虚拟现实的建模技术

维对象。
基于多边形建模的基本原理，可以知道的是构成模型的面 数越多，模型的细节越能表达的细致，模型也越真实，但也需
要考虑模型的细节需求与面数的折衷。
多边形建模-实例1（editable mesh）
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多边形建模-实例2 （eidtable poly）
Editable poly与editable mesh类似，也是多边形建模的一种方法， 其子物体层级与editable mesh有些区别，没有face，只有border， 该建模方式与editable mesh相比，参数丰富一些，也更灵活。
软件导出Cult3D模型对象建立基本的交互功能，Cult3D Viewer 是供IE等浏览器使用的插件。
Virtools技术
Virtools操作界面
Virtools资源编辑界面
geometry Sphere
{ }} radius 1
#定义物体的几何属性
#表示球体的半径是1个单位
Cult3D技术
Cult3D 是瑞典Cycore公司开发的网络三维互
动展示技术，它是利用现有的网络技术和强大的
3D引擎在网页上建立互动的三维物件，只需用鼠 标进行简单的操作，便可对页面中的逼真物体模 型进行全方位的观看，还可对物体进行放大、缩 小、旋转与拆装等操作，让浏览者能够真实地感 受到物体的相关属性。Cult3D 的内核基于Java语 言，具有很强的交互和扩展性。
描、基于图象等几种方法。
3.1.1几何建模
虚拟对象基本上都是几何图形构成的。几
何建模主要处理具有几何网络特性的几何模
型的拓扑信息和几何信息。拓扑信息是指物
体各分量的数目及其相互间的关系，包括点、
线、面之间的连接关系、邻近关系和边界关 系。 几何信息一般是指物体在欧式空间中的形 状（点线面），具有确定的位置和度量值。
虚拟现实系统的分类
（1）沉浸式VR系统 沉浸式虚拟现实系统提供参与者完全沉浸 的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之 中的感觉。其特点是：利用头盔显示器把 用户的视觉与听觉封闭起来，产生虚拟视 觉；同时，它利用数据手套把用户的手感 通道封闭起来，产生虚拟触动感。
虚拟现实系统的分类
沉浸式VR系统
虚拟现实系统的分类
体显示装置等。
带立体眼镜的台式立体显示系统
② 听觉感知设备：提供虚拟世界中的三维真实感声音
的输入及播放。一般由耳机和专用声音卡组成。通常用专
用声音卡将单通道或普通立体声源信号处理成具有双耳效 应的三维虚拟立体声音。
③ 触觉（力觉）感知设备：力觉感知设备主要是要求
能反馈力的大小和方向，而触觉感知应包含一般的接触感， 进一步应包含感知物体的质感、纹理感及温度感等。目前
的头部位置与方位来确定用户的视点与视
线方向，而视点位置与视线方向是确定虚
拟世界场景显示的关键。
三维定位跟踪设备
输出设备
① 视觉感知设备：视觉感知设备主要 是向用户提供立体宽视野的场景显示，并 且这种场景的变化会实时改变。此类设备
主要有：头盔式显示器、洞穴式立体显示
装置、响应工作台立体显示装置、墙式立
VRML技术
（1）VRML技术
VRML是一种在网络环境下描述虚拟三维模型和提供交
互操作的跨平台、开放式、解释性的文本语言，具有强大 的三维场景建模功能，可方便的构建虚拟控制设备现场。
VRML是一种建模语言，也是一种描述Internet上交互式3D
多媒体和共享虚拟世界的开发标准，可在低带宽异构的网 络环境下，进行低带宽的传输和远程指令的接收。利用
桌面式VR 系统
虚拟现实系统的分类
（3） 增强式VR 系统
