虚拟现实技术 (2)幻灯片.ppt
虚拟现实技术第1页，共40页，编辑于2022年，星期二题纲第一讲 虚拟现实概述第二讲 虚拟现实显示技术计算机三维图形技术立体图形显示技术声音、力觉显示第三讲 虚拟现实跟踪技术位置跟踪器数据手套人体运动跟踪第四讲 人体动画技术第2页，共40页，编辑于2022年，星期二虚拟现实的概念模型王兆其，虚拟环境中物体运动逼真性的研究，博士学位论文，北京航空航天大学，1999.6.第3页，共40页，编辑于2022年，星期二第二讲 虚拟现实显示技术http:/ 视觉生成基本原理：光线跟踪的方法假设从视点V通过屏幕象素 e向场景投射光线交场景中的景物于P1,P2,Pm,那么离视点 最近的P1 就是画面在象素点 e 处的可见点，象素 e 的光亮度应由 P1 点向 P1V方向辐射的光亮度决定。如此求出视域内每一个象素的光亮度，则可生成一幅完整的真实感图象。e第7页，共40页，编辑于2022年，星期二光线跟踪技术(ray tracing)I=Ic+ts Is+tt It其中：I：可见点 P 处的光亮度。Ic：局部光照亮度ts Is：环境镜面反射光亮度tt It：规则透射光亮度每一点的光亮度求法第8页，共40页，编辑于2022年，星期二视觉生成的基本内容在图形设备上生成逼真视景必须完成四个基本任务：1.用数学方法建立所需要三维场景的几何描述2.将三维几何描述转换为二维视图这可通过对场景的透视变换来完成。3.确定场景中的所有可见面这需要使用隐藏面消除算法将视域之外的或被其他物体遮挡的不可见面消去。4.计算场景中可见面的光强与颜色严格地说，就是根据基于光学物理的光照模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩，并将它转换成合适图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一个象素的颜色，最终生成视景。第9页，共40页，编辑于2022年，星期二1.2 视景的几何建模与表示方法要实现虚拟现实，首先要尽可能详细地表示虚拟现实要实现虚拟现实，首先要尽可能详细地表示虚拟现实的场景几何信息。的场景几何信息。例如：表示虚拟环境中的山川河谷、鱼虫鸟兽，花草树木、五官躯体、车船路桥等。实现虚拟现实视景的表示方法有：多边形(三角形)网格表示方法结构立体几何表示方法体数据表示方法(volume-based method)第10页，共40页，编辑于2022年，星期二多边形(三角形)表示方法这种方法又称为表面或边界表示方法，即物体的立体几何信息是通过它们的边界面或包围面来表示的。而物体的边界面或包围面（即物体的表面）可以用多边形表示。第11页，共40页，编辑于2022年，星期二结构立体几何表示方法这种方法又称为体积表示方法。这种表示方法中，物体被表示为一个三维体积基元的集合及它们之们的布尔运算：并、交及差。第12页，共40页，编辑于2022年，星期二Volume-based methods表示单元为体素(voxel)每个体素表示了所在位置的颜色、密度等相关信息。第13页，共40页，编辑于2022年，星期二Image-Based Modeling参见：Introduction to Image-Based RenderingBy:Lining Yanghttp:/www.cs.utk.edu/huangj/CS594F03/intro-ibr_yang.ppt第14页，共40页，编辑于2022年，星期二其他建模与表示技术(VR相关)细节层次(Levels of Detail:LOD)技术纹理映射(texture map)技术第15页，共40页，编辑于2022年，星期二细节层次技术(Level of Detail:LOD)参考参考:David Luebke(University of Virginia)http:/www.cs.virginia.edu/gfx/Courses/2004/RealTime/lecture06.LOD1.ppt第16页，共40页，编辑于2022年，星期二纹理映射技术(texture mapping)在视景表示时，对于有些细节，不需要建立相应的多边形表示，为了达到很好的视觉效果，只需要建立简单的几何模型，然后在几何模型的面上贴上对应的逼真图片就可以了。这种方法称为纹理映射方法。这不仅增加了场景的逼真度，而且减少了表示场景的多边形数目。第19页，共40页，编辑于2022年，星期二映射纹理前的场景映射纹理后的场景纹理映射技术(示例)第20页，共40页，编辑于2022年，星期二1.3 立体显示技术基本原理：基本原理：人的视觉系统可以通过四种线索得到深度知觉人的视觉系统可以通过四种线索得到深度知觉:n侧视网膜图象差侧视网膜图象差(lateral retinal image disparity);n运动视差运动视差(motion parallax);n图象大小差异图象大小差异(differential image size);n纹理梯度纹理梯度(texture gradient)。目前的立体显示技术基本上是基于双目视差原理实现的。目前的立体显示技术基本上是基于双目视差原理实现的。