Chapter4VirtualReality

第四章虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.2計算機圖形學(xué)4.3三維圖形接口Chapter4VirtualReality

第四章4.1VirtualReality

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.1.1HistoryandApplicationofVirtualReality4.1.1虛擬現(xiàn)實的歷史及應(yīng)用4.1VirtualReality

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)HistoryofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實的歷史自1962年，美國青年（MortonHeilig），發(fā)明了實感全景仿真機開始，虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。1970年元月1日，艾凡·薩瑟蘭(IvanSutherland)領(lǐng)導(dǎo)研制成功第一個頭盔顯示器，這一天進(jìn)行了首次的正式演示。VirtualReality的概念由美國VPLResearch公司的創(chuàng)始人加隆·蘭里爾(JaronLanier)在1989年正式提出來，中文通常譯作“虛擬現(xiàn)實”。VirtualReality簡稱VR。HistoryofVirtualReality

虛擬ApplicationofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用近年來VR研究也取得了很大進(jìn)步，除了一些娛樂系統(tǒng)外，還有飛行模擬器，模擬手術(shù)實驗室，駕駛模擬器，波音飛機777設(shè)計、遙控機器人、歐洲MonaLisa影視虛擬演播室、美國SIMNET海陸空戰(zhàn)場仿真互聯(lián)網(wǎng)。VR的一些具體的應(yīng)用領(lǐng)域有：娛樂、教育與訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)、可視化、遙控遙現(xiàn)、通訊與協(xié)同工作、設(shè)計與規(guī)劃、虛擬制造技術(shù)ApplicationofVirtualRealityApplication:

Meeting(VirtualEnvironment)Application:Meeting(VirtualEApplication:FearofHeightsApplication:FearofHeightsFearofHeights…SuccessStories!FearofHeights…SuccessStorieFearofspiders(arachnophobia)

蜘蛛恐懼癥Fearofspiders(arachnophobiaDrivingSimulatorDrivingSimulatorApplication:YACON高爾夫系統(tǒng)Application:YACON高爾夫系統(tǒng)Application:YACON高爾夫系統(tǒng)玩家擊打的是真的高爾夫球，經(jīng)過速度感應(yīng)器的計算，電腦能實時顯示出高爾夫球在虛擬球場上的運動軌跡，以及落點。真實的手感，加上逼真的顯示效果帶給玩家的是一種超越現(xiàn)實示的滿足感。在這里不僅能玩高爾夫球，而且能玩的很盡興，這家俱樂部還能提供您世界50個頂級高爾夫場地的模擬數(shù)據(jù)，玩家在這里就能足不出戶體驗游歷世界著名球場，享受揮桿天下的樂趣了Application:YACON高爾夫系統(tǒng)玩家擊打的是真4.1.2BasicConceptsofVR

4.1.2虛擬現(xiàn)實的基本概念(1)虛擬現(xiàn)實的定義

VirtualRealityDefinition(2)虛擬現(xiàn)實三角形

TriangleRelationshipofVirtualReality

(3)虛擬現(xiàn)實的外部設(shè)備

VirtualRealityTools4.1.2BasicConceptsofVR

.1VRDefinition

虛擬現(xiàn)實的定義(1)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在計算機技術(shù)支持下的一種人工環(huán)境，是人類與計算機和極其復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的一種技術(shù)。利用計算機系統(tǒng)可以人為創(chuàng)建一種虛擬空間，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有向用戶提供視覺、聽覺和觸覺、味覺和嗅覺等感知功能的能力，人們能夠在這個虛擬環(huán)境中觀察、聆聽、觸摸、漫游，并與虛擬環(huán)境中的實體進(jìn)行交互，從而使用戶親身體驗沉浸在虛擬空間中的感受。VRDefinition

虛VRDefinition

虛擬現(xiàn)實的定義(2)Realineffect,notrealinfact.

虛擬現(xiàn)實的最終目的是提高人的認(rèn)識能力，促進(jìn)人與環(huán)境的交流，更深入的開發(fā)人類的智慧。

思考：道路交通駕駛模擬器系統(tǒng)的目的？VRDefinition

TriangleofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實三角形(1)

Imagination

Interaction

Immersion

VirtualReality

TriangleofVirtualRe

TriangleofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實三角形(2)RealTime:Actionscanimmediatelymodifythestateofthespace.Immersion:Feelingtobeinthe3DVirtualSpace.Interaction:Possibiltyofmovinginthe3DspaceandmanipulateobjectsImagination:Getsomeideainthe3Dspace.TriangleofVirtualRe

TriangleofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實三角形(3)

沉浸性是指用戶感到被虛擬世界所包圍，就好像完全融入其中一樣。通常有兩種實現(xiàn)方法，一種是多“窗口”顯示法，常用于飛行或者駕駛模擬器中，用戶能夠通過任一“窗口”看見虛擬的世界，就好像通過一個真實的窗口看見外部世界一樣；另一種是多數(shù)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所采用的頭盔法，通過跟蹤用戶頭部的運動，用戶能看到變化的景象。交互性是指用戶能通過自然的動作與虛擬世界的物體進(jìn)行交互作用。例如在建筑中“穿行”，你可以開門或關(guān)門，也可以開關(guān)家電設(shè)備；在工程設(shè)計時，你可以用手拆散你的設(shè)計或者做其他的交互動作。想象力是指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答、形成新的概念。用一句話來概括3I：人們能夠沉浸到計算機系統(tǒng)所描述的環(huán)境中，利用多種傳感器和多維化的信息環(huán)境進(jìn)行交互作用，從定性和定量結(jié)合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識。TriangleofVirtualReExample1:InputtingDocument

VR實例1：文檔錄入《虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真》P29半實物仿真增強現(xiàn)實Example1:InputtingDocumentExample2:DrinkingHotCoffeeinVR

VR實例2：人在VR中喝熱咖啡半實物仿真、增強現(xiàn)實沉浸感生成的技術(shù)基礎(chǔ)人的感知系統(tǒng)對各種信息的獲取比例：視覺≥60%聽覺25％其他20％

如：觸覺、味覺、表情、手勢等真正可以投入實際應(yīng)用的技術(shù)還局限于視覺、聽覺、觸覺，人們對嗅覺、味覺的研究尚處于開發(fā)中……Example2:DrinkingHotCoffeVirtualRealityTools

虛擬現(xiàn)實外設(shè)3DPositionTrackersDataGlove3DMouseDataClothingTouchandForceFeedbackStereoDisplayDevices3DSoundGeneratorsVirtualRealityTools

DataGloveDataGloveHead-mounteddisplayHead-mounteddisplay3DMOUSE3DMOUSETouchandForceFeedback觸覺系統(tǒng)中的紋理模擬：細(xì)小彈簧模擬充氣式觸覺反饋裝置：細(xì)小可充氣氣泡操縱桿JoyStick式力反饋裝置：

