1、學 號：201240450137前沿技術講座課程論文論文題目虛擬現實技術淺談姓 名包先躍專 業軟件工程班 級2012級（1）班指導教師蔣平計算機學院2015年5月26日目錄一、相關研究31虛擬現實技術概述32. 虛擬現實技術的特性33.虛擬現實系統的相關技術93.1環境建模技術93.2幾何建模技術103.3物理建模技術113.4行為建模技術123.5真實感實時繪制技術123.6立體顯示技術144.虛擬現實技術的實驗成果15二、技術方法介紹18三、實驗結果或數據分析191.形狀建模：192. 外觀223. 紋理映射234. 光照25四、課程總結28一、相關研究（此處填寫相關論文題目已有的研究現狀

2、、技術方法和相關成果）1虛擬現實技術概述虛擬現實技術（簡稱VR），又稱“靈境技術”、“虛擬環境”等。虛擬現實的含義即這個世界或環境是虛擬的，不是真實的，是由計算機生成的，存在于計算機內部的世界；“現實”的含義是真實的世界或現實的環境，把兩者合并起來就稱為虛擬現實，也就是說采用計算機等設備，并通過各種技術手段創建出一個新的環境，讓人感覺到就如同處在真實的客觀世界一樣。虛擬現實技術的應用前景十分廣闊。它始于軍事和航空航天領域的需求，但近年來，虛擬現實技術的應用已大步走進工業、建筑設計、教育培訓、文化娛樂等方面。它正在改變著我們的生活。2. 虛擬現實技術的特性1. 沉浸性沉浸性（Immersion）

3、又稱浸入性，是指用戶感覺到好像完全置身于虛擬世界之中一樣，被虛擬世界所包圍。虛擬現實技術的主要特征就是讓用戶覺得自己是計算機系統所創建的虛擬世界中的一部分，使用戶由被動的觀察者變成主動的參與者，沉浸與虛擬世界之中，參與虛擬世界的各種活動。比較理想的虛擬世界可以達到使用戶難以分辨真假程度，甚至超越真實，實現比現實更逼真的效果。虛擬現實的沉浸性來源于對虛擬世界的多感知性，所謂多感知是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知、聽覺感知之外，還有力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知、身體感知等。從理論上來說，虛擬現實系統應該具有一切人在現實生活中所具有的所有感知功能。由于相關技術，特別

4、是傳感技術的限制，目前虛擬現實系統中，研究與應用中較為成熟或相對成熟的主要是視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸、嗅覺沉浸，有關味覺等其它的感知技術正在研究之中，不是很成熟。2. 交互性在虛擬現實系統中，交互性（Interactivity）的實現與傳統的多媒體技術有所不同。從計算機發明到現在，在傳統的多媒體技術中，人機之間的交互工具主要是通過鍵盤與鼠標進行交互，而虛擬現實系統強調人與虛擬世界之間要以自然的方式進行，如人的走動、頭的轉動、手的移動等，通過這些，用戶與虛擬世界交互，并且借助于虛擬系統中特殊的硬件設備（如數據手套，力反饋設備等），以自然的方式，與虛擬世界進行交互，實時產生在真實世界中一樣的感

5、知。例如，用戶可以用手直接抓取虛擬世界中的物體，這時手有觸摸感，并可以感覺物體的重量，能區分所拿的東西，并且場景中被抓的物體也立刻隨著手的運動而移動。 虛擬現實技術的交互性具有以下特點：1) 擬環境中人的參與與反饋虛擬現實系統中人是一個重要的因素，這是產生一切變化的前提，正是因為有了人的參與和反饋，才會有虛擬環境中實時交互的各種要求與變化。虛2) 人機交互的有效性 人與虛擬現實系統之間的交互是基于真實感情的虛擬世界，并與人進行自然的交互，人機交互的有效性是指虛擬場景的真實感，真實感是前提和基礎。3) 人機交互的實時性實時性是指虛擬現實系統能夠快速響應用戶的輸入。例如頭的轉動后能立即在所顯示的場