增强式VR系统简称增强现实，英文全称为Augmented
Virtual Reality，它既允许用户看到真实世界，同时也能看到叠 加在真实世界上的虚拟对象，它是把真实环境和虚拟环境结合
起来的一种系统，既可减少构成复杂场景的开销，也可对实际
输入设备
数据衣（Data Suit） 数据衣将大量的光纤、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（如腕关节、 肘关节）的弯曲角度，然 后用计算机重建出图像。
其他交互设备
三维Baidu Nhomakorabea描仪（3D Scanner）

三维扫描仪的功能是通过扫描真实模型的外观特征，构造 出该物体对应的计算机模型，通常分为激光式、光学式、 机械式等三种类型。 三维激光扫描仪（3D Laser Scanner）应用最为广泛，其数 据处理的过程一般包括数据采集、数据预处理、几何模型 重建和模型可视化等四个步骤。
采用几何建模方法对物体对象虚拟主要 是对物体几何信息的表示和处理，描述虚 拟对象的几何模型，例如多边形、三角形、
顶点和样条等。即用一定的数学方法对三
维对象的几何模型的描述。
1、多边形建模
多边形建模方法是传统的建模方法，适合于建立规则的物
体模型，多边形建模的基础在于点、线和多边形，任何模型都 可以最终看做是由无数三角形面按一定的组成关系所构成的三
属性值：描述及改变节点属性的大小。VRML是类似C的
结构化数据，易读性好，但用程序数据提取出来困难。
VRML技术
# VRML V2.0 utf-8
Shape
{ appearance Appearance #定义物体的外观属性 { material Material #定义材质属性 { emissiveColor 1 0 0 #表示球的表面材质反射 红光 }}
Cult3D技术
利用Cult3D 技术可以对产品进行数字化模型设计，设计后
的模型可无缝地嵌入到在线的HTM页面以及其他一些应用程序
中。Cult3D有三个不同的程序功能，包括Cult3D Exporter、 Cult3D Designer和Cult3D Viewer。Cult3D Exporter是供3D建
（2） 桌面式VR系统 桌面虚拟现实系统利用个人计算机或PC 工作站去产生仿真，将计算机的屏幕作为用 户观察虚拟世界的一个窗口，参与者坐在监 视器前，通过计算机屏幕观察360度范围内 的虚拟世界。使用的硬件设备主要是立体眼 镜和一些交互设备（如数据手套、空间位置 跟踪定位设备等）。主要用于计算机辅助设 计与制造、建筑设计与桌面游戏等领域。
的曲线和曲面提供了更好的模型，如球体等。
B-Splines：是一种在三个或者更多点之间进行插补 的构建曲线的方法。
创建NURBS模型—— 花瓶
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创建NURBS模型—— 鼠标
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人机交互的环境通常包括三种情况:
第一种是完全对真实世界中的环境的再现。如
网上3D户型展示（如图9-1）是对真实房屋结构
和网络技术发展和结合的产物，是一个在网络的虚拟世界 中，位于不同物理位置的多个用户或多个虚拟世界，通过
网络连接成共享信息的系统。分布式虚拟现实系统的目标
是在沉浸式VR系统的基础上，将地理上分布的多个用户或 多个虚拟世界通过网络连接在一起，使每个用户同时加入
到一个虚拟空间里，通过联网的计算机与其他用户进行交
图的再现，虚拟校园中教学楼模型的真实再现(如 图9-2)等，这些真实环境已经存在，通过虚拟现 实技术将其仿真模拟出来.