如：游戲手柄、游戲方向盤kTouchandForceFeedback觸覺系統(tǒng)中的Ego-CentricorEmissiveVREgo-CentricorEmissiveVRNewSphereofVirtualRealityVirtuSphereprovidesamechnicalbasisfortrulyimmersivevirtualrealityenvironments,permittingtheusertomoveaboutinvirtualspacebysimplywalking.Thedeviceconsistsofalargehollowspherewhichismountedonaspeciallydesignedplatformthatallowsthespheretorotatefreelyastheuserwalksinanydirection.(Notethattheopenhatchinthepictureaboveisclosedduringuse.)Theuserwearsahead-mounteddisplay,whichprovidesthevirtualenvironment.Sensorsunderthesphereprovidesubjectspeedanddirectiontothecomputerrunningthesimulation.Userscanevenineractwithobjectsinvirtualspaceusingaspecialmanipulator.NewSphereofVirtualRealityV4.1.3StructureandClassificationofVR

4.1.3VR系統(tǒng)的構(gòu)成與分類

（1）典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本構(gòu)成：包括：虛擬現(xiàn)實發(fā)生器，聲音合成器，3D聲音定域器，語音識別器，跟蹤器，觸、動覺系統(tǒng)，頭盔顯示器（Head--MountDisplay），數(shù)據(jù)手套（DataGlove）等硬件系統(tǒng)；以及虛擬現(xiàn)實境界構(gòu)造程序和有關(guān)虛擬現(xiàn)實境界的數(shù)據(jù)庫等軟件系統(tǒng)。4.1.3StructureandClassifica頭部動作跟蹤器 頭部動作

跟蹤設(shè)備眼球運動

跟蹤設(shè)備 聲音

識別設(shè)備 手動作

識別設(shè)備 觸感發(fā)生器 計算機 眼球跟蹤器 拾音器

數(shù)據(jù)手套 自由度運動機構(gòu) 視景生成

子系統(tǒng) 立體聲

合成器

耳機

典型VR系統(tǒng)的基本構(gòu)成

頭部動作跟蹤器 頭部動作

跟蹤設(shè)備眼球運動

跟蹤設(shè)備 聲音

（2）

VRClassification

（2）VR的分類VR系統(tǒng)根據(jù)沉浸程度的不同，大致分為：強制式VR非強制式VR：如KMRTDSVR系統(tǒng)根據(jù)其原理和規(guī)模的不同可分為:桌面式VR系統(tǒng)座艙式VR系統(tǒng)投影式VR系統(tǒng)（2）VRClassification

（2）VR的分NonmandatoryVR

非強制式VRNonmandatoryVR

非強制式VRDesktopVR

桌面式VR系統(tǒng)DesktopVR

桌面式VR系統(tǒng)4.1.4VRRenderingTechnology

4.1.4VR渲染技術(shù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的渲染技術(shù)包括三類：基于圖形的渲染技術(shù):RenderingBasedonGraph基于圖像的渲染技術(shù)：RenderingBasedonImage基于點的渲染技術(shù)：RenderingBasedonPoint4.1.4VRRenderingTechnology

GeometricModeling

基于圖形：幾何造型GeometricModeling

基于圖TextureMapping

基于圖形：紋理映射TextureMapping

基于圖形：紋理RenderingBasedonImage基于圖像的渲染技術(shù)問題：紋理映射依賴于基礎(chǔ)的三維幾何建模紋理坐標(biāo)與幾何模型的結(jié)合存在困難RenderingBasedonIm虛擬現(xiàn)實技術(shù)課件Example實例電影《泰坦尼克號》中“泰坦尼克”模型的

建模費用為60MUS$

。Example實例電影《泰坦尼克號》中“泰坦尼克”模型的

建VR渲染技術(shù)演示基于圖像建模技術(shù)演示基于圖形建模技術(shù)演示VR渲染技術(shù)演示基于圖像建模技術(shù)演示基于圖形4.1.5VRModeling

4.1.5

VR建模

1.幾何建模GeometricModeling2.運動建模MotionModeling3.物理建模：表面變形、表面光滑程度4.對象行為：人的行為、駕駛員的行為5.模型分割LevelofDetail（LOD）6.

VirtualRealityModelingLanguage4.1.5VRModeling

4.1.5VR建模1GeometricModeling

幾何建模物體的幾何模型主要內(nèi)用來描述物體的形狀，常用的物體結(jié)構(gòu)表示有線框表示法、表面或邊界法和實體模型表示法。

GeometricModeling

幾何建模物體的幾何模型VSDesignDemo(CityRoad)VSDesignDemo(CityRoad)VSDesignDemo(Freeway)VSDesignDemo(Freeway)VSDesignDemo(RuralRoad)VSDesignDemo(RuralRoad)MotionModeling

運動建模Definition：在計算機上模擬空間微重力狀況下FFSR的運動學(xué)、動力學(xué)的運動規(guī)律。About：碰撞檢測：（demo）動態(tài)建模：（行走demo）MotionModeling

運動建模DefinitionPhysicalModeling

物理建模也稱現(xiàn)象建模，主要包括對幾何建模的結(jié)果進(jìn)行材質(zhì)、紋理、顏色、光照等處理，在計算機上生成具有真實感的圖形，并對虛擬環(huán)境對象的特性進(jìn)行描述。

PhysicalModeling

物理建模也稱現(xiàn)象建模，主ObjectBehaviour

對象行為行人行走仿真Demo法國AIMSUN軟件行人簡單行走模型實驗室逼真行人行走模型(行走仿真_逼真.dys)ObjectBehaviour

對象行為行人行走仿真DemDriverdealwithunexpectedevents

KMRTDS應(yīng)用:駕駛員處理突發(fā)事件DriverdealwithunexpectedevLevelofDetail

模型分割LevelofDetail

模型分割VirtualRealityModelingLanguage

虛擬現(xiàn)實建模語言VRML是一種用在Internet和Web超鏈上的，多用戶交互的，獨立于計算機平臺的，網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實建模語言。虛擬世界的顯示、交互及網(wǎng)絡(luò)互連都可以用VRML來描述。VRML被稱為繼HTML之后的第二代Web語言，它本身是一種建模語言，也就是說，它是用來描述三維物體及其行為的，可以構(gòu)建虛擬境界（VirturalWorld),可以集成文本、圖像、音響、MPEG影像等多種媒體類型，還可以內(nèi)嵌用Java、ECMAScript等語言編寫的程序代碼。VRML的基本目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式三維多媒體，基本特征包括分布式、三維、交互性、多媒體集成、境界逼真性等。VirtualRealityModelingLanguVRML的設(shè)計是從在WEB上欣賞實時3D圖象開始的。VRML瀏覽器既是插件，又是幫助應(yīng)用程序，還是獨立運行的應(yīng)用程序，它是傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實中同樣也使用的實時3D著色引擎。這使得VRML應(yīng)用從三維建模和動畫應(yīng)用中分離出來，在三維建模和動畫應(yīng)用中可以預(yù)先對前方場景進(jìn)行著色，但是沒有選擇方向的自由。VRML提供了6+1度的自由，用戶可以沿著三個方向移動，也可以沿著三個方向旋轉(zhuǎn)，同時還可以建立與其它3D空間的超鏈接。因此VRML是超空間的。VRML的設(shè)計是從在WEB上欣賞實時3D圖象開始的。VRMLVRML定義了一種把3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從語法角度看，VRML文件是顯式地定義和組織起來的3D多媒體對象集合；從語義角度看，VRML文件描述的是基于時間的交互式3D多媒體信息的抽象功能行為。VRML文件描述的基于時間的3D空間稱為虛擬境界(VirtualWorld)，簡稱境界，所包含的圖形對象和聽覺對象可通過多種機制動態(tài)修改。VRML定義了一種把3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從4.1.6VirturalRealityApplicationandForeground

