虚拟建模—分类与技术综述

纹理映射
虚拟建模- 34
分类与技术综述
4.1.6 纹理映射
虚拟建模- 35
分类与技术综述
虚拟建模- 36
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
认知
建模
行为建模
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模
几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
6
虚拟建模- 37
逼 真 感
4.2 图像建模
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
为的问题。
虚拟建模- 53
4.5 行为建模
分类与技术综述
周围环境 内部状态
虚拟感知器 感知 数据
过滤机制
过滤后 的数据
抑制疲劳模型 进行行为选择
虚拟世界
继续选择？
选ห้องสมุดไป่ตู้行为
行为程序
抑制
疲劳
底层行为1
底层行为n
运动学控制
动力学控制
控制器
其它
虚拟建模- 54
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
认知
建模
行为建模
分类与技术综述
虚拟建模- 40
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
认知
建模
行为建模
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模 几何建模
混合建模
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 41
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
认知
建模
行为建模
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模
几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 42
粒子系统是迄今为止被认为模拟不规则物体最为 成功的一种图形生成算法。
三维空间喷泉
火焰、烟花模拟
铁水外溅效果
水纹、火焰以及熔浆效果 自然景物的模拟(1) 自然景物的模拟(2)
虚拟建模- 33
分类与技术综述
4.1.6 纹理映射
多边形建模
规则形体 曲面建模
几何建模
细分曲面建模 分形几何方法
不规则形体 粒子系统
4.虚拟现实中的建模方法
认知
建模
行为建模
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模
几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 50
逼 真 感
4.5 行为建模
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
分类与技术综述
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 51
4.5 行为建模
分类与技术综述
行为模型的目标：是在动态的、不可预测的虚拟环境 中正确指导虚拟人或虚拟动物的动作。
lloottssooffffaacceess!!
虚拟建模- 15
分类与技术综述
4.1.1 多边形建模
（1）LOD技术
10,000
close 2,000
ddisisttaannccee ffrroommvvieiewweerr??
far
1,000
500
250
13,546
500
152
150
虚拟建模- 16
如何建立虚拟感知模型？（涂晓媛）
①模拟虚拟智能体的感知能力，虚拟智能体感知的
物理和视觉的能力以及它们的局限性；
距离太远
虚拟视觉
虚拟听觉
左边可见
右边遮挡
虚拟嗅觉
虚拟触觉
虚拟记忆
②通过模仿虚拟智能体的大脑对感知信息的处理结
果，来解释感知的数据。
8
虚拟建模- 49
分类与技术综述
—分类与技术综述
张荣华
North China Electric Power University 华北电力大学计算机系
二零零五年十一月二十八日
虚拟建模- 2
议题
分类与技术综述
1.虚拟现实与建模技术 2.虚拟建模分类研究的缘由 3.虚拟建模技术的分类 4.虚拟现实中的建模方法 5.结论与展望
分类与技术综述
4.1.1 多边形建模
多分辨率建模技术（Multi-resolution）
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分类与技术综述
4.1.1 多边形建模
多分辨率建模技术（Multi-resolution）
虚拟建模- 18
分类与技术综述
4.1.2 曲面建模
多边形建模
规则形体 曲面建模
几何建模
细分曲面建模 分形几何方法
1.虚拟现实与建模技术
虚拟现实系统的基本特征—美国伯第亚(G.Burdea)
Immersion
I3
Interaction
Imagination
虚拟建模- 6
分类与技术综述
1.虚拟现实与建模技术