6、景中產生相應的變化，并且能得到相應的其它反饋；用手移動虛擬世界的一個物體，物體位置會立即發生相應的變化。沒有人機交互的實時性，虛擬環境就失去看真實感。3. 想象性想象性（Imagination）指虛擬的環境是人想象出來的，同時這種想象體現出設計者相應的思想，因而可以用來實現一定的目標。所以說虛擬現實技術不僅僅是一種媒體或一種高級用戶接口，它同時還是為解決工程、醫學、軍事等方面的問題而由開發者設計出來的應用軟件，通常它以夸大的形式反映設計者的思想，虛擬現實系統開發是虛擬現實技術與設計者并行操作，為發揮它們的創造性而設計的。例如當你在設計一座大樓之前，傳統的方法是繪制建筑設計圖紙，無法形象展示建筑

7、物更多的信息，而現在可以采用虛擬現實系統來進行設計與仿真，非常形象直觀。制作的虛擬現實作品反映的就是某個設計者的思想，只不過它的功能遠比那些呆板的圖紙生動強大的多。這就是虛擬現實的想象性的特性2.國外虛擬現實技術研究現狀 2.1VR技術在美國的研究現狀 美國是虛擬現實技術研究的發源地，虛擬現實技術可以追溯到上世紀40年代。最初的研究應用主要集中在美國軍方對飛行駕駛員與宇航員的模擬訓練。然而，隨著冷戰后美國軍費的削減，這些技術逐步轉為民用，目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。 上世紀80年代，美國宇航局(NASA)及美國國防部組織了一系列有關虛擬現實技術的

8、研究，并取得了令人矚目的研究成果，美國宇航局Ames實驗室致力于一個叫“虛擬行星探索”(VPE)的實驗計劃。現NASA已經建立了航空、衛星維護VR訓練系統，空間站VR訓練系統，并已經建立了可供全國使用的VR教育系統。北卡羅來納大學的計算機系是進行VR研究最早最著名的大學。他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術仿真、建筑仿真等。喬治梅森大學研制出一套在動態虛擬環境中的流體實時仿真系統。施樂公司研究中心在VR領域主要從事利用VRT建立未來辦公室的研究，并努力設計一項基于VR使得數據存取更容易的窗口系統。波音公司的波音777運輸機采用全無紙化設計，利用所開發的虛擬現實系統將虛擬環境疊加于真實環境之

9、上，把虛擬的模板顯示在正在加工的工件上，工人根據此模板控制待加工尺寸，從而簡化加工過程。 2.2VR技術在歐洲的研究現狀 在歐洲，英國在VR開發的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備(包括觸覺反饋)設計和應用研究方面。在歐洲來說是領先的。英國Bristol公司發現，VR應用的交點應集中在整體綜合技術上，他們在軟件和硬件的某些領域處于領先地位。英國ARRL公司關于遠地呈現的研究實驗，主要包括VR重構問題。他們的產品還包括建筑和科學可視化計算。 瑞典的DIVE分布式虛擬交互環境，是一個基于Unix的，不同節點上的多個進程可以在同一世界中工作的異質分布式系統。 荷蘭海牙TNO研究所的物理電子實驗

10、室(TNO- PEL)開發的訓練和模擬系統，通過改進人機界面來改善現有模擬系統，以使用戶完全介入模擬環境。 德國在VR的應用方面取得了出乎意料的成果。在改造傳統產業方面，一是用于產品設計、降低成本，避免新產品開發的風險；二是產品演示，吸引客戶爭取定單；三是用于培訓，在新生產設備投入使用前用虛擬工廠來提高工人的操作水平。 2.3VR技術在日本的研究現狀 在東京技術學院精密和智能實驗室研究了一個用于建立三維模型的人性化界面，稱為SpmAR NEC公司開發了一種虛擬現實系統，用代用手來處理CAD中的三維形體模型。通過數據手套把對模型的處理與操作者的手聯系起來；日本國際工業和商業部產品科學研究院開發了

11、一種采用x、Y記錄器的受力反饋裝置；東京大學的高級科學研究中心的研究重點主要集中在遠程控制方面，他們最近的研究項目是可以使用戶控制遠程攝像系統和一個模擬人手的隨動機械人手臂的主從系統；東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現實的可視化問題。他們正在開發一種虛擬全息系統，用于克服當前顯示和交互作用技術的局限性；日本奈良尖端技術研究生院大學教授千原國宏領導的研究小組于2004年開發出一種嗅覺模擬器，只要把虛擬空間里的水果放到鼻尖上一聞，裝置就會在鼻尖處放出水果的香味，這是虛擬現實技術在嗅覺研究領域的一項突破。 3國內虛擬現實技術研究現狀 在我國虛擬現實技術的研究和一些發達國家相比還有很大的一段距離，隨著計