4.1.6虛擬現(xiàn)實相關(guān)技術(shù)應(yīng)用與展望

增強現(xiàn)實技術(shù)

AugmentedReality普適計算

UbiquitousComputing虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用實例

VirturalRealityApplicationInstance4.1.6VirturalRealityApplicaAugmentedReality

增強現(xiàn)實技術(shù)增強現(xiàn)實(augmentedreality，AR)是指在真實環(huán)境(realenvironment)之上提供信息性和娛樂性的覆蓋(informativeandentertainingoverlays)，如將圖形、文字、聲音及超文本等疊加(overlay)于真實環(huán)境之上，提供附加信息，從而實現(xiàn)提醒、提示、注記、注釋及解釋等輔助功能。它是虛擬環(huán)境和真實環(huán)境的結(jié)合。增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展：仿真技術(shù)→虛擬現(xiàn)實技術(shù)→增強現(xiàn)實技術(shù)增強現(xiàn)實技術(shù)特征：虛實結(jié)合、實時交互、三維注冊AugmentedReality

4.1.VirtualEnvironmentModel

虛擬環(huán)境模型VirtualEnvironmentModel

虛擬環(huán)境增強現(xiàn)實虛擬環(huán)境建模增強現(xiàn)實虛擬環(huán)境建模UbiquitousComputing

普適計算20年前，計算機還是貴重的科學(xué)儀器，安裝在潔凈的機房并有專人負(fù)責(zé)管理。如果要上機，你需要換上白大褂和拖鞋，小心翼翼地敲鍵盤輸入程序代碼，然后耐心地等待運行結(jié)果。10年前，PC的普及使計算機的應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，我們可以在辦公室、在家里、甚至在旅途中使用計算機。但這離人類的理想還有很大的距離，我們?nèi)匀皇窃谥鲃拥亍笆褂谩庇嬎銠C，必須去安裝、配置和管理它們，基本上，計算機還是一種生產(chǎn)工具，與我們的生活還存在很大的距離。UbiquitousComputing

今天，社會信息化的飛速發(fā)展已經(jīng)使我們的工作和生活發(fā)生了深刻的變化，工作、學(xué)習(xí)、甚至日常生活都與計算機緊密相連?？纯吹湫偷亩际邪最I(lǐng)裝扮：手里拎著筆記本電腦、包里帶著“商務(wù)通”和手機，用計算機工作、上網(wǎng)、玩游戲已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的部分。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，人類的理想是讓計算機無處不在，成為能自覺、主動地為人們服務(wù)的“仆人”，這就是普適計算要解決的問題。今天，社會信息化的飛速發(fā)展已經(jīng)使我們的工作和生活發(fā)生了深刻的普適計算（ubiquitouscomputing，UC），又稱為無處不在的計算，這是由PARC的MarkWeiser于20世紀(jì)90年代初提出的，目的是讓計算機真正滲入到我們的日常生活中。它是指在我們周圍的環(huán)境中嵌入許多微型的計算芯片、裝置或系統(tǒng)，不僅可完成預(yù)定的計算功能，還可主動向可穿戴計算機的使用者提供信息，以便使用者無論在何處都能與周圍的環(huán)境進(jìn)行動態(tài)通信，充分獲取環(huán)境信息。在UC環(huán)境中，可穿戴計算機就是人與UC環(huán)境交互的主要渠道，起著特殊“界面”的作用。普適計算（ubiquitouscomputing，UC），VirturalRealityApplicationInstance

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用實例（1）基于圖形建模軟件RoadTranS–VRMAG：簡介：RoadTran-S–VRMAG建模、仿真軟件是基于OpenGL圖形庫的VisualC++程序，可在PC系列計算機、MicrosoftWindows操作系統(tǒng)下運行，具有三維實體建模、交互式場景生成平臺、任意視點3D漫游、模擬器實時驅(qū)動；開放接口等特點。軟件適用于交通工程、交通運輸、汽車工程、道路工程等行業(yè)。可用于道路交通虛擬仿真、交通環(huán)境3維建模、駕駛模擬器支撐軟件、交通設(shè)計評價等方向的教學(xué)與科研。軟件的主要功能、特色：該軟件具有三維實體建模、交互式場景生成平臺、任意視點3D漫游、模擬器實時驅(qū)動；開放接口等特點。VirturalRealityAppliRoadTranS–VRMAG軟件界面RoadTranS–VRMAG軟件界面（2）世紀(jì)景園演示

（2）世紀(jì)景園演示4.2ComputerGraphics

4.2計算機圖形學(xué)要求：了解計算機圖形學(xué)研究的基本內(nèi)容。回顧線性代數(shù)的矩陣乘法，掌握用與矩陣相乘實現(xiàn)圖形變換的方法、理解齊次坐標(biāo)的幾何意義。通過實例介紹二維圖形變換的基本方法、基本變換矩陣的級聯(lián)方法；要求掌握簡單的二維圖形變換方法。4.2ComputerGraphics

4.2計算機4.2.1Summarize

4.2.1概述隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，計算機圖形技術(shù)的發(fā)展也愈來愈受到人們的重視。計算機的應(yīng)用也逐步由數(shù)值計算，數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域向信息處理和知識處理領(lǐng)域拓寬。計算機的應(yīng)用不斷提出各種各樣的要求又進(jìn)一步促進(jìn)了計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和提高。計算機圖形學(xué)這一新的分支學(xué)科的出現(xiàn)，就是計算機應(yīng)用與計算機技術(shù)相互促進(jìn)的一個范例。與其它形態(tài)的信息相比，圖形具有直觀明了，含義豐富等種種優(yōu)點。因此它有著廣泛的用途。雖然圖形的表示、生成、處理、存貯、檢索和管理等要比文字復(fù)雜得多，但用計算機處理圖形信息比傳統(tǒng)的手工或機械方式提高了一大步，它使圖形的用途更加廣泛，更加有效，而成本越來越低。與圖形信息的計算機處理有關(guān)的計算機分支學(xué)科有三個，它們是圖象處理，模式識別和計算機圖形學(xué)。4.2.1Summarize