虚拟现实建模技术 建模方法是虚拟现实技术中最重要的技术领域，也 是虚拟现实技术中的关键技术之一。
“计算机屏幕只是一个窗口,但通过这个窗 口,我们可以看见一个虚拟的世界。我们面 临的挑战是如何使这个世界看起来真实、动 起来真实、听起来真实、摸起来真实。”
伊万·萨瑟兰
1
虚拟建模- 7
分类与技术综述
2.虚拟建模分类研究的缘由
（1）虚拟现实建模同其它图形建模系统相比有自 己的特点。
（2）目前没有一个严格、科学的分类标准，不同 学科背景的人，对虚拟建模技术的分类不一 而足。
学、人工智能、人机交互技术、哲学、心理 学、行为学、生态学、思维科学等）的结合。
虚拟建模- 9
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
内在逼真感
逼 真 感
外在逼真感
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 10
逼 真 感
4.1 几何建模
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
分类与技术综述
相关参考资料： AI for GAMES and ANIMATION —A Cognitive Modeling Approach
虚拟建模- 58
4.6 认知建模
分类与技术综述
国外认知建模的新进展（John Funge） ①使用情景演算（situation calculus）描述虚拟 自主智能角色如何有效表达动态的虚拟世界中的 领域知识； ②采用“区间数学”表示不确定性； ③提出高层非确定性目标导向行为和低层确定性行 为相结合体系结构和实时协调控制控制方案； ④基于决策树的角色学习与知识获取的方法； ⑤基于情景树自动搜索的行为路径优化方法等。
虚拟建模- 44
4.3 物理建模
柔体的物理建模
分类与技术综述
（a）
刚体的物理建
（b）
虚拟建模- 45
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
认知建模
行为建模
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模
几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 46
分类与技术综述
4.虚拟现实中的建模方法
认知建模
智能虚拟建模（IVM）
2
虚拟建模- 13
分类与技术综述
4.1.1 多边形建模
虚拟建模- 14
分类与技术综述
4.1.1 多边形建模
实时绘制算法（物体网格模型的面片简化）
对网格面片表示的模型，在一定误差的精度范围 内，删除点、边、面，从而简化所绘制场景的复杂 层度，加快图形绘制速度。
4433,,000000ffaacceess
虚拟建模- 27
分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
分形造型的常用过程
②正规文法（L系统） 使用正规文法生成结构性强的植物的拓扑结构，再通 过进一步几何解释来形成逼真的画面。
虚拟建模- 28
分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
分形造型的常用模型 ③迭代函数
该模型以迭代函数系统理论为其数学模型。
行为建模
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模
几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 47
逼 真 感
4.4 感知建模
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
分类与技术综述
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 48
4.4 感知建模
分类与技术综述
虚拟感知器是虚拟环境与虚拟主体之间传递信息 的接口。
（3）分类研究是发现、认识事物本质规律的一种 重要研究方法。
（4）通过虚拟建模分类的研究可以更科学地界定 虚拟现实的内涵。
虚拟建模- 8
分类与技术综述
3.虚拟建模技术的分类
分类的方法：
按照自底向上，从具体到抽象的方式分类。
分类的依据：
（1）根据虚拟对象的“逼真感”程度； （2）根据目前虚拟现实与其它学科（计算机图形
虚拟建模- 3
分类与技术综述
1.虚拟现实与建模技术
虚拟现实（Virtual Reality，VR）
利用计算机和其他的专用硬件和软件去产生另一种 境界的仿真，参与者可以通过感觉与仿真的内容交 互对话。
虚拟现实的应用
虚拟建模- 4
分类与技术综述
1.虚拟现实与建模技术
虚拟建模- 5
分类与技术综述
几何建模
细分曲面建模
分形几何方法 不规则形体 粒子系统
纹理映射
虚拟建模- 21
分类与技术综述
4.1.3 细分曲面建模
细分曲面建模（一种 现代的多边形建模技 术）
Subdivision Surface Modeling
该技术第一次使用于 美国著名的Pixar动画 电影制片厂选送的作 品《Geri’s Game》，1998年荣获 奥斯卡大奖。
虚拟建模- 59
4.6 认知建模
