计算机科技论文阅读综述报告

计算机科学与技术学术论文阅读与写作综述报告封面2010年4月29日一．论文研究的领域虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门新的综合性信息技术，在最近几年的发展迅速，其应用领域涉及到教育、军事、娱乐、和医学等许多的行业。

本文概述了虚拟现实技术的概念、基本特征和技术的分类，提出了虚拟现实技术发展的瓶颈，阐述了虚拟现实技术应用的优势。

1.虚拟现实的概念虚拟现实技术是一项综合集成技术，它是计算机图形学、人机交互技术、传感器技术、人机接口技术以及人工智能技术等的交叉和综合的结果。

它利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、嗅觉等，是用户通过适当的装置器械，自然的与虚拟现实世界进行体验和交互，简单的说，虚拟现实技术是计算机虚拟创造现实世界，或者是计算子对现实世界的再现。

2.基本特征虚拟现实技术的三个特征：沉浸感、交互性、想象性。

沉浸感是用户可以沉浸于计算机生成虚拟环境中和使用户投入到计算机生成的虚拟场景中的一种能力，用户在虚拟场景中有身临其境的感觉。

它所看到的触摸到的，完全与真实环境中感受的一样。

它是虚拟现实的核心。

交互性是指用户和虚拟场景中各种对象相互作用的能力。

它是人机和谐的关键性因素。

用户进入虚拟环境后，通过传感器与多位信息的环境发生交互作用。

用户可以进行必要的操作，虚拟环境中做出相应的响应。

想象性是指用户沉浸在真实的虚拟环境中，与虚拟环境进行各种交互作用，从定性和定量综合集的环境中得到感性和理性的认识，从而可以深化概念，萌发新意。

因此，虚拟现实不仅仅是一个用户与终端的接口，还可以使用户沉浸于此环境中获得新的认识，提高感性和理性认识，从而有新的构想。

这样我们的思维就有了学习—创造—再学习—再创造的过程。

3.技术分类虚拟现实系统可以分为四类⑴桌面虚拟系统——窗口中的虚拟现实，它可以通过桌面上实现，成本低，功能简单，主要用于CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、建筑设计桌面游戏等领域。

⑵分布式虚拟系统——在互联网环境中，充分通过分布于各地的资源，协同开发各种虚拟现实的利用和用途的实现。

⑶混合现实系统——它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统，既可以减少构成复杂真实环境的开销，又可以对实际物体进行操作，真正达到了亦真亦幻的境界，这是今后的发展的方向。

二.问题概述与定义虚拟现实的发展瓶颈现在虚拟现实总遇到的问题可以归结为三类：⑴虚拟现实设备的贵族化。

构建一个高质量的虚拟现实系统，首先需要昂贵的外部设备，为完成复杂的场景的实时渲染，还需要高性能的图形工作站以及相应的软件。

普通的信息系统用户望而却步。

⑵繁琐的三维建模。

基于图形的虚拟环境首先要解决的问题是三维造型。

当图形渲染技术向实现真实感前进时，生成精确三维模型的过程还是很困难的。

在三维激光扫描技术上的进步提供了简单模型构造的一些方法。

但是自动化模型的获取方法说明了真实世界的几何时极端复杂的。

大部分模型仍然需要人工绘制，其费用也是相当惊人的。

如《阿凡达》，所以三维建模的繁琐为虚拟现实技术的发展造成了困难。

⑶数据量大。

虚拟现实技术想要得到很大的发展，需要与互联网结合。

目前虚拟现实的数据量很大，在现有网络的整体速度较慢的条件下，互联网必须等待较长的时间。

我们就必须在虚拟现实系统中考虑压缩数据，这是一个在应用深入后不可回避的问题。

我们带着这些问题，展开了论文的查阅和写作。

整理出了实时性渲染，三维模型的深层图像问题知识点。

三.主要的技术路线综述及分析论文阅读通过虚拟现实概念、特征，以及研究现状展开，对于提高虚拟场景绘制实时性，有如下的解决技术，利用纹理简化三维场景，采用几何与纹理的光滑过度;利用虚实结合绘制三维场景;利用分别对纹理和几何实施细节模型来简化模型的绘制等等来解决和完善虚拟现实技术的发展。

