虚拟现实第三部分建模和仿真技术46.pptx

现代仿真技术与应用;现代仿真技术与应用 章节安排; 虚拟现实第三部分 建模与仿真技术;〖课前思考〗1．VR环境怎样建模?2．VR仿真中绘制的技术。3．VR仿真中动画的技术。 〖学习目标〗1．了解VR几何建模和物理建模的有关问题。2．了解VR仿真中绘制和动画的有关问题。 〖学习指南〗1．注意VR几何建模各种方法的对比。2．注意VR各种绘制技术的思想。3．注意VR各种动画技术的思想。;虚拟现实的几何建模技术 ;人工的几何建模方法 ;自动的几何建模方法 ;在硬件和控制技术方面，扫描运动的伺服装置要求精度高，运行平稳，可定位性好。 三维信息获取技术方面，三维信息获取的原理应综合考虑精度，速度，易实现性，易使用性，成本，使用背景等。 色彩信息获取方面，物体的色彩由三个因素确定: 照明类型，物体表面的反射特性，眼睛按三条不同的光谱灵敏度曲线感知光线的能力。 三维构型，显示及修改技术方面，扫描仪获取的是物体表面离散采样点的坐标和色彩。这些采样点的集合称为“点云”（Point Cloud）。必须用点，多边形，曲线，曲面等形式描述立体模型，即将“点云”构成“形”。 定标技术方面，确定有关的装置参数就是定标。它与计算模型和误差模型有关。定标精度和可靠程度直接影响测量精度。;三维扫描设备;用于人体外形建模的大型激光扫描系统;增强现实的建模问题;虚拟演播室-原理;前景图像的背景是蓝色（或绿色）的幕，其色调与前景中人物区别极大的高饱和度彩色。于是，前景图像的色调与蓝色（或绿色）幕的色调之差值，形成键控（抠像）电压波形。用这个电压波形去抠虚拟背景图像，抠掉的部分对应着前景中人物的图像。然后，在抠掉的部分填上前景中人物的图像。这样就把前景图像中人物部分从蓝（或绿）背景中分离出来，与虚拟背景图像合成为一幅完整的图像。 可以从另一个思路理解抠像技术。利用前景图像中人物部分色调与蓝（或绿）背景色调的差别，把前景图像中人物部分从蓝（或绿）背景中分离出来，再把人物部分覆盖在（或代替）虚拟图像中对应的像素。 要求前景图像的???作方向，与虚拟图像的动作方向一致。也就是要求虚拟环境对准真实环境。这样，人们才能感觉两个环境构成一个整体，不会感到真实人物在虚拟环境中移动。在真实摄像机运动时，真实图像会变化。为了使虚拟图像精确跟踪真实图像的变化，需要使用同步跟踪技术。 ;真实图像的获取，是通过真实摄像机的推、拉、摇、移来拍摄的。虚拟摄像机应该与真实摄像机保持同步运动，二者保持相同的焦距、位置和角度。同步跟踪技术应该具有这种功能。采用以下方法。 ;在真实环境中蓝幕上画上两种蓝色深浅不同、线条粗细不等、线间空格不均匀的网格图像。通过网格图案特征的分析，可以得到摄像机的机头和镜头参数，以及摄像机位置参数。 图形识别技术的计算量较大，导致虚拟图像比前景图像滞后6-7帧，而传感器方式的延迟只有3帧。为了保证前景运动和背景运动的时间同步性，前景图像要求经过硬件的延时器。 优点：对摄像机机型无限制，无需附加设备，不必改造演播室。 缺点：跟踪精度低，摄像机散焦或网格在3格以下时跟踪失常。为了保持网格的高清晰度，限制了摄像机景深；为保证网格的数量，限制了演员的活动范围；为保证网格的识别，要求色键的高质量。 ;虚拟布景生成的过程如下： 1) 把计算机制作的三维数学模型以及贴在模型表面的纹理映射存储在图形工作站的数据库中； 2) 然后在真实摄像机运动参数的控制下，虚拟摄像机对存储的三维模型进行三维重建，即把三维模型提供给虚拟场景制作软件，选定适当的投影关系，生成虚拟布景。 虚拟摄像机硬件采用图形图像处理功能强大的ONYX图形工作站。要求虚拟背景图像连续平稳的变化，图形工作站应该有每秒25帧的处理能力。 虚拟背景的生成包括建模和重建两步。第一步利用建模工具建立三维模型和纹理贴图。第二步由图形计算机控制物体在虚拟环境中的位置，建立整个虚拟环境。 ;点击观看虚拟现实几何和物理建模得到的场景 ;刚体运动模拟方面，重点在于采用牛顿动力学方程、时空约束和能量约束方程，进行运动仿真，用解析方法来计算刚体碰撞时产生的冲量。 可以采用层次包围盒技术，计算多面体场景的碰撞检测。 Moore提出了两个有效的碰撞检测算法，其一处理三角剖分的物体表面，另一个处理多面体环境的碰撞检测。利用一个刚体上各顶点的运动轨迹与另一刚体上各面片进行求交测试。 ;碰撞检测的处理通常是通过检测每次修改位置时的物体重叠。确定任意一对物体是否重叠，在几何论中有大量的研究。通过检查一个凸多面体的每个顶点与另一个物体的每个面，可以直接检测凸多面体的强重叠。 如果发现重叠，就发出碰撞信号，系统状态就返回碰撞的时刻，碰撞响应就计算并施加； 为了减少碰撞检测的次数，更有效的