虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)方法研究

康艷霞

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一門新興學(xué)科被廣泛的運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，在社會(huì)上產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的漫游系統(tǒng)是虛擬技術(shù)的一個(gè)重要分支，貝廣泛的運(yùn)用于游戲、旅游、建筑、航天、醫(yī)學(xué)、建筑等多個(gè)領(lǐng)域并迅速發(fā)展。文章將簡(jiǎn)要分析虛擬漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，幫助虛擬漫游系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和技術(shù)推廣。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；漫游系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)；建模；圖像

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0031-01

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬漫游系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）興起于20世界60年代，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科的交叉發(fā)展基礎(chǔ)上形成的新興技術(shù)，是指利用計(jì)算的生成的一種模擬現(xiàn)實(shí)的特殊環(huán)境，擁護(hù)通過(guò)各種特殊裝置將自身“投射”到虛擬環(huán)境之中，并沉浸其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的控制、操作等直接交互的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸性、交互性和想象性，任何一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都可以用3I來(lái)表示。

虛擬漫游系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的一個(gè)分支。虛擬漫游系統(tǒng)是一個(gè)包含了逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，是一個(gè)假想空間或?qū)崟r(shí)仿真空間。虛擬漫游系統(tǒng)的用戶通過(guò)輔助裝置和設(shè)備沉浸入該虛擬環(huán)境中漫游，實(shí)現(xiàn)任意角度的對(duì)虛擬環(huán)境中虛擬對(duì)象的觀察，具有身臨其境之感。虛擬漫游系統(tǒng)被廣泛的運(yùn)用于軍事、娛樂(lè)、醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、地理信息系統(tǒng)搭建等諸多領(lǐng)域。如圖1、2所示。

2 虛擬漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法主要有三種，文章將一一作簡(jiǎn)要分析。

2.1 利用幾何模型建立的虛擬漫游系統(tǒng)

利用幾何模型建立的虛擬漫游系統(tǒng)是最常見(jiàn)的，它以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本繪制原理作為基礎(chǔ)，將要模擬的場(chǎng)景從三維上進(jìn)行數(shù)字化抽象、構(gòu)造出虛擬的三圍景觀模型結(jié)構(gòu)，包括其中的建筑物、自然物、自然場(chǎng)景等，并按照?qǐng)鼍帮@示的需求將三圍景觀模型的材質(zhì)的相關(guān)信息進(jìn)行設(shè)定，為虛擬環(huán)境建立光照模型，使感官效果接近真實(shí)。最后，設(shè)定繪制虛擬場(chǎng)景所需的控制參數(shù)集合，利用交互控制器將觀察者的位置信息提取出來(lái)，輸出時(shí)，設(shè)備上設(shè)定的光照參數(shù)等可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染繪制反應(yīng)的視景畫(huà)面在，整個(gè)場(chǎng)景的漫游就實(shí)現(xiàn)了。例如，利用建模建立的虛擬漫游系統(tǒng)在房產(chǎn)宣傳展示中得到了良好運(yùn)用。其簡(jiǎn)要建模過(guò)程為：利用3DMAX軟件導(dǎo)入小區(qū)實(shí)際平面規(guī)劃圖和房產(chǎn)戶型圖，從典型建筑開(kāi)始，利用設(shè)計(jì)圖和相關(guān)參數(shù)建立模型，再進(jìn)行優(yōu)化。建立的房產(chǎn)的虛擬模型應(yīng)包含兩個(gè)部分：房產(chǎn)外部景觀虛擬場(chǎng)景（樓群、道路、琥珀、草地、樹(shù)木、花壇、路燈等）、室內(nèi)虛擬場(chǎng)景（客廳、我是、廚房、衛(wèi)生間、書(shū)房及其他功能區(qū)內(nèi)的主要家具家電等）建模完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，比如利用刪除多余面片、視域分割剔除、減少長(zhǎng)條模型等方法使場(chǎng)景簡(jiǎn)單、清晰。室內(nèi)漫游時(shí)，采用多個(gè)分割平面把多個(gè)房間隔開(kāi)，構(gòu)造房間，使漫游時(shí)能有效的觀察房間的場(chǎng)景、門口、窗戶等。完成了三維建模后的數(shù)據(jù)模型，將其轉(zhuǎn)換到漫游引擎，控制光源，使場(chǎng)景隨觀察者的視點(diǎn)的轉(zhuǎn)移進(jìn)行變換，具有交互性和真實(shí)感的房產(chǎn)漫游系統(tǒng)就形成了。

