一虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)緒論

虛擬現(xiàn)實(shí)建模工具制作虛擬作品一般有三種途徑：使用編程方法直接生成使用商品化的軟件通過攝象機(jī)拍攝目前存在的軟件三維模型建模軟件：3DSMax：三維制作軟件Maya：三維動(dòng)畫以及虛擬現(xiàn)實(shí)制作軟件MultigenCreator，實(shí)時(shí)三維模型創(chuàng)建軟件紋理處理軟件Photoshop實(shí)時(shí)場景管理/驅(qū)動(dòng)軟件Vega

3DSMAX簡介3DSMAX是Autodesk公司推出的以個(gè)人計(jì)算機(jī)作為運(yùn)行平臺(tái)的三維動(dòng)畫制作軟件。3DSMAX是當(dāng)前世界上銷量最大的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用軟件，集三維建模、材質(zhì)制作、燈光設(shè)定、攝像機(jī)使用、動(dòng)畫設(shè)定及渲染輸出于一身，提供了三維動(dòng)畫及動(dòng)態(tài)效果圖全面完整的解決方案。3DSMAX缺點(diǎn)：3DSMAX：通過設(shè)定動(dòng)畫和游覽路徑來實(shí)現(xiàn)漫游，不能實(shí)時(shí)瀏覽和交互不能導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)，地形需要進(jìn)行手工建模模型數(shù)據(jù)量比較大，影響響應(yīng)速度所以：3DSMAX不適用于大規(guī)模城區(qū)基礎(chǔ)建模；但：3DSMAX對(duì)場景的渲染效果很好所以仍然被廣泛地用于虛擬現(xiàn)實(shí)的建模中基于Multigen的城市三維建模MultigenCreator和Vega場景的建立：建立大規(guī)模的虛擬現(xiàn)實(shí)場景，從一個(gè)開發(fā)區(qū)、一條街道乃至一個(gè)城市、數(shù)個(gè)省市的大地環(huán)境虛擬。——基于MultigenCreator的城市三維建模交互漫游控制：借助語言開發(fā)，實(shí)現(xiàn)全方位的實(shí)時(shí)交互控制漫游，使用戶可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中自由行走、飛行和進(jìn)行查詢工作?！贛ultigenVega的二次開發(fā)Creator簡介實(shí)時(shí)三維模型創(chuàng)建軟件Creator是美國MultiGen公司的新一代實(shí)時(shí)仿真建模軟件；它能在滿足實(shí)時(shí)性的前提下生成面向仿真的，逼真性好的大面積場景；在專業(yè)市場的占有率高達(dá)80%以上，并成為仿真領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

Creator是一個(gè)功能強(qiáng)大、交互的三維建模工具其OpenFlight格式在實(shí)時(shí)三維領(lǐng)域成為最流行的圖像格式，Creator基本功能基本建模工具：創(chuàng)建三維模型，并可對(duì)地形、特征、模型等加入顏色、材質(zhì)、紋理等功能，使模型更真實(shí)。Creator的視景數(shù)據(jù)庫OpenFlight(.flt)：地形、特征、模型和各種屬性，組成了Creator視景數(shù)據(jù)庫，且能被OpenGLAPI支持。Creator的專項(xiàng)工具：專項(xiàng)工具用于建立一些景觀特征，如樹、建筑物創(chuàng)建向?qū)В瑒?chuàng)建道路的專門工具等；Creator的地形工具：是一種快速創(chuàng)建大面積地形數(shù)據(jù)庫的工具，可使地形精度接近真實(shí)世界，并帶有高逼真度三維文化特征及圖像特征。大面積城區(qū)基礎(chǔ)建模數(shù)據(jù)準(zhǔn)備真三維的空間數(shù)據(jù)(平面位置、高程或高度數(shù)據(jù))真實(shí)影像數(shù)據(jù)（建筑物頂部和側(cè)面紋理）；包括：地形數(shù)據(jù)數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)建筑物高度數(shù)據(jù)航攝像片地面近景照片紋理圖片建模步驟第一步：從頂視圖角度，獲取整個(gè)仿真區(qū)域、區(qū)塊和建筑物精確的“尺寸”和“位置”數(shù)據(jù)對(duì)整體布局進(jìn)行基本的定位，以保證最終完成的視景三維數(shù)據(jù)庫的精確性數(shù)據(jù)可以有兩個(gè)來源，1）二維的DXF文件（AutoCAD），2）地圖/航拍正投影象數(shù)據(jù)第二步：城區(qū)分塊分塊目的在于有效地減少模型的數(shù)據(jù)量Creator通過外部連接根據(jù)模型位置組織整個(gè)場景，減少模型的數(shù)據(jù)量；分區(qū)一般是根據(jù)道路進(jìn)行區(qū)塊劃分，分區(qū)的同時(shí)可以把區(qū)塊拉起一定的高度，并作出路沿和人行道；

