《虚拟现实》-(课件).ppt

8.5.1 信息可视化的概念 8.5.2 虚拟分子结构模型 8.5.3 地震石油勘探数据处理 8.5.4 体数据的可视化 8.5 科学研究和计算的可视化 科学可视化是用计算机图形产生视觉图像，帮助理解科学概念或结果复杂的数值表示。这种数的表示或数据集，可能是数值仿真的结果（如计算流体力学或分子模型）、记录的数据（如在地质和航天应用中），或构造的形状。这些仿真可能包括三维体积中的高维数据，并往往随时间而变化。由于数据集中不同的位置可能显示出不同的特性，因此在定位上的困难将妨碍科学探索。在某种意义上，复杂现象的科学考察，部分取决于我们开发三维显示的能力。 8.5.1 信息可视化的概念 信息可视化要求抽象数量和概念的信息显示，不是真实世界中物体的真实表示。于是，信息可视化的要求是精确表示，而不是逼真表示（实际上并无真实世界可比）。下图是虚拟现实科学可视化的流程图。? 虚拟现实技术在生物医学领域应用较多，从建立合成药物的分子到各种医学模型等。北卡来罗大学大学采用了GROPE虚拟仿真器，它可以让研究人员看到一种药物分子是如何与其它生物化学物质相互作用的。这些技术大大加速了药物的开发过程。 8.5.2 虚拟分子结构模型 石油与天然气工业是积极从事信息可视化的经济部门之一。其原因是由于油气勘探及其良好的管理模式所带来的巨大经济利益。对地震数据的可视化与推动有助于发现新的油田。它可以帮助地质学家、地球物理学家、工程师团队在几十兆字节的数据中寻找那些表示地下可能有油田的数据变化。 地震数据是三维数据，因而很适合在虚拟现实中进行可视化。以虚拟环境为中介的可视化能够使用比桌面CRT显示器更大的显示设备，从而可以更好地对大容量的数据进行可视化。另外，可视化软件的研制帮助人们可以实时得到钻探数据，如泵速、扭矩、方位角和转速等，提供有关钻探的地质情况的有用信息。这些信息存入保存有地震信息的数据库，这样可以生成一个三维模型，并根据钻探数据来确定或者修改数据库中的信息。 ? 8.5.3 地震石油勘探数据处理 所谓体数据的可视化是指体图形、体可视化硬件加速、以立体的方式为用户表现这些数据所需的专用显示设备以及新的人机接口技术等。 体图形学是计算机图形学的一个分支，主要研究合成、绘制和操纵用体表示的场景。体图形的研究是从真实对象的几何模型或者采样数据开始的。例如身体的二维CT切片数据。无论数据是采样得到的，还是计算出来的，都首先进行体素化，以体素格式存储对象的相应信息。从而能够看得见该对象。此外，还需要绘制体结构，加入光照效果和明暗处理。体图形除了可以表现对象内部细节和提高更多的视觉信息之外，还具有其它一些优点。首先，由于体素化的过程是离线进行的，它与光栅图形不同，不受场景复杂度的影响。其次，扫描转换与场景刷新是分离的。所以，体图形是与视角无关的，体素可以更容易地表现对象的体积、范围和距离等。体图形也存在缺陷，如需要大量的存储空间和专门的处理硬件，存在空间走样现象等。 8.5.4 体数据的可视化 8.6.1 虚拟校园 8.6.2 虚拟教学与实验 8.6.3 虚拟博物馆 8.6.4 虚拟现实游戏 8.6 教育、游戏和其他 虚拟校园是指从因特网、虚拟现实技术、网上虚拟社区和3S技术的发展角度，对现实校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，是基于现实校园的一个三维虚拟环境，用于支持对现实校园的资源管理、环境规划和学校发展。 虚拟校园在现在很多高校都有成功的例子。我们知道，大学对每个人来说有特殊的感情，大学校园的学习氛围、校园文化对我们具有巨大影响，教师、同学、教室、实验室等，校园的一草一木无不潜移默化地影响着我们每一个人，我们从中得到的教育从某种程度来说，可能超出书本所给与我们的。网络的发展、虚拟现实技术的应用，使我们可以仿真校园环境。因此虚拟校园成了虚拟现实技术与网络、教育最早的具体应用。目前虚拟校园主要以实现浏览功能为主。随着虚拟现实技术的应用普及，虚拟校园的发展将走向一个新的更高阶段。 8.6.1 虚拟校园 在学校教育中，虚拟现实技术在教学中应用较多，特别是对于理工科类课程的教学，尤其在建筑、机械、生物、化学等学科教学中有着质的突破。它不仅适用于课堂教学，使之更形象生动，也适用于互动性实验中。很多大学都有虚拟现实技术研究中心或实验室。研究人员把虚拟现实应用于教学，开发了虚拟教育环境。 8.6.2 虚拟教学与实验 艺术是虚拟现实将起重要作用的另一个领域。为了更好地传达作者的信息，采用新的表达媒介—虚拟现实，已渐渐成为一种时尚。虚拟博物馆是一个典型的实例。人们在自己家里就可通过网络进入电子博物馆。参观者可以浏览“故宫”，欣赏不列颠博物馆、卢浮宫或大都市博物馆，不必去伦敦、巴黎或纽约。现在有很