4.2.1概述隨著計算機4.2.23DStereoVision

4.2.2三維立體視覺

術(shù)語“深度”一般可以指：某一點到遠(yuǎn)處某物體之間的距離，也可以指兩個物體或同一物體的兩點之間的距離。（1)靜態(tài)的深度線索（2)運動深度線索（3)生理上的深度線索（4)立體視覺線索4.2.23DStereoVision

4.2.2三Staticdepthcue

靜態(tài)的深度線索遮擋

影調(diào)

亮度尺寸

線性透視

紋理Staticdepthcue

靜態(tài)的深度線索遮擋（1)

（1)靜態(tài)的深度線索--遮擋（1)

（1)靜態(tài)的深度線索--遮擋（1)靜態(tài)的深度線索--尺寸（1)靜態(tài)的深度線索--尺寸（1)靜態(tài)的深度線索--線性透視

我們觀察某一建筑物，屋頂和地面形成的直線看起來會聚于一點。如果知道建筑物的高度是一致的，我們就可以確定建筑物的深度了。這種利用物體上的直線投影的角度來判斷距離的方法，就是利用了線形透視。

（1)靜態(tài)的深度線索--線性透視我們觀察某一建筑物，屋頂和（2)MotionDepthCue

（2)運動深度線索

當(dāng)你用一只眼睛去看幾棵樹的上部，如果他們之間沒有互相遮攔的話，你很難說出哪棵樹近，哪棵樹遠(yuǎn)。但當(dāng)你左右移動一下你的頭部，樹的遠(yuǎn)近就很容易發(fā)現(xiàn)了，因為近處的樹在你看來移動得多或者說移動得快，而在遠(yuǎn)處的樹則移動得慢一些。（2)MotionDepthCue

（2)運動深度線索（3)PhysiologicalDepthCue

（3)生理上的深度線索

最重要的近處物體的深度信息要靠兩只眼睛來獲取。從生理上來探討，當(dāng)你看近處的物體時，因為兩只眼睛要看同一處，眼睛就要內(nèi)向（向臉的中心線）轉(zhuǎn)動。物體離你的臉越近，眼睛的轉(zhuǎn)動就越多，如果看的物體在6、7米之外，兩眼就基本平直了。所以，眼睛轉(zhuǎn)動的多少提供了深度的信息。從眼睛聚焦的過程來看，為了要看清一個物體，眼睛要調(diào)節(jié)晶狀體使得物體的像能清晰的聚焦眼底，這種調(diào)節(jié)過程能給我們一些深度線索。你可以試驗這種方法，但獲得的深度信息一般不太準(zhǔn)確。

（3)PhysiologicalDepthCue

（（4)StereoVision

DepthCue

（4)立體視覺線索

當(dāng)兩只眼睛相隔約60毫米，每只眼睛從略有不同的角度觀察同一物體時，每只眼睛看到的并不完全相同，這稱為視差。當(dāng)雙眼觀察到左右配對的特征時，某種神經(jīng)元反應(yīng)最為靈敏。在虛擬現(xiàn)實的顯示技術(shù)中，利用雙目視差來造成立體感是一個重要的方面。頭盔顯示系統(tǒng)就是利用了這一點來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的立體視覺線索的，因為頭盔顯示器中左眼和右眼所看到的視景系統(tǒng)有些差別。（4)StereoVisionDepthCue

4.2.3GraphTransform

4.2.3圖形變換二維圖形變換

三維圖形變換與投影變換

圖形變換實例4.2.3GraphTransform

4.2.3圖形GraphTransform

圖形變換通常我們要對圖形進(jìn)行各種變換，如平移，縮放，旋轉(zhuǎn)，投影等。這些變換的實質(zhì)是改變組成圖形的各點的坐標(biāo)。所以對圖形的變換就轉(zhuǎn)化為對一組點集的變換。既然構(gòu)成圖形的一組點集可由矩陣來表示，那么對圖形的變換就可通過對矩陣的運算來實現(xiàn)。

GraphTransform

圖形變換通常我們要對圖形進(jìn)行2DGraphTransform

二維圖形變換

一個點可以表示為［x,y］,與矩陣T2×2相乘得：［x,y］T＝［x*,y*］2DGraphTransform

4.(1)ScaleTransform

(1)比例變換

(1)ScaleTransform

(1)比例變換(2)RotateTransform

(2)旋轉(zhuǎn)變換

(2)RotateTransform

(2)旋轉(zhuǎn)變換(3)Translationand

HomogeneousCoordinates

(3)平移變換與齊次坐標(biāo)

(3)TranslationandHomogeneou(4)GeometricSignificanceofHomogeneousCoordinates

（4)齊次坐標(biāo)的幾何意義

用n+1維向量來表示n維向量的方法叫作齊次坐標(biāo)表示法。二維向量[xy]的齊次表示的一般形式為[ＨxＨyＨ](1)當(dāng)Ｈ＝１時，[xy1]是齊次坐標(biāo)的規(guī)范化表示，它的幾何意義是：x,y的坐標(biāo)沒任何變化，只是增加了Ｈ＝１的附加坐標(biāo)，相當(dāng)于使xoy坐標(biāo)平面上的圖形落到了Ｈ＝１平面上，圖形沒有發(fā)生任何幾何意義上的變化。圖形ABC與Ｈ＝１平面上的圖形A′B′C′完全等價。(2)當(dāng)Ｈ≠１時，產(chǎn)生透視效果。(4)GeometricSignificanceof3DGraphTransformandProjectionTransform

三維圖形變換與投影變換

3DGraphTransformandGraphTransformInstance

圖形變換實例(1)（1）繞坐標(biāo)原點外任意一點A的旋轉(zhuǎn)變換矩陣－2D問題描述：點P（x，y）繞任意點A（x0,y0）旋轉(zhuǎn)θ角，求變換矩陣T實

例：P（2，2）、A（1，1），θ＝45°，先用變換矩陣T求解，然后用數(shù)學(xué)方法求解以驗證。

GraphTransformInstanTransformation

MatrixSolution

變換矩陣求解（1)TransformationMatrixSolutionGraphTransformInstance

圖形變換實例(2)（2）關(guān)于任何一條直線的對稱變換矩陣－2D問題描述：點P（x，y）（或直線、面）繞任意軸（直線L：ax＋by＋c＝0）的鏡像操作，求變換矩陣T實

例：點P（0，0），直線L：x＋y＋1＝0，求鏡像點P′

GraphTransformInstanTransformation

MatrixSolution

變換矩陣求解（2)TransformationMatrixSolution4.33DGraphicalInterface

4.3三維圖形接口要求：了解三維圖形接口的概念，了解OpenGL的基本概念

4.3.1常見圖形API介紹4.3.2OpenGL簡介4.3.3OpenGL對圖形變換的封裝4.3.4圖形接口的選擇4.33DGraphicalInterface

