基于Internet的图象与建模相结合的虚拟现实关键技术研究

【摘要】： 虚拟现实（VR：Vrtual Reality）是对现实世界的模拟，除了对四维时 空的模拟外，还包含沉浸式或半沉浸式的人机交互界面。将虚拟现实技术 融入工业产品的设计过程已经被证明是很有成效的。计算机技术的迅猛发 展和计算机的普及使基于微机的虚拟现实技术正成为研究热点。 有两种方法实现基于微机的虚拟现实：基于图象的方法（IBM： Image-Based Method）和基于建模的方法（MBM：Model-Based Method）。这 两种方法各有其优缺点。如：基于图象的方法虽然实时性和逼真性都很好， 但只能实时测览，而不能实时操纵；基于建模的方法虽然支持实时操纵， 但其真实感较差，在动态建模、碰撞检测等方面还存在技术难点。 近年来，网络技术的飞速发展为实现基于Internet的多用户分布式虚 拟现实提供了条件。本研究的目的就是：在分别研究基于图象、基于建模、 图象与建模相结合的虚拟现实理论与实现方法的基础上，充分发挥基于图 象的方法与基于建模的方法各自的优点，结合对网络实时渲染技术的研 究，实现基于Internet的图象与建模相结合的虚拟现实系统。 本研究属于应用基础研究，主要研究成果如下： （1）提出了一种实用的三维重建方法，该方法避免了复杂的照相机定 标，对硬件设备要求很低，实现了基于序列图象的虚拟场景自动三维重建。 （2）提出了视图分段插值方法以解决虚拟测览中的透视关系一致性问 题，实现了基于图象的虚拟环境三维重建和虚拟浏览系统。 （3）提出并实现了基于分类的动态图结构（CDG），该结构支持面向关系 的碰撞检测，很好的解决了虚拟CNC铣床环境下碰撞检测的唯一性和完 全性问题，在很大程度上提高了碰撞检测的实时性，并实现了虚拟环境下 的关联运动。 （4）提出了动态八叉树结构和相应的自相似裂变递归算法，实现了虚拟 环境下的可加工工件动态建模。 （5）提出了基于视觉敏感度的渲染细节水平分配、远虚近实、时间优 先、以及并行渲染等策略以提高基于Internet的虚拟环境的实时渲染效率。 在Internet上实现了基于图象的虚拟车间和基于建模的虚拟CNC铣床。 （6）提出并实现了的映射对应方法，以解决图象与建模相结合的虚拟 武汉理工大学博士学位论文 现实所面临的视觉一致性问题，实现了图象与建模相结合的虚拟加工环境， 该系统结合了基于图象的方法与基于建模的方法的优点，既有很好的真实感 和实时性，又有很好的交互性，有很好的应用前景。