2.2 基于圖像建立的虛擬漫游系統(tǒng)

基于圖像建立的虛擬漫游是近年發(fā)展較為迅速的虛擬漫游實(shí)現(xiàn)方式。主要方法是對(duì)真實(shí)模型的離散或連續(xù)的圖片、視頻數(shù)據(jù)用外部設(shè)備進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)作為虛擬場(chǎng)景構(gòu)建的原始數(shù)據(jù)，采用圖像系統(tǒng)對(duì)這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和整理，生成逼真的場(chǎng)景的平面全景圖，然后建立相應(yīng)的空間模型，將多幅的全境圖在空間模型中重新組織形成虛擬的實(shí)景空間，自此，能夠全方位進(jìn)行場(chǎng)景漫游的虛擬漫游系統(tǒng)就形成了。

基于圖像建立的虛擬漫游系統(tǒng)無(wú)需建模，能夠通過(guò)圖像軟件生成高質(zhì)量的圖像環(huán)境反應(yīng)真實(shí)場(chǎng)景，簡(jiǎn)單、快速、逼真，便于實(shí)物虛擬。基于圖像建立的虛擬漫游系統(tǒng)的基礎(chǔ)是要獲得真實(shí)場(chǎng)景的實(shí)景圖片，如果實(shí)景不存在，虛擬場(chǎng)景構(gòu)造就無(wú)法實(shí)現(xiàn)，也因此，對(duì)先進(jìn)的照相、攝影裝備、圖像存儲(chǔ)空間等要求較高。另外，這種漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)真實(shí)場(chǎng)景的二維圖像實(shí)現(xiàn)的，所以漫游系統(tǒng)和用戶之間的交互性不強(qiáng)。

2.3 通過(guò)圖形和圖像技術(shù)混合實(shí)現(xiàn)的虛擬漫游

隨著虛擬技術(shù)和漫游技術(shù)的發(fā)展，將幾何模型的漫游技術(shù)與基于圖像的漫游技術(shù)結(jié)合起來(lái)的混合技術(shù)，能夠得到更佳漫游效果。這種混合技術(shù)主要是將須彌漫游系統(tǒng)根據(jù)構(gòu)建環(huán)節(jié)的具體情況來(lái)采用適宜的漫游技術(shù)。系統(tǒng)的總體的全景視覺(jué)效果由基于圖像的漫游技術(shù)來(lái)構(gòu)建，形成逼真的虛擬場(chǎng)景，減少工作量，提高工作效率，在處理的復(fù)雜的場(chǎng)景和二維圖像不能真實(shí)反映實(shí)景的虛擬場(chǎng)景構(gòu)建時(shí)采用幾何建模的方法來(lái)構(gòu)建，增強(qiáng)虛擬系統(tǒng)的交互性?；旌霞夹g(shù)具有極大優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)虛擬漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式的主要方向，但就目前的技術(shù)水平而言，運(yùn)用水平還比較低，比如幾何建模虛擬的漫游場(chǎng)景和虛擬光源投射下的實(shí)景中實(shí)體的方向、亮度、陰影等方面的匹配、交互時(shí)的無(wú)縫對(duì)接、虛擬漫游系統(tǒng)中多組連續(xù)圖像的拼合、組織、編碼形成三維場(chǎng)景的技術(shù)等的水平還有很大的提升空間。總體來(lái)看，通過(guò)圖形和圖像技術(shù)混合實(shí)現(xiàn)的虛擬漫游并不是混合建模技術(shù)，離混合建模技術(shù)的還有很大差距。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬漫游系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是虛擬技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的一個(gè)分支，得益于虛擬技術(shù)的和其他新興科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬漫游系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生活的各個(gè)領(lǐng)域，促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)和生活的發(fā)展。文章淺要分析了虛擬技術(shù)和虛擬漫游技術(shù)以及虛擬漫游技術(shù)實(shí)現(xiàn)的三種方式，對(duì)促進(jìn)虛擬漫游技術(shù)的宣傳和推廣具有一定作用，文章具有一定社會(huì)意義。

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