WhatisAPI？

4.3.1什么是API？ApplicationProgrammingInterface在圖形圖像行業(yè)里，三維圖形API有許多種。常用的3D圖形API是：Direct3D(DirectX的主要設(shè)計成果)、OpenGL和QuickDraw3D(Heidi)。這3種常用的API格式在使用中都體現(xiàn)了一定的擴展性、靈活性和便捷性等。4.3.1WhatisAPI？

4.3.1什么是AP4.3.2OpenGLIntro

4.3.2OpenGL簡介OpenGL(OpenGraphicsLibrary開放圖形庫)是近年來發(fā)展起來的一個性能卓越的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，它是在SGI等多家世界聞名的計算機公司倡導(dǎo)下，以SGI的GL三維圖形庫為基礎(chǔ)制定的一個通用共享的開發(fā)式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。SGI公司于1990年開始著手OpenGL的研制。1992年OpenGL體系結(jié)構(gòu)委員會制定了1.0規(guī)范，經(jīng)歷了1.1、1.2、1.3、1.4、1.5，2.0(2004年8月推出)各個版本。目前最新版本為2.1版。什么是OpenGL？OpenGL被嚴(yán)格定義為“一種圖形硬件的軟件接口”,不是一門新的“語言”。從本質(zhì)上講，它是一個完全可移植并且速度很快的3D圖形和建模庫。

OpenGL是圖形硬件的軟件接口。OpenGL是作為一種新型的接口來設(shè)計的，它與硬件無關(guān)的特性，使其可以在不同的硬件平臺上實現(xiàn)。4.3.2OpenGLIntro

4.3.2OpenG4.3.3OpenGLAPIofGraphTransform

4.3.3OpenGL對圖形變換的封裝平移變換glTranslated(x，y，z)旋轉(zhuǎn)變換glRotated(θ，x，y，z)比例變換glScaled(x，y，z)4.3.3OpenGLAPIofGraphTran4.3.4GraphicalInterfaceSelect

4.3.4圖形接口的選擇OpenGL屬于底層圖形開發(fā)庫，要開發(fā)一個項目，開發(fā)量較大，但如果對一個已經(jīng)積累了許多OpenGL模塊的單位而言就不同了，使用已有的成果可能會非常容易。能快速、方便的加入了自定義的功能模塊。使用OpenGL開發(fā)的軟件具有自主知識產(chǎn)權(quán)。而使用Vega、MultiGenCreator等軟件進(jìn)行建模與仿真則不具備自主知識產(chǎn)權(quán)，必須綁定相應(yīng)的模塊。4.3.4GraphicalInterfaceSele態(tài)度決定一切細(xì)節(jié)影響成敗謝謝您的關(guān)注！態(tài)度決定一切Chapter4VirtualReality

第四章虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.2計算機圖形學(xué)4.3三維圖形接口Chapter4VirtualReality

第四章4.1VirtualReality

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)4.1.1HistoryandApplicationofVirtualReality4.1.1虛擬現(xiàn)實的歷史及應(yīng)用4.1VirtualReality

4.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)HistoryofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實的歷史自1962年，美國青年（MortonHeilig），發(fā)明了實感全景仿真機開始，虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。1970年元月1日，艾凡·薩瑟蘭(IvanSutherland)領(lǐng)導(dǎo)研制成功第一個頭盔顯示器，這一天進(jìn)行了首次的正式演示。VirtualReality的概念由美國VPLResearch公司的創(chuàng)始人加隆·蘭里爾(JaronLanier)在1989年正式提出來，中文通常譯作“虛擬現(xiàn)實”。VirtualReality簡稱VR。HistoryofVirtualReality

虛擬ApplicationofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用近年來VR研究也取得了很大進(jìn)步，除了一些娛樂系統(tǒng)外，還有飛行模擬器，模擬手術(shù)實驗室，駕駛模擬器，波音飛機777設(shè)計、遙控機器人、歐洲MonaLisa影視虛擬演播室、美國SIMNET海陸空戰(zhàn)場仿真互聯(lián)網(wǎng)。VR的一些具體的應(yīng)用領(lǐng)域有：娛樂、教育與訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)、可視化、遙控遙現(xiàn)、通訊與協(xié)同工作、設(shè)計與規(guī)劃、虛擬制造技術(shù)ApplicationofVirtualRealityApplication:

Meeting(VirtualEnvironment)Application:Meeting(VirtualEApplication:FearofHeightsApplication:FearofHeightsFearofHeights…SuccessStories!FearofHeights…SuccessStorieFearofspiders(arachnophobia)

蜘蛛恐懼癥Fearofspiders(arachnophobiaDrivingSimulatorDrivingSimulatorApplication:YACON高爾夫系統(tǒng)Application:YACON高爾夫系統(tǒng)Application:YACON高爾夫系統(tǒng)玩家擊打的是真的高爾夫球，經(jīng)過速度感應(yīng)器的計算，電腦能實時顯示出高爾夫球在虛擬球場上的運動軌跡，以及落點。真實的手感，加上逼真的顯示效果帶給玩家的是一種超越現(xiàn)實示的滿足感。在這里不僅能玩高爾夫球，而且能玩的很盡興，這家俱樂部還能提供您世界50個頂級高爾夫場地的模擬數(shù)據(jù)，玩家在這里就能足不出戶體驗游歷世界著名球場，享受揮桿天下的樂趣了Application:YACON高爾夫系統(tǒng)玩家擊打的是真4.1.2BasicConceptsofVR

4.1.2虛擬現(xiàn)實的基本概念(1)虛擬現(xiàn)實的定義

VirtualRealityDefinition(2)虛擬現(xiàn)實三角形

TriangleRelationshipofVirtualReality

(3)虛擬現(xiàn)實的外部設(shè)備

VirtualRealityTools4.1.2BasicConceptsofVR

.1VRDefinition

虛擬現(xiàn)實的定義(1)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在計算機技術(shù)支持下的一種人工環(huán)境，是人類與計算機和極其復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的一種技術(shù)。利用計算機系統(tǒng)可以人為創(chuàng)建一種虛擬空間，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有向用戶提供視覺、聽覺和觸覺、味覺和嗅覺等感知功能的能力，人們能夠在這個虛擬環(huán)境中觀察、聆聽、觸摸、漫游，并與虛擬環(huán)境中的實體進(jìn)行交互，從而使用戶親身體驗沉浸在虛擬空間中的感受。VRDefinition

虛VRDefinition

虛擬現(xiàn)實的定義(2)Realineffect,notrealinfact.