12、算機圖形學、計算機系統工程等技術的高速發展，虛擬現實技術已經得到了相當的重視，引起我國各界人士的興趣和關注，研究與應用VR，建立虛擬環境!虛擬場景模型分布式VR系統的開發正朝著深度和廣度發展。國家科委國防科工委部已將虛擬現實技術的研究列為重點攻關項目，國內許多研究機構和高校也都在進行虛擬現實的研究和應用并取得了一些不錯的研究成果。 北京航空航天大學計算機系也是國內最早進行VR研究、最有權威的單位之一，其虛擬實現與可視化新技術研究室集成了分布式虛擬環境，可以提供實時三維動態數據庫、虛擬現實演示環境、用于飛行員訓練的虛擬現實系統、虛擬現實應用系統的開發平臺等，并在以下方面取得進展：著重研究了虛擬環

13、境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發出部分硬件，并提出有關算法及實現方法。 清華大學國家光盤工程研究中心所作的“布達拉宮”，采用了QuickTime技術，實現大全景VR制；浙江大學CADCG國家重點實驗室開發了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統；哈爾濱工業大學計算機系已經成功地合成了人的高級行為中的特定人臉圖像，解決了表情的合成和唇動合成技術問題，并正在研究人說話時手勢和頭勢的動作、語音和語調的同步等。 3.虛擬現實系統的相關技術3.1環境建模技術在虛擬現實系統中，虛擬環境是虛擬現實的基礎，所以虛擬環境的建立首先要建模，然后再在其基礎之上進行實時繪制、立體顯示，形成一個

14、虛擬的世界。但虛擬環境的建模技術與其它一般圖形建模技術不同，主要表現在：虛擬環境中往往需要很多物體，所以需要建造大量完全不同類型的物體模型；虛擬環境中的物體有些有自己的行為，而一般圖形建模技術中的物體只是靜止或一些簡單是運動；虛擬環境中的物體必須有良好的操作性，當用戶對物體進行操作時，可以物體必須以適當的方式作出反映。在虛擬現實系統中，環境建模應該應該包括視覺、聽覺、觸覺、力覺、味覺等多種感覺通道的建模。但是由于目前的技術的限制，常見的有三維視覺建模和三維聽覺建模。三維視覺建模又分為幾何建模、物理建模和行為建模。3.2幾何建模技術基于幾何的建模技術主要對象是對物體幾何信息的表示與處理，它涉及幾

15、何信息數據結構及相關構造的表示與操縱數據結構的算法建模方法。幾何模型一般分為面模型與體模型兩類。面模型用面片來表現對象的表面，其基本幾何元素多為三角形；體模型用體素來描述對象的結構，其基本幾何元素多為四面體。面模型相對體模型來說更簡單一些。幾何建模通常有以下幾種：1) 利用相關程序語言來進行建模。如OpenGL、Java3D、VRML等，這種方法針虛擬現實技術的特點而編寫，編程容易，效率較高。2) 直接選用商品圖形庫中的一些圖形，這樣可以節省大量時間。3) 利用常用建模軟件進行建模。如AutoCAD、3DMAX、SoftImage、Pro/E等，但是這類軟件的一個問題是并非完全為虛擬現實技術所

16、設計，所以在使用時必須要通過適當的處理。3.3物理建模技術在虛擬現實系統中，虛擬物體必須像真的一樣。所以說幾何模型的下一步是發展物體建模，即在建模時考慮物體的物理屬性。常見的物理建模方法有分形技術和粒子系統：1) 分形技術分形技術是指可以描述具有自相似特征的數據集。自相似的典型例子是樹：若不考慮樹葉的區別，當我們靠近樹梢時，樹的樹梢看起來也像一棵大樹。由相關的一組樹梢構成一根樹枝，從一定距離觀察時也像一棵大樹。當然，由樹枝構成的樹從適當的距離看時自然是棵樹。雖然，這種分析并不十分精確，但比較接近。這種結構上的自相似稱為統計意義上的自相似。自相似結構可用于復雜的不規則外形物體的建模。如河流和山體

