虛擬現實與三維技術的學習匯報

虛擬現實與三維技術的學習匯報內容提綱虛擬現實簡介1三維立體顯示技術2三維空間的數據模型3三維空間的拓撲關系4三維建模系統(tǒng)及方法5三維在GIS上的應用及趨勢6虛擬現實簡介世界上首個具有虛擬現實思想的裝置是由Mor-tonHeilig在1962年研制成功的，它是一種被稱之為Sensorma的具有多種感官刺激的全景式立體電影設備。1965年，IvanSutherland博士發(fā)表“TheUl-timateDisplay”一文，提出了一種全新的圖形顯示技術。1989年，美國VPL公司的創(chuàng)建人之一JaronLanier提出VirtualReality的說法。虛擬現實簡介 虛擬現實（VirtualReality，VR），（又稱作靈境，幻真）就是采用計算機技術生成一個逼真的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等虛擬的感觀世界，用戶可以直接用人的技能和智慧對這個生成的虛擬實體進行考察和操作。虛擬現實簡介多感知性沉浸性交互性構想性真實性虛擬現實虛擬現實系統(tǒng)虛擬現實簡介虛擬現實系統(tǒng)組成虛擬境界生成設備交互設備感知設備跟蹤設備 虛擬現實簡介簡易型沉浸型共享型虛擬現實系統(tǒng)

三維立體顯示技術三維立體顯示技術三維立體顯示技術眼鏡和頭盔顯示技術自動分光立體顯示技術體三維立體技術研究動向眼鏡和頭盔顯示技術分色技術 分色技術是利用人類能感知紅藍綠三原色的機理，使進入左右眼的光譜不同，從而產生雙眼視差來產生立體感的眼。主要使用3D眼鏡實現對圖像的分色。 目前主要應用于3D影院，這種制造相對簡單，在一些DVD等影像制品中也附帶這種眼鏡，在任何色彩顯示器上都可以播放。分光技術 分光技術是用偏光濾鏡或偏光片濾除特定角度偏振光以外的所有光，讓0度的光只進入右眼，90度的光只進入左眼。這種眼鏡是由兩片液晶片組成，也用于3D影院中，但是長時間佩戴眼鏡會有酸脹感，頭也會暈。眼鏡和和頭盔盔顯示示技術術分時技技術利用雙雙眼視視覺的的繼時時顯示示特性性，將將兩套套畫面面在不不同時時間播播放，，將兩兩套畫畫面以以極快快的速速度切切換，，在人人的視視覺暫暫留特特性的的作用用下合合成連連續(xù)的的畫面面，這這種眼眼鏡目目前也也稱為為液晶晶快門門眼鏡鏡。頭盔顯顯示器器頭盔顯顯示其其安裝裝有兩兩個小小型顯顯示器器在人人的眼眼前，，分別別為左左右眼眼提供供具有有雙目目視差差的不不同圖圖像。。同時時遮擋擋住外外部的的光線線和視視野，，會有有很強強的沉沉浸感感。眼鏡和和頭盔盔顯示示技術術分色眼眼鏡分分光眼眼鏡自動分分光立立體顯顯示技技術近年來來，不不需要要佩戴戴眼鏡鏡也能能看3D立體效效果的的自動動分光光立體體顯示示器已已經進進入了了市場場。這這里介介紹兩兩種前前置分分光器器件的的方式式：柱透鏡鏡法視差屏屏障法法自動分分光立立體顯顯示技技術自動分分光立立體顯顯示技技術體三維維立體體技術術這是一一種真真正能能夠實實現動動態(tài)效效果的的3D技術??！它是是利用用可見見光的的產生生、吸吸收或或散射射來激激勵透透明體體內的的物質質，從從而形形成類類似于于空間間像素素的體體素，，眾多多體素素聚集集在一一起，，就形形成了了三維維空間間的三三維圖圖像。。研究動動向美國Actualitysystems公司在在2003年美國國HIMSS2003上介紹紹了立立體圖圖像顯顯示系系統(tǒng)““perspecta3Dsystem”2004年，日日本日日立公公司生生產出出可以以實時時生成成三維維圖像像的3D顯示設設備transport，在360度的任任何角角度都都能看看到它它顯示示的立立體圖圖像。。