虛擬現(xiàn)實的最終目的是提高人的認(rèn)識能力，促進(jìn)人與環(huán)境的交流，更深入的開發(fā)人類的智慧。

思考：道路交通駕駛模擬器系統(tǒng)的目的？VRDefinition

TriangleofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實三角形(1)

Imagination

Interaction

Immersion

VirtualReality

TriangleofVirtualRe

TriangleofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實三角形(2)RealTime:Actionscanimmediatelymodifythestateofthespace.Immersion:Feelingtobeinthe3DVirtualSpace.Interaction:Possibiltyofmovinginthe3DspaceandmanipulateobjectsImagination:Getsomeideainthe3Dspace.TriangleofVirtualRe

TriangleofVirtualReality

虛擬現(xiàn)實三角形(3)

沉浸性是指用戶感到被虛擬世界所包圍，就好像完全融入其中一樣。通常有兩種實現(xiàn)方法，一種是多“窗口”顯示法，常用于飛行或者駕駛模擬器中，用戶能夠通過任一“窗口”看見虛擬的世界，就好像通過一個真實的窗口看見外部世界一樣；另一種是多數(shù)沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所采用的頭盔法，通過跟蹤用戶頭部的運動，用戶能看到變化的景象。交互性是指用戶能通過自然的動作與虛擬世界的物體進(jìn)行交互作用。例如在建筑中“穿行”，你可以開門或關(guān)門，也可以開關(guān)家電設(shè)備；在工程設(shè)計時，你可以用手拆散你的設(shè)計或者做其他的交互動作。想象力是指用戶沉浸在多維信息空間中，依靠自己的感知和認(rèn)知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答、形成新的概念。用一句話來概括3I：人們能夠沉浸到計算機系統(tǒng)所描述的環(huán)境中，利用多種傳感器和多維化的信息環(huán)境進(jìn)行交互作用，從定性和定量結(jié)合集成的環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識。TriangleofVirtualReExample1:InputtingDocument

VR實例1：文檔錄入《虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真》P29半實物仿真增強現(xiàn)實Example1:InputtingDocumentExample2:DrinkingHotCoffeeinVR

VR實例2：人在VR中喝熱咖啡半實物仿真、增強現(xiàn)實沉浸感生成的技術(shù)基礎(chǔ)人的感知系統(tǒng)對各種信息的獲取比例：視覺≥60%聽覺25％其他20％

如：觸覺、味覺、表情、手勢等真正可以投入實際應(yīng)用的技術(shù)還局限于視覺、聽覺、觸覺，人們對嗅覺、味覺的研究尚處于開發(fā)中……Example2:DrinkingHotCoffeVirtualRealityTools

虛擬現(xiàn)實外設(shè)3DPositionTrackersDataGlove3DMouseDataClothingTouchandForceFeedbackStereoDisplayDevices3DSoundGeneratorsVirtualRealityTools

DataGloveDataGloveHead-mounteddisplayHead-mounteddisplay3DMOUSE3DMOUSETouchandForceFeedback觸覺系統(tǒng)中的紋理模擬：細(xì)小彈簧模擬充氣式觸覺反饋裝置：細(xì)小可充氣氣泡操縱桿JoyStick式力反饋裝置：

如：游戲手柄、游戲方向盤kTouchandForceFeedback觸覺系統(tǒng)中的Ego-CentricorEmissiveVREgo-CentricorEmissiveVRNewSphereofVirtualRealityVirtuSphereprovidesamechnicalbasisfortrulyimmersivevirtualrealityenvironments,permittingtheusertomoveaboutinvirtualspacebysimplywalking.Thedeviceconsistsofalargehollowspherewhichismountedonaspeciallydesignedplatformthatallowsthespheretorotatefreelyastheuserwalksinanydirection.(Notethattheopenhatchinthepictureaboveisclosedduringuse.)Theuserwearsahead-mounteddisplay,whichprovidesthevirtualenvironment.Sensorsunderthesphereprovidesubjectspeedanddirectiontothecomputerrunningthesimulation.Userscanevenineractwithobjectsinvirtualspaceusingaspecialmanipulator.NewSphereofVirtualRealityV4.1.3StructureandClassificationofVR

4.1.3VR系統(tǒng)的構(gòu)成與分類

（1）典型的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本構(gòu)成：包括：虛擬現(xiàn)實發(fā)生器，聲音合成器，3D聲音定域器，語音識別器，跟蹤器，觸、動覺系統(tǒng)，頭盔顯示器（Head--MountDisplay），數(shù)據(jù)手套（DataGlove）等硬件系統(tǒng)；以及虛擬現(xiàn)實境界構(gòu)造程序和有關(guān)虛擬現(xiàn)實境界的數(shù)據(jù)庫等軟件系統(tǒng)。4.1.3StructureandClassifica頭部動作跟蹤器 頭部動作

跟蹤設(shè)備眼球運動

跟蹤設(shè)備 聲音

識別設(shè)備 手動作

識別設(shè)備 觸感發(fā)生器 計算機 眼球跟蹤器 拾音器

數(shù)據(jù)手套 自由度運動機構(gòu) 視景生成

子系統(tǒng) 立體聲

合成器

耳機

典型VR系統(tǒng)的基本構(gòu)成

頭部動作跟蹤器 頭部動作

跟蹤設(shè)備眼球運動

跟蹤設(shè)備 聲音

（2）

VRClassification

（2）VR的分類VR系統(tǒng)根據(jù)沉浸程度的不同，大致分為：強制式VR非強制式VR：如KMRTDSVR系統(tǒng)根據(jù)其原理和規(guī)模的不同可分為:桌面式VR系統(tǒng)座艙式VR系統(tǒng)投影式VR系統(tǒng)（2）VRClassification

（2）VR的分NonmandatoryVR

非強制式VRNonmandatoryVR

非強制式VRDesktopVR

桌面式VR系統(tǒng)DesktopVR

桌面式VR系統(tǒng)4.1.4VRRenderingTechnology

4.1.4VR渲染技術(shù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的渲染技術(shù)包括三類：基于圖形的渲染技術(shù):RenderingBasedonGraph基于圖像的渲染技術(shù)：RenderingBasedonImage基于點的渲染技術(shù)：RenderingBasedonPoint4.1.4VRRenderingTechnology

GeometricModeling

基于圖形：幾何造型GeometricModeling

基于圖TextureMapping

基于圖形：紋理映射TextureMapping

基于圖形：紋理RenderingBasedonImage基于圖像的渲染技術(shù)問題：紋理映射依賴于基礎(chǔ)的三維幾何建模紋理坐標(biāo)與幾何模型的結(jié)合存在困難RenderingBasedonIm虛擬現(xiàn)實技術(shù)課件Example實例電影《泰坦尼克號》中“泰坦尼克”模型的

建模費用為60MUS$

。Example實例電影《泰坦尼克號》中“泰坦尼克”模型的

建VR渲染技術(shù)演示基于圖像建模技術(shù)演示基于圖形建模技術(shù)演示VR渲染技術(shù)演示基于圖像建模技術(shù)演示基于圖形4.1.5VRModeling

4.1.5

VR建模

1.幾何建模GeometricModeling2.運動建模MotionModeling3.物理建模：表面變形、表面光滑程度4.對象行為：人的行為、駕駛員的行為5.模型分割LevelofDetail（LOD）6.

