武汉大学遥感学院 虚拟现实 重点

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。

3、经典力学的仿真不能满足VR的要求（四个）

4、基于物理的建模

<1>刚体运动模拟

碰撞检测（方法：两个），碰撞响应，物体穿透，防止物体穿透的三个部分

<2>塑性物体变形运动模拟

变形模型模拟各种变形效果

Terzopoulos的连续弹性理论，Baraff等的柔软物体动态的简化模型

<3>流体运动模拟

（4）行为建模

1、自主智能体（Agent）：定义，作用

2、移动自主智能体

3、Agent与环境的交互作用

4、基于Agent 建模的三个部分：感知部分，认知处理部分，行为输出部分

5、机器人足球比赛：Agent（足球机器人）

任务分解、多级学习、动态角色分配

（5）模型分割

1、复杂的模型：建筑仿真，虚拟外科仿真

2、建模复杂度解决方法：单元分割，细节水平分割（LOD）

四、基于图形学的真实感图形实时绘制

（1）计算机图形学：定义，结果，计算机图形学常用算法

（2）虚拟环境三个组成部分：内容，几何，动态特性

（3）真实感：维持真实感的条件（三个），计算机图形学中真实感含义（三个）

1、几何真实感：定义，用处，三维几何图形构成（两个）

2、光照真实感：计算复杂，光照计算（两种）

3、行为真实感

（4）真实感和实时之间的冲突，真实感三个部分构造难度

（5）实时：虚拟现实系统：真实+ 实时，实时三维图形生成技术

（6）VR系统中，三维图形主要通过人工对物体及环境进行三维建模