分类与技术综述
国内认知建模的新进展（潘云鹤 、庄越挺） 《关于思维科学问题的探讨》
智能科学技术基础理论重大问题高层研讨会（2004年）
观点： 以图象信息的获取、传输、存储、变换、显示、理 解与综合利用为核心的图形图象处理被认为是对人 类形象智能的最直接、最基本的模拟。
在相互冲突的目标之间权衡，根据当时的环境选择出对 虚拟人最适合的动作（浙江大学—许威威）
基于行为建模的人工鱼动画系统
虚拟建模- 52
4.5 行为建模
分类与技术综述
行为建模的三个步骤： ①为虚拟主体选择适当的行为集合
行为集合要满足虚拟主体完成任务的需要； 满足正交性（防止出现“组合爆炸”）。 ②对行为分类以建立层次结构 便于系统的构造； 可以使用有限状态机（FM)进行辅助设计。 ③设计行为选择机制 行为选择则解决如何从相互竞争的行为中挑选获胜行
逼 真 感
4.3 物理建模
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
分类与技术综述
图 虚拟建模技术分类层次图
7
虚拟建模- 43
4.3 物理建模
分类与技术综述
基于物体本身的物理特性及其所遵循的物理规律 来自动产生它在各种状态下的模型——模拟物体 的外观表现和运动行为。
优点
物体的外观和行为更加真实。
逼
真
感知建模
感
物理建模
图像建模
几何建模
图 虚拟建模技术分类层次图
9
虚拟建模- 55
逼 真 感
4.6 认知建模
认知
建模
行为建模 感知建模 物理建模 图像建模 几何建模
分类与技术综述
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 56
4.6 认知建模
分类与技术综述
④／ 火山 ③我
×⑥ ①
虚拟建模- 57
4.6 认知建模
分类与技术综述
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 11
4.1 几何建模
分类与技术综述
多边形建模
规则形体 曲面建模
几何建模
细分曲面建模 分形几何方法
不规则形体 粒子系统 纹理映射
虚拟建模- 12
分类与技术综述
4.1.1 多边形建模
多边形建模
规则形体 曲面建模
几何建模
细分曲面建模 分形几何方法
不规则形体 粒子系统 纹理映射
4
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分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
构造koch雪花形状的初始元和生成元
虚拟建模- 26
分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
分形造型的常用过程
①随机插值 本模型不是事先决定各种图素和尺度，而是用一个随 机过程的采样路径作为构造模型的手段。
koch雪花形状曲线的前三次迭代
分类与技术综述
图 虚拟建模技术分类层次图
虚拟建模- 38
4.2 图像建模
分类与技术综述
基于图像的建模(Image based Modeling，IBM ) 以自然界真实图像作为采样样本来重现和绘制场景 的建模技术。
优点： 建模时间短，绘制速度快；真实感强
虚拟建模- 39
全景图
4.2 图像建模
不规则形体 粒子系统 纹理映射
3
虚拟建模- 19
分类与技术综述
4.1.2 曲面建模
Bezier曲面 Coons曲面 B样条曲面 NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline)
虚拟建模- 20
分类与技术综述
4.1.3 细分曲面建模
多边形建模
规则形体 曲面建模
依据： 形象思维是思维科学的研究突破口（钱学森） 视觉形象信息是人们由客观世界获得信息的主要来 源，它占人们依五种主要感觉器官由外界获得的信 息总量的80%。
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分类与技术综述
4.1.3 细分曲面建模
虚拟建模- 23
分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
多边形建模
规则形体 曲面建模
几何建模
细分曲面建模
分形几何方法 不规则形体 粒子系统
纹理映射
虚拟建模- 24
分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
描述形状不规则、但具有自相似性的物体所采用 的一种造型方法
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分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
虚拟建模- 30
分类与技术综述
4.1.4 分形几何方法
5
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分类与技术综述
4.1.5 粒子系统
多边形建模
规则形体 曲面建模
几何建模
细分曲面建模 分形几何方法
不规则形体 粒子系统
纹理映射
虚拟建模- 32
分类与技术综述
4.1.5 粒子系统