VirtualRealityModelingLanguage4.1.5VRModeling

4.1.5VR建模1GeometricModeling

幾何建模物體的幾何模型主要內(nèi)用來描述物體的形狀，常用的物體結(jié)構(gòu)表示有線框表示法、表面或邊界法和實體模型表示法。

GeometricModeling

幾何建模物體的幾何模型VSDesignDemo(CityRoad)VSDesignDemo(CityRoad)VSDesignDemo(Freeway)VSDesignDemo(Freeway)VSDesignDemo(RuralRoad)VSDesignDemo(RuralRoad)MotionModeling

運動建模Definition：在計算機上模擬空間微重力狀況下FFSR的運動學(xué)、動力學(xué)的運動規(guī)律。About：碰撞檢測：（demo）動態(tài)建模：（行走demo）MotionModeling

運動建模DefinitionPhysicalModeling

物理建模也稱現(xiàn)象建模，主要包括對幾何建模的結(jié)果進(jìn)行材質(zhì)、紋理、顏色、光照等處理，在計算機上生成具有真實感的圖形，并對虛擬環(huán)境對象的特性進(jìn)行描述。

PhysicalModeling

物理建模也稱現(xiàn)象建模，主ObjectBehaviour

對象行為行人行走仿真Demo法國AIMSUN軟件行人簡單行走模型實驗室逼真行人行走模型(行走仿真_逼真.dys)ObjectBehaviour

對象行為行人行走仿真DemDriverdealwithunexpectedevents

KMRTDS應(yīng)用:駕駛員處理突發(fā)事件DriverdealwithunexpectedevLevelofDetail

模型分割LevelofDetail

模型分割VirtualRealityModelingLanguage

虛擬現(xiàn)實建模語言VRML是一種用在Internet和Web超鏈上的，多用戶交互的，獨立于計算機平臺的，網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實建模語言。虛擬世界的顯示、交互及網(wǎng)絡(luò)互連都可以用VRML來描述。VRML被稱為繼HTML之后的第二代Web語言，它本身是一種建模語言，也就是說，它是用來描述三維物體及其行為的，可以構(gòu)建虛擬境界（VirturalWorld),可以集成文本、圖像、音響、MPEG影像等多種媒體類型，還可以內(nèi)嵌用Java、ECMAScript等語言編寫的程序代碼。VRML的基本目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式三維多媒體，基本特征包括分布式、三維、交互性、多媒體集成、境界逼真性等。VirtualRealityModelingLanguVRML的設(shè)計是從在WEB上欣賞實時3D圖象開始的。VRML瀏覽器既是插件，又是幫助應(yīng)用程序，還是獨立運行的應(yīng)用程序，它是傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實中同樣也使用的實時3D著色引擎。這使得VRML應(yīng)用從三維建模和動畫應(yīng)用中分離出來，在三維建模和動畫應(yīng)用中可以預(yù)先對前方場景進(jìn)行著色，但是沒有選擇方向的自由。VRML提供了6+1度的自由，用戶可以沿著三個方向移動，也可以沿著三個方向旋轉(zhuǎn)，同時還可以建立與其它3D空間的超鏈接。因此VRML是超空間的。VRML的設(shè)計是從在WEB上欣賞實時3D圖象開始的。VRMLVRML定義了一種把3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從語法角度看，VRML文件是顯式地定義和組織起來的3D多媒體對象集合；從語義角度看，VRML文件描述的是基于時間的交互式3D多媒體信息的抽象功能行為。VRML文件描述的基于時間的3D空間稱為虛擬境界(VirtualWorld)，簡稱境界，所包含的圖形對象和聽覺對象可通過多種機制動態(tài)修改。VRML定義了一種把3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從4.1.6VirturalRealityApplicationandForeground

4.1.6虛擬現(xiàn)實相關(guān)技術(shù)應(yīng)用與展望

增強現(xiàn)實技術(shù)

AugmentedReality普適計算

UbiquitousComputing虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用實例

VirturalRealityApplicationInstance4.1.6VirturalRealityApplicaAugmentedReality

增強現(xiàn)實技術(shù)增強現(xiàn)實(augmentedreality，AR)是指在真實環(huán)境(realenvironment)之上提供信息性和娛樂性的覆蓋(informativeandentertainingoverlays)，如將圖形、文字、聲音及超文本等疊加(overlay)于真實環(huán)境之上，提供附加信息，從而實現(xiàn)提醒、提示、注記、注釋及解釋等輔助功能。它是虛擬環(huán)境和真實環(huán)境的結(jié)合。增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展：仿真技術(shù)→虛擬現(xiàn)實技術(shù)→增強現(xiàn)實技術(shù)增強現(xiàn)實技術(shù)特征：虛實結(jié)合、實時交互、三維注冊AugmentedReality

4.1.VirtualEnvironmentModel

虛擬環(huán)境模型VirtualEnvironmentModel

虛擬環(huán)境增強現(xiàn)實虛擬環(huán)境建模增強現(xiàn)實虛擬環(huán)境建模UbiquitousComputing

普適計算20年前，計算機還是貴重的科學(xué)儀器，安裝在潔凈的機房并有專人負(fù)責(zé)管理。如果要上機，你需要換上白大褂和拖鞋，小心翼翼地敲鍵盤輸入程序代碼，然后耐心地等待運行結(jié)果。10年前，PC的普及使計算機的應(yīng)用邁進(jìn)了一大步，我們可以在辦公室、在家里、甚至在旅途中使用計算機。但這離人類的理想還有很大的距離，我們?nèi)匀皇窃谥鲃拥亍笆褂谩庇嬎銠C，必須去安裝、配置和管理它們，基本上，計算機還是一種生產(chǎn)工具，與我們的生活還存在很大的距離。UbiquitousComputing

今天，社會信息化的飛速發(fā)展已經(jīng)使我們的工作和生活發(fā)生了深刻的變化，工作、學(xué)習(xí)、甚至日常生活都與計算機緊密相連?？纯吹湫偷亩际邪最I(lǐng)裝扮：手里拎著筆記本電腦、包里帶著“商務(wù)通”和手機，用計算機工作、上網(wǎng)、玩游戲已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的部分。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，人類的理想是讓計算機無處不在，成為能自覺、主動地為人們服務(wù)的“仆人”，這就是普適計算要解決的問題。今天，社會信息化的飛速發(fā)展已經(jīng)使我們的工作和生活發(fā)生了深刻的普適計算（ubiquitouscomputing，UC），又稱為無處不在的計算，這是由PARC的MarkWeiser于20世紀(jì)90年代初提出的，目的是讓計算機真正滲入到我們的日常生活中。它是指在我們周圍的環(huán)境中嵌入許多微型的計算芯片、裝置或系統(tǒng)，不僅可完成預(yù)定的計算功能，還可主動向可穿戴計算機的使用者提供信息，以便使用者無論在何處都能與周圍的環(huán)境進(jìn)行動態(tài)通信，充分獲取環(huán)境信息。在UC環(huán)境中，可穿戴計算機就是人與UC環(huán)境交互的主要渠道，起著特殊“界面”的作用。普適計算（ubiquitouscomputing，UC），VirturalRealityApplicationInstance

虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用實例（1）基于圖形建模軟件RoadTranS–VRMAG：簡介：RoadTran-S–VRMAG建模、仿真軟件是基于OpenGL圖形庫的VisualC++程序，可在PC系列計算機、MicrosoftWindows操作系統(tǒng)下運行，具有三維實體建模、交互式場景生成平臺、任意視點3D漫游、模擬器實時驅(qū)動；開放接口等特點。軟件適用于交通工程、交通運輸、汽車工程、道路工程等行業(yè)?？捎糜诘缆方煌ㄌ摂M仿真、交通環(huán)境3維建模、駕駛模擬器支撐軟件、交通設(shè)計評價等方向的教學(xué)與科研。軟件的主要功能、特色：該軟件具有三維實體建模、交互式場景生成平臺、任意視點3D漫游、模擬器實時驅(qū)動；開放接口等特點。VirturalRealityAppliRoadTranS–VRMAG軟件界面RoadTranS–VRMAG軟件界面（2）世紀(jì)景園演示

（2）世紀(jì)景園演示4.2ComputerGraphics

4.2計算機圖形學(xué)要求：了解計算機圖形學(xué)研究的基本內(nèi)容?；仡櫨€性代數(shù)的矩陣乘法，掌握用與矩陣相乘實現(xiàn)圖形變換的方法、理解齊次坐標(biāo)的幾何意義。通過實例介紹二維圖形變換的基本方法、基本變換矩陣的級聯(lián)方法；要求掌握簡單的二維圖形變換方法。4.2ComputerGraphics

4.2計算機4.2.1Summarize

4.2.1概述隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步，計算機圖形技術(shù)的發(fā)展也愈來愈受到人們的重視。計算機的應(yīng)用也逐步由數(shù)值計算，數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域向信息處理和知識處理領(lǐng)域拓寬。計算機的應(yīng)用不斷提出各種各樣的要求又進(jìn)一步促進(jìn)了計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和提高。計算機圖形學(xué)這一新的分支學(xué)科的出現(xiàn)，就是計算機應(yīng)用與計算機技術(shù)相互促進(jìn)的一個范例。與其它形態(tài)的信息相比，圖形具有直觀明了，含義豐富等種種優(yōu)點。因此它有著廣泛的用途。雖然圖形的表示、生成、處理、存貯、檢索和管理等要比文字復(fù)雜得多，但用計算機處理圖形信息比傳統(tǒng)的手工或機械方式提高了一大步，它使圖形的用途更加廣泛，更加有效，而成本越來越低。與圖形信息的計算機處理有關(guān)的計算機分支學(xué)科有三個，它們是圖象處理，模式識別和計算機圖形學(xué)。4.2.1Summarize

4.2.1概述隨著計算機4.2.23DStereoVision

4.2.2三維立體視覺

術(shù)語“深度”一般可以指：某一點到遠(yuǎn)處某物體之間的距離，也可以指兩個物體或同一物體的兩點之間的距離。（1)靜態(tài)的深度線索（2)運動深度線索（3)生理上的深度線索（4)立體視覺線索4.2.23DStereoVision

4.2.2三Staticdepthcue

靜態(tài)的深度線索遮擋

影調(diào)

亮度尺寸

線性透視

紋理Staticdepthcue

靜態(tài)的深度線索遮擋（1)

（1)靜態(tài)的深度線索--遮擋（1)

（1)靜態(tài)的深度線索--遮擋（1)靜態(tài)的深度線索--尺寸（1)靜態(tài)的深度線索--尺寸（1)靜態(tài)的深度線索--線性透視

我們觀察某一建筑物，屋頂和地面形成的直線看起來會聚于一點。如果知道建筑物的高度是一致的，我們就可以確定建筑物的深度了。這種利用物體上的直線投影的角度來判斷距離的方法，就是利用了線形透視。

（1)靜態(tài)的深度線索--線性透視我們觀察某一建筑物，屋頂和（2)MotionDepthCue

（2)運動深度線索

當(dāng)你用一只眼睛去看幾棵樹的上部，如果他們之間沒有互相遮攔的話，你很難說出哪棵樹近，哪棵樹遠(yuǎn)。但當(dāng)你左右移動一下你的頭部，樹的遠(yuǎn)近就很容易發(fā)現(xiàn)了，因為近處的樹在你看來移動得多或者說移動得快，而在遠(yuǎn)處的樹則移動得慢一些。（2)MotionDepthCue

（2)運動深度線索（3)PhysiologicalDepthCue

（3)生理上的深度線索

最重要的近處物體的深度信息要靠兩只眼睛來獲取。從生理上來探討，當(dāng)你看近處的物體時，因為兩只眼睛要看同一處，眼睛就要內(nèi)向（向臉的中心線）轉(zhuǎn)動。物體離你的臉越近，眼睛的轉(zhuǎn)動就越多，如果看的物體在6、7米之外，兩眼就基本平直了。所以，眼睛轉(zhuǎn)動的多少提供了深度的信息。從眼睛聚焦的過程來看，為了要看清一個物體，眼睛要調(diào)節(jié)晶狀體使得物體的像能清晰的聚焦眼底，這種調(diào)節(jié)過程能給我們一些深度線索。你可以試驗這種方法，但獲得的深度信息一般不太準(zhǔn)確。

（3)PhysiologicalDepthCue

（（4)StereoVision

DepthCue

（4)立體視覺線索

當(dāng)兩只眼睛相隔約60毫米，每只眼睛從略有不同的角度觀察同一物體時，每只眼睛看到的并不完全相同，這稱為視差。當(dāng)雙眼觀察到左右配對的特征時，某種神經(jīng)元反應(yīng)最為靈敏。在虛擬現(xiàn)實的顯示技術(shù)中，利用雙目視差來造成立體感是一個重要的方面。頭盔顯示系統(tǒng)就是利用了這一點來實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的立體視覺線索的，因為頭盔顯示器中左眼和右眼所看到的視景系統(tǒng)有些差別。（4)StereoVisionDepthCue

4.2.3GraphTransform

4.2.3圖形變換二維圖形變換

三維圖形變換與投影變換

圖形變換實例4.2.3GraphTransform

4.2.3圖形GraphTransform

圖形變換通常我們要對圖形進(jìn)行各種變換，如平移，縮放，旋轉(zhuǎn)，投影等。這些變換的實質(zhì)是改變組成圖形的各點的坐標(biāo)。所以對圖形的變換就轉(zhuǎn)化為對一