夏普公公司從從2003年開始始已經經賣了了上百百萬部部帶立立體顯顯示屏屏的手手機2006年，philips公司推推出了了20英寸和和42英寸可可2D/3D轉換的的LCD自動立立體顯顯示器器。三維空空間的的數據據模型型三維空空間的的數據據模型型三維空空間數數據模模型三維空空間數數據模模型的的研究究現狀狀Bak和Mill提出一一個典典型的的地學學資源源管理理系統(tǒng)統(tǒng)(GRMS)。RongxingLi提出了了一個個基于于多種種表示示的三三維GIS系統(tǒng)。。Molenaar提出了了一個個形式式化三三維數數據結結構(FormalDataStrcture(FDS)),定義了了一個個三維維矢量量數據據模型型和三三維拓拓撲關關系。。龔健雅雅提出出了一一個以以礦山山應用用為背背景的的矢量量與柵柵格集集成面面向對對象的的三維維數據據模型型,并進一一步將將面向向對象象的數數據模模型擴擴充到到時間間維。。Victor和PiloutMetal提出了了一個個基于于點四四面體體格網網(Tetra-hedraNetwork(TEN))的三維維矢量量數據據模型型。李青元元從礦礦山與與地質質領域域的應應用出出發(fā),提出了了三維維矢量量結構構GIS的結點點、邊邊、環(huán)環(huán)、曲曲面片片、體體之間間的五五組拓拓撲關關系。。李清泉泉、李李德仁仁針對對城市市、海海洋等等領域域的應應用,發(fā)展了了三種種不同同的空空間模模型的的集成成方法法,一種是是用于于城市市三維維構模?；谟诓灰?guī)規(guī)則三三角網網(TIN)的集成成模型型,第二種種是用用于地地質、、海洋洋等領領域,基于八八叉樹樹和四四面體體格網網的混混合模模型,第三種種是具具有一一般性性矢量量柵格格集成成的三三維空空間數數據模模型。。三維空空間數數據模模型單一三三維數數據模模型三維空空間數數據模模型格網結結構是是DEM中常用用的一一種結結構，，地形形表面面被劃劃分成成規(guī)則則的格格網，，每個個格網網點上上有一一個高高程值值相對對應，，其基基本元元素是是一個個點，，主要要用于于DEM中等高高線的的2.5D表示。。三維空空間數數據模模型形狀結結構通通過對對象表表面點點的斜斜率來來描述述，基基本元元素是是表面面上各各單元元所對對應的的法線線向量量。主主要用用于表表面的的3D重建。。三維空空間數數據模模型面片結結構是是用不不同形形狀的的面片片近似似表示示一個個對象的的表面面。面面片的的形狀狀有正正方形形、規(guī)規(guī)則三三角形形、不不規(guī)則則三角角形（（TIN）和泰泰森多多邊形形等。。三維空空間數數據模模型邊界表表示是是一個個分級級表示示方法法，空空間的的任一一對象象可以以分解解為4類元素素的組組合，，即點點、線線、面面和體體。每每一類類元素素由幾幾何數數據、、分類類標志志以及及與其其他類類元素素的相相互關關系（（拓撲撲關系系）來來描述述。三維空空間數數據模模型3D柵格是是一個個緊密密排列列充滿滿3D空間的的陣列列,其元素素值是是0或1,1表示對對象占占有,0表示空空。三維空空間數數據模模型八叉樹樹結構構是2D四叉樹樹結構構在空空間的的擴展展,用層次次式的的3D空間子子區(qū)域域劃分分來代代替大大小相相等,規(guī)則排排列的的3D柵格。。三維空空間數數據模模型結構實實體幾幾何法法是用用預先先定義義好的的具有有一定定形狀狀的基基本體體素的的組合合來表表示對對象，，體素素之間間的關關系包包括幾幾何變變換和和布爾爾操作作。