网上3D户型
校园场景
第二种是完全虚拟的、当前并不存在的环境。 例如在影视制作领域，虚拟现实技术的发展为 其提供了更为广阔的空间,创作者可以灵活地 将以前很难或者无法拍摄到的画面元素融入到 自己的作品中,以增强画面的真实感、表现力 和视觉冲击力。在游戏行业中，虚拟现实技术 创造三维模型、三维角色和虚拟世界，使玩家 与游戏中的角色合二为一。
互，以达到协同工作的目的。
虚拟现实系统的分类
分布式VR系统的特点：
① 各用户具有共享的虚拟工作空间。
② 伪实体的行为真实感。
③ 支持实时交互，共享时钟。
④ 多个用户可用各自不同的方式相互通信。
⑤ 资源信息共享以及允许用户自然操纵虚拟
世界中的对象。
虚拟现实系统的硬件设备
在虚拟现实系统中，硬件设备由三部分组成，即是输入
虚拟现实的建模技术
一、 虚拟现实建模技术概述
虚拟现实技术是在虚拟的数字空间中模 拟真实世界中的事物,这就需要一个逼真的 数字模型,于是虚拟现实建模技术就产生了。 虚拟现实与现实到底像不像, 是与建模技 术紧密相关的,所以建模技术的研究具有非 常重要的意义。按照建模方式的不同, 现
有的建模技术主要可以分为:几何造型、扫
设备、输出设备和虚拟世界生成设备。
手部数据交互设备
数据手套（Data Glove）
数据手套是一种戴在用户手上的传感装置，用于检 测用户手部活动的设备，并向计算机发送相应电信号， 从而驱动虚拟手模拟真实手的动作。
如图所示为戴上VPL数据手套的 人手与屏幕显示的虚拟手。该数 据手套把光导纤维和一个三维位 置传感器缠绕在一个轻的、有弹 性的手套上，每个手指的每个关 节处都有一圈纤维，用以测量手 指关节的位置与弯曲。
能实现的仅仅是模拟一般的接触感。
桌面力觉反馈装置
虚拟现实的Web3D技术
Web3D一词来自Web3D协会，它是一个国际性的非赢利组织， 主要任务是制定因特网3D图形的标准与规范。随着网络带宽的逐 渐提升，采用Web3D技术实现的网站越来越多。Web3D技术主要 是针对于三维显示技术的网络应用而开发的，故决定了Web3D技 术的主要特点就是使三维模型在网上进行三维交互演示。Web3D 是指基于Internet的、依靠软件技术实现的桌面级虚拟现实技术。 Web3D技术是实现网页中虚拟现实的一种最新技术。VRML是互 联网3D图形的开放标准，是3D图形和多媒体技术通用交换的文件 格式，它基于建模技术，描述交互式的3D对象和场景，可应用在 互联网与本地客户系统中。由于网上传输的是模型文件，故其传 输量明显低于视频图像的传输量。
VRML建立的三维场景可在带VRML浏览器插件的IE浏览器
中浏览观看，同时VRML支持三维声音，可定义不同的事件 触发不同的声音提示。
VRML技术
由于VRML支持使用内建的脚本语言如：Java、Javasript
等，故VRML程序具有很强的交互功能。
VRML文档一般包含如下部分： 文件头：给浏览器提供文件的版本信息； 注释：以#号开始的说明文字； 节点：场景信息的单位，用来描述场景中的造型、灯光等；
模的软件，如可作为3D Studio或Maya使用的插件。由于Cult3D
不具备3D建模功能，利用这个插件可以从3D建模软件中把3D模 型导出到Cult3D Designer中制作。Cult3D Designer是Cult3D的
核心技术，在Cult3D Designer中可以对3D Studio、Maya等3D
物体进行操作，真正达到了亦真亦幻的境界。在增强式VR 系 统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭借其自身感觉 器官直接感知的深层信息，用户通过利用虚拟对象所提供的信 息来加强对现实世界的认知，如图9-10所示。
增强式VR 系统
虚拟现实系统的分类
（4） 分布式VR系统
分布式VR系统（Distributed Virtual Reality）是VR技术
电影《阿凡达》
植物大战僵尸
第三种是对微观的物体或现象进行模拟仿 真。如物理、化学等物体及物质变化过程难 以用语言文字说明清楚，可借助虚拟现实技 术，使人眼能够看到，从而体现科学可视化 的重要意义。在生理课程中，通过虚拟现实 技术模拟真实的人体器官的三维模型，该模 型具有人体形态以及肋骨、肝脏、心脏等各 个器官的外貌，而且具备各器官的新陈代谢 机能，能较为真实地显示出人体的正常生理 状态和出现的各种变化。

手部数据交互设备
三维浮动鼠标器（3D Flying Mouse）
三维浮动鼠标器的工作原理是：在鼠标内部安装了一个 超声波或电磁探测器，利用这个接收器和具有发射器的 固定基座，就可以测量出鼠标离开桌面后的位置和方向。
三维定位跟踪设备:用于检测位置与方 位，并将其数据报告给虚拟现实系统。在 虚拟现实系统中最常见的应用是跟踪用户
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Nurbs（非统一有理B样条）
Non-Uniform Rational B-Splines Non-Uniform：是指一个控制顶点的范围能够改变， 用来创建不规则曲面。
Rational：指每个NURBS模型都可以用数学表达式
来定义，用于表示曲线或曲面的有理方程式给一些重要