確定建筑物的高度信息，高度信息可以來源于CAD數(shù)據(jù)，測繪信息，也可以到實(shí)地進(jìn)行量測；根據(jù)“頂視圖”中各個(gè)建筑物的位置和頂面形狀和建筑物高度信息，拉出建筑物的基本三維形狀；創(chuàng)建建筑物基本三維模型：根據(jù)建筑物的基本三維形狀，利用紋理庫，進(jìn)行建筑物側(cè)面紋理貼圖，對(duì)于重點(diǎn)建筑物，需要全新建模，即幾何形狀加上材質(zhì)/紋理，創(chuàng)建精美的建筑物模型；重點(diǎn)建筑物建模建立一個(gè)完整的視景仿真應(yīng)用，還要對(duì)場景進(jìn)行細(xì)化，加入其它要素，包括植物（樹木、園藝等），道路橋梁、高速公路，城市輔助設(shè)施(公園、車站等)，水面（湖泊、江海等），堤防，山丘等。環(huán)境建模Creator的地形工具Creator的地形工具，是一種快速創(chuàng)建大面積地形數(shù)據(jù)庫的工具，它可以使地形精度接近真實(shí)世界，并帶有高逼真度三維文化特征及圖像特征；首先它可以利用衛(wèi)星采集得來的高程數(shù)據(jù)自動(dòng)生成地形數(shù)據(jù)庫，將源數(shù)據(jù)如衛(wèi)星照片和數(shù)字高程數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)成Creator的文件格式并用這些文件在Creator中創(chuàng)建地表模型；同時(shí)源數(shù)據(jù)中包括的特征數(shù)據(jù)，也能被轉(zhuǎn)化并引入到Creator中，用來在地形上加入屬性特征，如道路、河流和建筑物等。Creator應(yīng)用城市仿真：大規(guī)模城區(qū)建模，使用數(shù)字高程數(shù)據(jù)，影象數(shù)據(jù)，特征數(shù)據(jù)和紋理庫，構(gòu)建高逼真度的城市仿真場景；城市中心區(qū)仿真：可以真實(shí)模擬城市中心商業(yè)區(qū)、街區(qū)，建立三維虛擬街區(qū)；房地產(chǎn)：構(gòu)建數(shù)字化小區(qū)，用于物業(yè)管理，樓盤銷售等規(guī)劃、建筑方案設(shè)計(jì)：如規(guī)劃方案設(shè)計(jì)的真實(shí)表現(xiàn)，建筑物設(shè)計(jì)的真實(shí)場景生成等Vega:實(shí)時(shí)場景管理軟件VEGA在進(jìn)行交互漫游時(shí)，可以給場景加入一些效果，如：創(chuàng)建云、霧、光照等環(huán)境加入流水、飄動(dòng)的旗幟、煙、火、三維聲音等特殊效果；加入運(yùn)動(dòng)物體（車、船、人等）；還可以集成其它功能，如進(jìn)行精確碰撞檢測、GIS數(shù)據(jù)庫查詢、加入人機(jī)交互界面等。特點(diǎn)和優(yōu)勢完善的用戶交互漫游功能適用于地形的三維建模數(shù)據(jù)量比較小數(shù)字工程1.5虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用專項(xiàng)應(yīng)用1.5.1數(shù)字工程數(shù)字地球數(shù)字城市數(shù)字區(qū)域數(shù)字流域數(shù)字戰(zhàn)場數(shù)字地球一個(gè)可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的、多分辨率的、真實(shí)地球的三維虛擬表示；數(shù)字地球的集中表現(xiàn)，是空間化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)；狹義的數(shù)字城市，從維度表示一個(gè)城市，側(cè)重于真實(shí)的反映一個(gè)城市的外在面貌；數(shù)字地球技術(shù)支撐

數(shù)字地球

數(shù)字城市尺寸：5.810km地點(diǎn)：北緯34.16°

西經(jīng)118.16°方向：北原始數(shù)據(jù)分辨率：30m數(shù)據(jù)獲取時(shí)間：

2000年2月16日例：PASADENA（加州）SRTM+LANDSAT+航片數(shù)字城市城市規(guī)劃視覺仿真：將戰(zhàn)場環(huán)境中可見的（如地形、地物）和不可見的（如電磁場、潮汐流場）要素以立體的、三維的或二維的圖形圖像表達(dá)出來。也稱戰(zhàn)場可視化。聽覺仿真：通過對(duì)戰(zhàn)場中各作戰(zhàn)單元的聲音（音效、音量和音位）的模擬來營造戰(zhàn)場氣氛，具有空間定位的聲音可以大大增強(qiáng)臨場效果。觸覺仿真：是指通過對(duì)人機(jī)交互設(shè)備的操作來實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的交流，這是使參訓(xùn)人員產(chǎn)生臨場感的重要手段。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)虛擬戰(zhàn)場環(huán)境仿真跟蹤系統(tǒng)定位發(fā)射器主機(jī)CPU圖形處理器設(shè)計(jì)主體控制、集成、設(shè)計(jì)聲像頭盔大屏幕影像立體眼鏡數(shù)據(jù)手套接收器跟蹤球接收器地圖數(shù)據(jù)庫GISVR生成與控制軟件音頻系統(tǒng)知覺系統(tǒng)①VR生成系統(tǒng)②軟件系統(tǒng)③圖像生成顯示系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)庫①②③單兵沉浸式多人共享式與地圖的區(qū)別與3D圖像的區(qū)別

可交互可進(jìn)入沉浸性：關(guān)鍵是立體呈像和立體觀察技術(shù)交互性：關(guān)鍵是軟件優(yōu)化和數(shù)據(jù)組織按適人化原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)節(jié)分層管理和顯示旅游模擬地圖(演示)三維地形(演示)

三維數(shù)字化城市(演示)視點(diǎn)追蹤(演示)1.5.2專題應(yīng)用領(lǐng)域建筑環(huán)境電力管理礦產(chǎn)資源（地質(zhì)）水資源與水環(huán)境大氣與海洋（海口、海岸帶）交通模擬與管