三維空空間數數據模模型不規(guī)則則四面面體結結構（（TEN）是不不規(guī)則則三角角形結結構(TIN)向3D的擴展展,以四面面體作作為最最基本本體素素來描描述對對象.這種結結構是是以連連接但但不重重疊的的不規(guī)規(guī)則四四面體體構成成格網網.三維空空間數數據模模型混合(含模型型集成成)三維數數據模模型三維空空間的的拓撲撲關系系三維空空間的的拓撲撲關系系三維空空間的的拓撲撲關系系在三維維空間間中,根據空空間對對象的的自由由度，，可分分為4種空間間對象象，即即點狀狀對象象、線線狀對對象、、面狀狀對象象和體體狀對對象。。分別別定義義成零零維對對象、、一維維對象象、二二維對對象、、三維維對象象。根根據點點集拓拓撲學學理論論,三維拓拓撲空空間中中的對對象的的形式式化定定義和和關系系均基基于點點集的的方法法。若將三三維空空間對對象A的邊界界記為為,內部記記為,則存在在關系系式=A-。設有兩兩個空空間對對象A和B,其邊界界與內內部的的交集集分別別用4個集合合表示示:S2=。。。其其中Si(i=1234)的取值值范圍圍為Ф…dim(Si)。三維空空間的的拓撲撲關系系設三元元組(A，R，B)表示三三維空空間對對象A和B間存在在著關關系R我們稱稱此三三元組組為一一個事事實(fact)事實可可以通通過布布爾運運算交交(∩)或并(∪)進行組組合。。三維維空間間拓撲撲關系系最小小集的的形式式化定定義如如下：：三維建建模系系統(tǒng)及及方法法三維建建模系系統(tǒng)及及方法法三維模模型重重建系系統(tǒng)一個完完整的的三維維模型型重建建系統(tǒng)統(tǒng)包括括一下下五個個模塊塊：三維模模型重重建系系統(tǒng)目前的的研究究內容容大都都集中中在距距離圖圖像的的分割割與距距離圖圖像的的配準準兩個個方面面。1、距距離離圖像像的分分割：：①基于邊邊界檢檢測的的分割割②基于于表面面擬合合的分分割③邊界界檢測測和表表面擬擬合相相結合合的分分割每種方方法都都有優(yōu)優(yōu)缺點點:①邊界檢檢測方方法傾傾向于于定位位區(qū)域域的邊邊界,通常速速度較較快。。但是是,這種算算法不不可避避免地地造成成邊的的不連連續(xù),容易得得到一一些零零碎的的邊,不能保保證邊邊界的的封閉閉性,所以必必須進進行有有效的的邊連連接技技術,同時對對圖像像中的的噪聲聲比較較敏感感。②②表面面擬合合方法法通常常得到到封閉閉但扭扭曲、、不光光滑的的邊界界。同同時,基于區(qū)區(qū)域的的方法法在合合并分分離時時要求求好的的準則則,在聚類類時要要求適適當的的閾值值。最最后的的分割割結果果與種種子點點或種種子區(qū)區(qū)域的的選取取有關關,并且容容易造造成過過分割割或欠欠分割割的現現象。?；谟诒砻婷鏀M合合的分分割通通常采采用迭迭代過過程,所以很很耗時時,速度較較慢。。三維模模型重重建系系統(tǒng)2、距距離圖圖像的的配準準①基于于傳感感器精精確定定位的的算法法②基基于于特特征征匹匹配配的的算算法法基于于直直接接定定位位的的匹匹配配融融合合算算法法:由于于里里程程儀儀/陀螺螺儀儀/GPS/INS等定定位位傳傳感感器器的的固固有有誤誤差差,直接接利利用用它它們們進進行行定定位位,所得得結結果果的的精精度度較較差差。。所所以以,為了了得得到到更更好好的的定定位位結結果果,通常常結結合合卡卡爾爾曼曼濾濾波波器器來來對對誤誤差差進進行行修修正正,或者者結結合合激激光光測測距距雷雷達達,進行行多多傳傳感感器器的的信信息息融融合合處處理理。?；谟谔靥卣髡髌テヅ渑涞牡钠テヅ渑淙谌诤虾纤闼惴ǚ?