虛擬現(xiàn)實(shí)與三維技術(shù)的學(xué)習(xí)匯報(bào)

虛擬現(xiàn)實(shí)與三維技術(shù)的學(xué)習(xí)匯報(bào)內(nèi)容提綱虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介1三維立體顯示技術(shù)2三維空間的數(shù)據(jù)模型3三維空間的拓?fù)潢P(guān)系4三維建模系統(tǒng)及方法5三維在GIS上的應(yīng)用及趨勢(shì)6虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介世界上首個(gè)具有虛擬現(xiàn)實(shí)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(shè)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(shù)。1989年，美國(guó)VPL公司的創(chuàng)建人之一JaronLanier提出VirtualReality的說(shuō)法。虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介 虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR），（又稱作靈境，幻真）就是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)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(duì)這個(gè)生成的虛擬實(shí)體進(jìn)行考察和操作。虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介多感知性沉浸性交互性構(gòu)想性真實(shí)性虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成虛擬境界生成設(shè)備交互設(shè)備感知設(shè)備跟蹤設(shè)備 虛擬現(xiàn)實(shí)簡(jiǎn)介簡(jiǎn)易型沉浸型共享型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

三維立體顯示技術(shù)三維立體顯示技術(shù)三維立體顯示技術(shù)眼鏡和頭盔顯示技術(shù)自動(dòng)分光立體顯示技術(shù)體三維立體技術(shù)研究動(dòng)向眼鏡和頭盔顯示技術(shù)分色技術(shù) 分色技術(shù)是利用人類能感知紅藍(lán)綠三原色的機(jī)理，使進(jìn)入左右眼的光譜不同，從而產(chǎn)生雙眼視差來(lái)產(chǎn)生立體感的眼。主要使用3D眼鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分色。 目前主要應(yīng)用于3D影院，這種制造相對(duì)簡(jiǎn)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(shù) 分光技術(shù)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(jìn)入右眼，90度的光只進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間佩戴眼鏡會(huì)有酸脹感，頭也會(huì)暈。眼鏡和和頭盔盔顯示示技術(shù)術(shù)分時(shí)技技術(shù)利用雙雙眼視視覺的的繼時(shí)時(shí)顯示示特性性，將將兩套套畫面面在不不同時(shí)時(shí)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(gè)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(shí)時(shí)遮擋擋住外外部的的光線線和視視野，，會(huì)有有很強(qiáng)強(qiáng)的沉沉浸感感。眼鏡和和頭盔盔顯示示技術(shù)術(shù)分色眼眼鏡分分光眼眼鏡自動(dòng)分分光立立體顯顯示技技術(shù)近年來(lái)來(lái)，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(dòng)動(dòng)分光光立體體顯示示器已已經(jīng)進(jìn)進(jìn)入了了市場(chǎng)場(chǎng)。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(dòng)分分光立立體顯顯示技技術(shù)自動(dòng)分分光立立體顯顯示技技術(shù)體三維維立體體技術(shù)術(shù)這是一一種真真正能能夠?qū)崒?shí)現(xiàn)動(dòng)動(dòng)態(tài)效效果的的3D技術(shù)！！它是是利用用可見見光的的產(chǎn)生生、吸吸收或或散射射來(lái)激激勵(lì)透透明體體內(nèi)的的物質(zhì)質(zhì)，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(dòng)動(dòng)向美國(guó)Actualitysystems公司在在2003年美國(guó)國(guó)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(chǎn)出出可以以實(shí)時(shí)時(shí)生成成三維維圖像像的3D顯示設(shè)設(shè)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(jīng)經(jīng)賣了了上百百萬(wàn)部部帶立立體顯顯示屏屏的手手機(jī)2006年，philips公司推推出了了20英寸和和42英寸可可2D/3D轉(zhuǎn)換的的LCD自動(dòng)立立體顯顯示器器。三維空空間的的數(shù)據(jù)據(jù)模型型三維空空間的的數(shù)據(jù)據(jù)模型型三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型的的研究究現(xiàn)狀狀Bak和Mill提出一一個(gè)典典型的的地學(xué)學(xué)資源源管理理系統(tǒng)統(tǒng)(GRMS)。RongxingLi提出了了一個(gè)個(gè)基于于多種種表示示的三三維GIS系統(tǒng)。。Molenaar提出了了一個(gè)個(gè)形式式化三三維數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)(FormalDataStrcture(FDS)),定義了了一個(gè)個(gè)三維維矢量量數(shù)據(jù)據(jù)模型型和三三維拓拓?fù)潢P(guān)關(guān)系。。龔健雅雅提出出了一一個(gè)以以礦山山應(yīng)用用為背背景的的矢量量與柵柵格集集成面面向?qū)?duì)象的的三維維數(shù)據(jù)據(jù)模型型,并進(jìn)一一步將將面向向?qū)ο笙蟮臄?shù)數(shù)據(jù)模模型擴(kuò)擴(kuò)充到到時(shí)間間維。。Victor和PiloutMetal提出了了一個(gè)個(gè)基于于點(diǎn)四四面體體格網(wǎng)網(wǎng)(Tetra-hedraNetwork(TEN))的三維維矢量量數(shù)據(jù)據(jù)模型型。