每一幅动画深度图像，算法压缩步骤如下：1）基于图像空间的动态采样点聚类压缩．在图像空间以4个像素点为一组，构造在n帧内几乎不发生变形三角形．2）采用并查集方法对构造三角形的采样点进行合并压缩．算法对每一幅动画深度图像执行相同的压缩步骤，并仅存储相同数据结构的压缩后动态采样点．最后将m幅动画深度图像的压缩结果按照从第1到第m幅的顺序合并放到一起，得到最终的压缩后动态采样点传输到客户端．每一幅动画深度图像压缩后存储内容如下：1）采样点数量、运动帧数n；2）所有采样点颜色和在第0帧的空间位置；3）采样点聚类的数量；每一类具有相同运动轨迹采样点的存储格式：① 所包含采样点的索引；② 从1到n－1帧相对于第0帧运动矩阵．4）剩余散点从1到n－1帧的空间位置；5）3．3节构造的采样点的连接关系．5．2 基于图像空间的动态采样点聚类压缩Rosen等人［15］提出通过在模型顶点中将运动具有一致性的顶点合并聚类实现对三维动态场景进行压缩．在本文中我们在图像空间对这一思想进行了扩展：如图9所示，对采样得到的每幅动画深度图像中，以相邻4个像素点（所包含采样点个数大于等于3）为一组中的任意3个采样点构造在n帧内一定阈值误差内的非形变的三角形，即非形变三角形所包含3个采样点在n帧内具有运动一致性．并计算非形变三角形在1到n－1帧相对于第0帧的运动矩阵，然后判断剩余的1个采样点是否能合并到非形变三角形中．我们将4个采样点的聚类结果称为具有运动一致性的初始簇（original cluster with motion consistency，OCMC）．基于图像空间的OCMC的构造算法是一种并行算法，在构造OCMC时相互之间不受影响，因此可以较好地利用GPU并行计算特点，实现三维动态数据的快速紧密压缩，降低网络带宽的限制．Fig．9 Construction of triangle without deformation．图9 构造不发生形变三角形示意图5．3 基于并查集的OCMC合并以每4个像素点为一组构造OCMC后，根据采样点的运动一致性对OCMC进行合并聚类：如图10所示，整体是按照从左到右、从上到下的顺序对每组中的OCMC仅向右和向下搜索，看是否有OCMC可进行合并．如果有，则采用并查集［32］的树形结构来进行合并聚类．如果无则不进行任何操作．Fig．10 Merging algorithm using union find sets for cluster with motion consistency．图10 基于并查集的具有运动一致性簇的合并示意图具体合并时如图10（a）所示，定义每4个像素点为一组构成1，2， (16)16组，初始化16组中可构造OCMC的组为1个祖先节点．假定数组cell1为OCMC，从1开始向右向下搜索，如判断出cell2为OCMC，cell5不是OCMC，则判断cell2中的采样点是否符合cell1的运动矩阵．假定符合，则cell2所包含的采样点被合并（聚类）到cell1，同时cell1成为cell2的根节点．对cell5中的采样点则不进行任何操作．继续向右对cell2进行向右和向下搜索，如判断出cell3和cell6为OCMC．验证cell3和cell6是否能够合并到cell2，根据并查集合并元素所在集合的方法，是验证cell3和cell6中的采样点是否满足cell2的根节点cell1的运动矩阵（如图10（b）所示），如满足，则合并到cell1．假定cell6不能被合并到cell1中，则其仍为1个根节点，为1个新的OCMC类，而此时cell1已包含cell1，cell2和cell3的采样点．以此类推，采用并查集方法对所有OCMC进行合并，最终可聚集有多种运动轨迹的OCMC类．我们将合并后的OCMC称为具有运动一致性的合并簇（merged cluster with motion consistency，MCMC）．本文使用算法1来实现使用并查集合并OCMC．算法1．基于并查集的OCMC合并．for each cell（i，j）doif cell（i，j）．OCMC！＝null thencell（i，j）．parent＝cell（i，j）；cell（i，j）．rank＝（cell（i，j）．OCMC）．SampleNum；endendfor each cell（i，j）doif cell（i，j）．OCMC！＝null thenUnion（cell（i，j），cell（i＋2，j））；Union（cell（i，j），cell（i，j＋2））；endend算法1中，动画深度图像中的每4个像素点组成1个cell（i，j），其中（i，j）是cell左上角像素点的行列数．初始化每1个能构造OCMC的cell的父节点parent为其自身，并让其包含采样点个数rank定义为其能构造的OCMC的采样点个数SampleNum．对于每1个能构造OCMC的cell，向右向下搜素cell，并使用算法2的函数Union（）进行基于并查集的OCMC合并．合并时首先判断要进行合并的cell是否能构造OCMC，如能构造，则将所含采样点个数少的cell的父节点minrank＿root往含采样点个数多的cell的父节点maxrank＿root合并．如能合并，则将minrank＿root所包含采样点合并到maxrank＿root，并更新 minrank＿root为maxrank＿root．算法2．Union（cell（i，j），cell（x，y））．。