為了了進進行行匹匹配配融融合合,它要要求求連連續(xù)續(xù)測測量量的的距距離離圖圖像像必必須須有有一一定定程程度度的的重重疊疊,以提提取取共共同同的的特特征征進進行行匹匹配配。。這這種種基基于于匹匹配配的的配配準準算算法法,通常常都都是是很很耗耗時時的的。。同同時時,還牽牽涉涉到到視視點點/傳感感器器的的規(guī)規(guī)劃劃問問題題。。三維維模模型型重重建建系系統(tǒng)統(tǒng)幾個個典典型型的的三三維維重重建建系系統(tǒng)統(tǒng)：：美國國CMU大學學的的AVENUEProject城市市環(huán)環(huán)境境中中的的自自動動場場景景建建模模歐洲洲的的ACTSRESOLVProject進行行環(huán)環(huán)境境的的三三維維信信息息獲獲取取與與建建模模,用于于重重構構VR模型型美國國MIT大學學的的CityScanningProject在城城市市環(huán)環(huán)境境中中自自主主導導航航,獲取取場場景景的的三三維維數數據據并并進進行行三三維維模模型型重重構構加拿拿大大NRC實驗驗室室的的VITGroup:三維維數數字字化化及及建建模模系系統(tǒng)統(tǒng)日本本東東京京大大學學的的VLMS:三維維空空間間的的數數據據自自動動獲獲取取與與建建模模三維維模模型型重重建建系系統(tǒng)統(tǒng)三維維建建模模方方法法通過過三三維維造造型型軟軟件件建建模模：：3DSMAX是1996年Kinetix公司司在在以以前前的的3Dstudio基礎礎上上重重新新開開發(fā)發(fā)的的一一種種全全新新的的可可用用于于PC機上上的的三三維維造造型型和和動動畫畫軟軟件件,它采采用用了了模模塊塊化化的的開開發(fā)發(fā)平平臺臺,通過過大大量量的的外外掛掛模模塊塊和和更更多多的的第第三三模模塊塊可可以以極極大大地地擴擴展展其其功功能能。?？煽梢砸酝ㄍㄟ^過特特定定外外掛掛軟軟件件將將3DSMAX中的的數數據據模模型型轉轉換換為為特特定定的的數數據據文文件件。。MAYA是AliaslWaveFont公司的推推出三維維制作軟軟件,盡管推出出只有幾幾年的時時間,但憑借它它強大的的功能、、友好的的界面和和豐富的的視覺效效果,在《恐龍》等影片的的三維制制作等大大顯身手手,成為三維維模型制制作的又又一個頂頂級軟件件。同樣樣可以通通過特定定外掛軟軟件將MAYA中的數據據模型轉轉換為特特定的數數據文件件。AutoCAD、GoogleEarth和Skyline。三維建模模方法通過三維維應用程程序接口口實現建建模：OpenGLQD3D(Quick-Draw3D)JAVA3DMicrosoft的Direct3DIDL(InteractiveDataLanguage)VRML(VirtualRealityModelingLanguage)GoogleEarth的APIArcSence三維建模模方法其他建模模方法：：基于Multigen的數據建建模MultigenCreator/Vega產品是世世界上領領先的實實時三維維數據庫庫生成系系統(tǒng),它可以用用來對戰(zhàn)戰(zhàn)場仿真真、娛樂樂、城市市仿真和和計算可可視化等等領域的的視景數數據庫進進行產生生、編輯輯和查看看三維影像像方式建建模將將DEM與航空影影像疊加加,生成三維維影像利用GIS屬性建模模利利用現現有GIS系統(tǒng)中x、y坐標和作作為屬性性數據的的z坐標值,直接生成成三維模模型激光掃描描方式建建模利利用用數字相相機和激激光掃描描儀獲取取的三維維數