路线综述及分析如何是使建筑场景建模过程更方便，更准确，更具有真实感，如何使其绘制环境的视觉一致性，论文中讨论了纹理简化算法与几何纹理算法一致性，对比优缺点后提出混合建模技。

混合建模技术是基于我们的图形图像两种方式的，在图像技术中引出纹理映射技术。

纹理贴图又两个部分组成。

第一部分，摄影测量建模方法，利于重建拍摄现场的基本几何形状。

第二部分，基于模型的立体算法，该如何恢复从基本模型偏离真实场景。

该方法有创造真实渲染效果。

以下是其详细的说明：重建算法（Reconstruction Algorithm）我们的重建工程，通过最小化算法的目标函数O，该函数预计边缘之间的差距，该模型和图像边缘明显，其中Erri代表为边缘特征计算的差距i，因此，对未知模型参数和摄像头位置,计算方法是尽量减少O这些变量。

我们的系统使用了误差函数Erri，说明如下：图6（a）展示了如何在一条直线上的示范一个摄像机图像平面。

该直线可以定义为一对向量（v，d），其中（v）代表该行的方向，并且代表一个点；这些向量可以从方程计算分别为2和1。

相机的世界地位方面的坐标是由于在一个旋转矩阵的Rj和一个变化的向量Tj，这个标准向量的记数字的计算方法为下面的表达式：该图像平面上的投影线仅仅是通过与图像平面米定义的平面，位于在z =-f的交点，F 是相机的焦距。

因此，图像的边缘是由方程mxx + myy-mzf=0。

图6（b）显示了观察的图像边缘的点{（X1，Y1），（X2,Y2）}和预测图像线之间对应的误差。

对观察到的边缘部分的积分可通过一个单一的参数S∈[0，l]；其中l是标量变量长度的边缘。

我们设H（S）是由该函数返回一个对部分P点（s）的最短距离预测的边缘。

有了这些定义，观察之间的边缘部分和边缘预测总误差计算公式为：最终的目标函数O是各方面误差项的总和。

我们尽量减少使用的牛顿迭代法，其中包括计算梯度方面的相机和模型的参数变量针对该方法我们阅读了相关的图像技术论文，论文中提出一种有效的图像集绘制技术，方法呈现在pc上每秒可以渲染多少帧的能力。

其原理是两个方面构成的，第一经滤镜式特效与深度较平滑的表面没有发现在其他技术方面的差距。

第二为更一般的场景从中间进行翘曲代表，被称为分层深度图像。

如图：查阅相关内容，找到关于层次深度图像问题的技术方法，在图像具有深度的情况下，就可以简单地通过三维图像变换（3D warping）来生成新视点的场景。

先把场景上的点投影到对应的三维空间，然后再从三维空间重投影到新视点得到新图像。

层次深度图像中，每个像素对应一个链表，保存沿视点出发的一条光线与场景每个交点的颜色和深度信息，无论当前该视点是可见还是不可见。

其实现方法有两种：滤镜式特效渲——深度的滤镜式特效和从图像序列中恢复滤镜式特效。

（纹理映射的滤镜式特效可以通过简单的计算选择观看三维矩阵和投影到图像平面一些场景的一部分）；如图：分层深度图像：提供了一种处理表面的平面或平滑变化的快速手段，更一般的场景需要有能力处理更多和大量的视差观点动作。

通过空间高效表达，增量的翘曲算法，图像尺寸算法，深度像素表示法。

制作出一个令人信服和廉价的基于图像渲染的模型.为解决实时性和交互性，我们在论文中看到了提高虚拟环境实时性的策略：1.远虚近实方法：O为物体名称，d为物体离视点的距离，d为固定阈值(一个较远的距离)，m为物体的重要性权值。