李青元元從礦礦山與與地質(zhì)質(zhì)領(lǐng)域域的應(yīng)應(yīng)用出出發(fā),提出了了三維維矢量量結(jié)構(gòu)構(gòu)GIS的結(jié)點(diǎn)點(diǎn)、邊邊、環(huán)環(huán)、曲曲面片片、體體之間間的五五組拓拓?fù)潢P(guān)關(guān)系。。李清泉泉、李李德仁仁針對(duì)對(duì)城市市、海海洋等等領(lǐng)域域的應(yīng)應(yīng)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(gòu)模?；谟诓灰?guī)規(guī)則三三角網(wǎng)網(wǎng)(TIN)的集成成模型型,第二種種是用用于地地質(zhì)、、海洋洋等領(lǐng)領(lǐng)域,基于八八叉樹樹和四四面體體格網(wǎng)網(wǎng)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(shù)數(shù)據(jù)模模型。。三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型單一三三維數(shù)數(shù)據(jù)模模型三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型格網(wǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)是是DEM中常用用的一一種結(jié)結(jié)構(gòu)，，地形形表面面被劃劃分成成規(guī)則則的格格網(wǎng)，，每個(gè)個(gè)格網(wǎng)網(wǎng)點(diǎn)上上有一一個(gè)高高程值值相對(duì)對(duì)應(yīng)，，其基基本元元素是是一個(gè)個(gè)點(diǎn)，，主要要用于于DEM中等高高線的的2.5D表示。。三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型形狀結(jié)結(jié)構(gòu)通通過(guò)對(duì)對(duì)象表表面點(diǎn)點(diǎn)的斜斜率來(lái)來(lái)描述述，基基本元元素是是表面面上各各單元元所對(duì)對(duì)應(yīng)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(shù)數(shù)據(jù)模模型面片結(jié)結(jié)構(gòu)是是用不不同形形狀的的面片片近似似表示示一個(gè)個(gè)對(duì)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(shù)數(shù)據(jù)模模型邊界表表示是是一個(gè)個(gè)分級(jí)級(jí)表示示方法法，空空間的的任一一對(duì)象象可以以分解解為4類元素素的組組合，，即點(diǎn)點(diǎn)、線線、面面和體體。每每一類類元素素由幾幾何數(shù)數(shù)據(jù)、、分類類標(biāo)志志以及及與其其他類類元素素的相相互關(guān)關(guān)系（（拓?fù)鋼潢P(guān)系系）來(lái)來(lái)描述述。三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型3D柵格是是一個(gè)個(gè)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(duì)對(duì)象占占有,0表示空空。三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型八叉樹樹結(jié)構(gòu)構(gòu)是2D四叉樹樹結(jié)構(gòu)構(gòu)在空空間的的擴(kuò)展展,用層次次式的的3D空間子子區(qū)域域劃分分來(lái)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(shù)數(shù)據(jù)模模型結(jié)構(gòu)實(shí)實(shí)體幾幾何法法是用用預(yù)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(lái)表表示對(duì)對(duì)象，，體素素之間間的關(guān)關(guān)系包包括幾幾何變變換和和布爾爾操作作。三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型不規(guī)則則四面面體結(jié)結(jié)構(gòu)（（TEN）是不不規(guī)則則三角角形結(jié)結(jié)構(gòu)(TIN)向3D的擴(kuò)展展,以四面面體作作為最最基本本體素素來(lái)描描述對(duì)對(duì)象.這種結(jié)結(jié)構(gòu)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(gòu)成成格網(wǎng)網(wǎng).三維空空間數(shù)數(shù)據(jù)模模型混合(含模型型集成成)三維數(shù)數(shù)據(jù)模模型三維空空間的的拓?fù)鋼潢P(guān)系系三維空空間的的拓?fù)鋼潢P(guān)系系三維空空間的的拓?fù)鋼潢P(guān)系系在三維維空間間中,根據(jù)空空間對(duì)對(duì)象的的自由由度，，可分分為4種空間間對(duì)象象，即即點(diǎn)狀狀對(duì)象象、線線狀對(duì)對(duì)象、、面狀狀對(duì)象象和體體狀對(duì)對(duì)象。。分別別定義義成零零維對(duì)對(duì)象、、一維維對(duì)象象、二二維對(duì)對(duì)象、、三維維對(duì)象象。根根據(jù)點(diǎn)點(diǎn)集拓拓?fù)鋵W(xué)學(xué)理論論,三維拓拓?fù)淇湛臻g中中的對(duì)對(duì)象的的形式式化定定義和和關(guān)系系均基基于點(diǎn)點(diǎn)集的的方法法。若將三三維空空間對(duì)對(duì)象A的邊界界記為為,內(nèi)部記記為,則存在在關(guān)系系式=A-。設(shè)有兩兩個(gè)空空間對(duì)對(duì)象A和B,其邊界界與內(nèi)內(nèi)部的的交集集分別別用4個(gè)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?fù)鋼潢P(guān)系系設(shè)三元元組(A，R，B)表示三三維空空間對(duì)對(duì)象A和B間存在在著關(guān)關(guān)系R我們稱稱此三三元組組為一一個(gè)事事實(shí)(fact)事實(shí)可可以通通過(guò)布布爾運(yùn)運(yùn)算交交(∩)或并(∪)進(jìn)行組組合。。三維維空間間拓?fù)鋼潢P(guān)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(gè)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(gè)個(gè)模塊塊：三維模模型重重建系系統(tǒng)目前的的研究究?jī)?nèi)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(zhǔn)準(zhǔn)兩個(gè)個(gè)方面面。