第21页，共40页，编辑于2022年，星期二HMD 实物与原理图头盔显示器Head Mounted Display,HMD第22页，共40页，编辑于2022年，星期二头盔实现方法1带有光导纤维的HMD的原理HMD 的实现方法第23页，共40页，编辑于2022年，星期二BOOMBinocular Omni-Orientation Monitorhttp:/ 第24页，共40页，编辑于2022年，星期二CAVECave Automatic Virtual Environmenthttp:/www.evl.uic.edu/pape/CAVE/http:/www.ipo.tue.nl/homepages/mrauterb/presentations/HCI-history/sld076.htm第25页，共40页，编辑于2022年，星期二CyberSphereFully Immersive Spherical Projection System Illustration of the Spherical Projection System the Fully Immersive Spherical Projection System http:/www.vr-systems.ndtilda.co.uk/sphere1.htm第26页，共40页，编辑于2022年，星期二ImmersaDesk http:/www.evl.uic.edu/pape/CAVE/idesk/paper/http:/avl.iu.edu/technology/idesk/第27页，共40页，编辑于2022年，星期二Infinity Wall http:/www.evl.uic.edu/pape/CAVE/idesk/paper/http:/www.it.bton.ac.uk/staff/lp22/CS133/vrslides/sld009.htm第28页，共40页，编辑于2022年，星期二2、声音生成技术参见：Real-Time Auralization of Sound in Virtual 3D EnvironmentsBy Scott McDermotthttp:/www.cacs.louisiana.edu/sdm1718/Real-Time_Auralization_of_Sound_in_Virtual_3D_Environments.ppt第29页，共40页，编辑于2022年，星期二3 触觉与力觉生成技术第30页，共40页，编辑于2022年，星期二3.1 触觉与力觉反馈设备There are two main types of haptic devices:devices that allow users to feel textures of 2-dementional objects with a pen or mouse-type interface glove or pen-type devices that allow the user to touch and manipulate 3-dementional virtual objects 第31页，共40页，编辑于2022年，星期二第二代TeletactII装有更高分辨率的指尖空气室，其余部分的空气室更大，并提供手掌反馈系统。很大的手掌空气室允许用户使劲握物体，然后接收刺激。TeletactII与TeletactI使用相似，只是空气室由20增加到30个。在中指尖、食指尖和拇指区域空气室密度较大，空气室也被放在手的背部，以产生手接触物体的感觉。ARRC力学反馈手套第32页，共40页，编辑于2022年，星期二数据手套第33页，共40页，编辑于2022年，星期二数据手套构成：输入传感设备，空间位置跟踪器作用：抓取、移动、装配、操纵、控制虚拟物体VPL公司 Data GloveVertex公司Cyber Glove Exos公司 DHM Glove 精度高Mattel公司 Power Glove 价廉5DT公司 Glove5/16第34页，共40页，编辑于2022年，星期二笔式力量感知器第35页，共40页，编辑于2022年，星期二PHANTOM Omni Haptic Device http:/ SensAble Technologies 第36页，共40页，编辑于2022年，星期二力反馈手套RMRM像一付手套似的戴在用像一付手套似的戴在用户的手上。主要结构包括一户的手上。主要结构包括一个小平台，上面架着四个特个小平台，上面架着四个特制的汽缸。每个汽缸轴的顶制的汽缸。每个汽缸轴的顶端都和相应的指尖相连接，端都和相应的指尖相连接，轴和指尖的连接通过轴和指尖的连接通过“Y”形形的连接物。一个简单的细的连接物。一个简单的细皮手套被作为传感器皮手套被作为传感器/反馈反馈系统的支持结构。系统的支持结构。第37页，共40页，编辑于2022年，星期二CyberGrasphttp:/ Immersion Corporation 第38页，共40页，编辑于2022年，星期二3.2 力觉的计算参见：Haptic RenderingBy Max Smolenshttp:/www.cs.unc.edu/lin/COMP259-S03/LEC/20a.ppt第39页，共40页，编辑于2022年，星期二第二讲结束谢谢！第40页，共40页，编辑于2022年，星期二