D为d的减函数，当d足够大，视觉上无法辨认其形状，物体的描述可以比较粗糙，赋以贴图或以简单的物体表示。

这样在对环境真实感影响很小的情况下提高渲染速度和实时交互性。

2.几何纹理层次细节模型：随着纹理物体渐渐远离观察点，纹理图的大小应随着投影图像的大小而逐渐变小。

为此，OpenGL必须过滤纹理图使之缩小到一合适尺寸以便映射到物体上，而不引入具扭曲效果的物体。

为避免物体扭曲化，你应指定一系列减小了分辨率的预先过滤好的纹理图，这称为mipmaps(纹理细化)。

3.多线程并行渲染：当一帧画面开始渲染时，首先虚拟场景中的物体同时以低精度开始渲染，先达到相应渲染精度的物体先停止渲染，这样即使该帧画面渲染时间用完时，有些物体没有达到相应的渲染精度，也能显示一较低精度的渲染画面，而不会出现一帧画面还没有有显示完成又出现下一帧画面的情况。

四.收获及启发虚拟现实技术的应用前景和优势虚拟现实技术的应用很广泛，在娱乐（游戏）、教育（虚拟实验室）、艺术（cg行业，建筑漫游）占据主流，其次是在军事和航空，医学，商业，另外在可视化计算执照也等方面也有相当的比重。

⑴医学虚拟现实技术应用大致上有两类。

一是虚拟人体，也就是数字化人体，这样的人体模型医生更容易了解人体的构造和功能。

另一是虚拟手术系统，可用于指导手术的进行。

娱乐、艺术与教育丰富的感觉能力与3D显示环境使得虚拟现实技术成为理想的视频游戏工具。

由于在娱乐方面对虚拟现实的真实感要求不是太高，故近些年来虚拟现实技术在该方面发展最为迅猛⑵军事与航天工业模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题，这为虚拟现实技术提供了广阔的应用前景。

美国国防部高级研究计划局DARPA自80年代起一直致力于研究称为SIMNET的虚拟战场系统，以提供坦克协同训1练，该系统可联结200多台模拟器。

⑶商业虚拟现实技术常被用于推销。

例如建筑工程投标时，把设计的方案用虚拟现实技术表现出来，便可把业主带入未来的建筑物里参观，如门的高度、窗户朝向、采光多少、屋内装饰等，都可以感同身受。

以及旅游景点的宣传。

启发虚拟现实技术是本世纪发展的重要技术之一，作为一门科学和艺术将会不断走向成熟，在各行各业中将得到广泛应用，并发挥神奇的作用，二十一世纪将是虚拟现实技术的时代。

当然，虚拟现实技术还是一门年轻的科学技术，尚存在不少有待解决的问题。

例如，在计算机生成的虚拟环境中，操作者每次转动头部，计算机必须更新三维图像，由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算。

这就造成了系统滞后。

再如，美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差异，容易引起头痛、眩晕等。

但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的推移日臻完善，发挥的作用也将会越来越大。

五.本组学习，组织工作的总结及教学建议这个学期的一门选修课计算机科学与技术学术论文阅读与写作，要求阅读论文，分析论文，并做好读书笔记。

由于我们的小组成员都是专升本上来的，在专业知识上有很多盲点，一些专业性很强的论文我们是一头雾水，最后我们选择了虚拟现实这个主题，对图形图像有所了解的我们希望在阅读的过程中更顺利一些。

阅读过程中，由于我们选择做报告的论文《虚拟现实漫游系统》是一片硕士毕业论文，有八十多页，知识点和算法模型也相当的多，我们选择了打印，人手一本，便于我们快速的整理出论文的核心。

在阅读的过程中，大家的团队意识是比较强的，在收索资料，制作ppt，以及彼此之间的中肯的建议和互相的关心，促使了我们最终顺利的论文报告和综述报告。