1、距距離離圖像像的分分割：：①基于邊邊界檢檢測(cè)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(cè)測(cè)和表表面擬擬合相相結(jié)合合的分分割每種方方法都都有優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn):①邊界檢檢測(cè)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(jìn)進(jìn)行有有效的的邊連連接技技術(shù),同時(shí)對(duì)對(duì)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(shí),基于區(qū)區(qū)域的的方法法在合合并分分離時(shí)時(shí)要求求好的的準(zhǔn)則則,在聚類類時(shí)要要求適適當(dāng)?shù)牡拈撝抵?。最最后的的分割割結(jié)果果與種種子點(diǎn)點(diǎn)或種種子區(qū)區(qū)域的的選取取有關(guān)關(guān),并且容容易造造成過(guò)過(guò)分割割或欠欠分割割的現(xiàn)現(xiàn)象。?；谟诒砻婷鏀M合合的分分割通通常采采用迭迭代過(guò)過(guò)程,所以很很耗時(shí)時(shí),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(zhǔn)準(zhǔn)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(jìn)進(jìn)行行定定位位,所得得結(jié)結(jié)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(jié)結(jié)果果,通常常結(jié)結(jié)合合卡卡爾爾曼曼濾濾波波器器來(lái)來(lái)對(duì)對(duì)誤誤差差進(jìn)進(jìn)行行修修正正,或者者結(jié)結(jié)合合激激光光測(cè)測(cè)距距雷雷達(dá)達(dá),進(jìn)行行多多傳傳感感器器的的信信息息融融合合處處理理。。基于于特特征征匹匹配配的的匹匹配配融融合合算算法法:為了了進(jìn)進(jìn)行行匹匹配配融融合合,它要要求求連連續(xù)續(xù)測(cè)測(cè)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(jìn)進(jìn)行行匹匹配配。。這這種種基基于于匹匹配配的的配配準(zhǔn)準(zhǔn)算算法法,通常常都都是是很很耗耗時(shí)時(shí)的的。。同同時(shí)時(shí),還牽牽涉涉到到視視點(diǎn)點(diǎn)/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(gè)個(gè)典典型型的的三三維維重重建建系系統(tǒng)統(tǒng)：：美國(guó)國(guó)CMU大學(xué)學(xué)的的AVENUEProject城市市環(huán)環(huán)境境中中的的自自動(dòng)動(dòng)場(chǎng)場(chǎng)景景建建模模歐洲洲的的ACTSRESOLVProject進(jìn)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(gòu)構(gòu)VR模型型美國(guó)國(guó)MIT大學(xué)學(xué)的的CityScanningProject在城城市市環(huán)環(huán)境境中中自自主主導(dǎo)導(dǎo)航航,獲取取場(chǎng)場(chǎng)景景的的三三維維數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)并并進(jìn)進(jìn)行行三三維維模模型型重重構(gòu)構(gòu)加拿拿大大NRC實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室的的VITGroup:三維維數(shù)數(shù)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(xué)學(xué)的的VLMS:三維維空空間間的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)自自動(dòng)動(dòng)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(guò)過(guò)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(chǔ)礎(chǔ)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(jī)上上的的三三維維造造型型和和動(dòng)動(dòng)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(tái)臺(tái),通過(guò)過(guò)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?cái)U(kuò)擴(kuò)展展其其功功能能。。可可以以通通過(guò)過(guò)特特定定外外掛掛軟軟件件將將3DSMAX中的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)模模型型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為特特定定的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)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(shí)時(shí)間,但憑借它它強(qiáng)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(gè)頂頂級(jí)軟件件。同樣樣可以通通過(guò)特定定外掛軟軟件將MAYA中的數(shù)據(jù)據(jù)模型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為特特定的數(shù)數(shù)據(jù)文件件。AutoCAD、GoogleEarth和Skyline。三維建模模方法通過(guò)三維維應(yīng)用程程序接口口實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)建建模MultigenCreator/Vega產(chǎn)品是世世界上領(lǐng)領(lǐng)先的實(shí)實(shí)時(shí)三維維數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)生成系系統(tǒng),它可以用用來(lái)對(duì)戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)仿真真、娛樂樂、城市市仿真和和計(jì)算可可視化等等領(lǐng)域的的視景數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)進(jìn)行產(chǎn)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(xiàn)現(xiàn)有GIS系統(tǒng)中x、y坐標(biāo)和作作為屬性性數(shù)據(jù)的的z坐標(biāo)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(shù)字相相機(jī)和激激光掃描描儀獲取取的三維維數(shù)