17、的地理特征建模。分形技術主要用于虛擬環境中的靜態物體建模，且常用作遠景。其優點是用簡單的操作完成復雜不規則物體建模，缺點是計算量大，不利于實時性。2) 粒子系統粒子系統是用簡單的體素完成復雜的運動的建模。所謂體素是用來構造物體的原子單位，體素的選取決定了建模系統所能構造的對象范圍。粒子系統由大量稱為粒子的簡單體素構成，每個粒子具有位置、速度、顏色和生命周期等屬性，這些屬性可根據動力學計算和隨機過程得到。根據這個可以產生運動進化的畫面，從而在虛擬現實中，粒子系統常用于描述火焰、水流、雨雪、旋風、噴泉等現象。在虛擬現實中粒子系統用于動態的、運動的物體建模。3.4行為建模技術幾何建模與物理建模相結合

18、，可以部分實現虛擬現實的特征，而構造一個逼真的的模擬現實世界的虛擬環境，必須采用行為建模技術。行為建模技術主要研究物體運動的處理和對其行為的描述。行為建模不僅賦予模型外形、質感等表現特征，也賦予模型物理屬性和行為反應能力。3.5真實感實時繪制技術所謂真實感繪制是指在計算機中重現真實世界場景的過程。真實感繪制的主要任務是要模擬真實物體的物理屬性，即物體的形狀、光學性質、表面的紋理和粗糙程度以及物體間的相對位置、遮擋關系等。所謂實時繪制是指當用戶視點發生變化是，他所看到的場景需要及時更新，這就要保證圖形顯示更新的速度必須跟上視點的速度，否則就會產生遲滯現象。一般說消除遲滯現象，計算機每秒必須生成1

19、0-20幀圖像。與傳統的真實感圖形繪制有所不同，傳統的真實感圖形繪制的算法追求的是圖形的高質量與真實感，而對每幀畫面的繪制速度并沒有嚴格要求，而在虛擬現實系統中實時三維繪制要求圖形實時生成，可用限時計算技術來實現。但是就目前計算機圖形學水平而言，只要有足夠的計算時間，就能生成準確的像照片一樣的計算機圖像。但虛擬現實系統要求的實時圖形生成，由于時間的限制，使我們不得不降低虛擬環境的幾何復雜度和圖像質量，采用其它技術如紋理映射、環境映照、反走樣等來提高虛擬環境的逼真程度。下面來簡單敘述上述幾種方法:紋理映射是將紋理圖像帖子簡單物體的幾何表面，以近似描述物體表面的紋理細節，加強真實性。貼上圖像實際上

20、是個映射過程。紋理映射是一種簡單、有效改善真實性的措施。它以有限的計算量，大大改善顯示逼真性。實質上，它用二維的平面圖像代替三維模型的局部。環境映照，具體來講，一個點的環境映照可通過取這個點為視點，將周圍場景的投影變形到一個中間面上來得到的，中間面可取球面、立方體、圓柱體等。這樣，當通過此點沿任何方面視線方向觀察場景時，環境映照都可以提供場景的完全、準確的視圖。反走樣，就是在繪制過程中的一個走樣問題，防止圖形的失真。關于真實感實時繪制技術，具體有以下幾種技術：1. 基于幾何圖形的實時繪制技術基于幾何模型的實時動態顯示技術2. 基于圖像的實時繪制技術基于圖像的繪制技術（Image Based R

21、endering,IBR）,完全摒棄了傳統的先建模、后確定光源的繪制方法，它直接從一系列已知的圖像中生成未知視角的圖像。基于圖像的繪制技術是基于一些預先生成的場景畫面，對接近與視點或視線方向的畫面進行交換、插值與變形，從而快速得到當前視點處的場景畫面。3.6立體顯示技術虛擬現實系統中，通過建模軟件所建立虛擬環境，要使用戶能夠感覺更逼真的效果，需要借助于一些特殊的技術，比如在視覺顯示技術中，需要立體顯示技術，有關立體顯示技術，有彩色眼鏡法、偏振光眼鏡法、串形式立體顯示法等。當我們在觀看電影時，我們常用戴紅綠濾色片眼鏡看的立體電影時，這種方法就是彩色眼鏡法，其原理就是在進行電影拍攝時，先模擬人雙眼

22、位置從左到右兩個視角拍攝出兩個影像，然后分別以濾光片（紅、綠濾光片為多）投影重疊印到同一畫面上，制成一條電影膠片，然后戴上紅綠色眼鏡進行觀看。既彩色眼鏡法之后，偏振光眼鏡法出現了，目前應用比較多。偏振光眼鏡法是在立體電影放映時，采用兩個電影機同時放映兩個畫面，重疊在一個屏幕上，并且在放映機鏡頭前分別裝有兩個相互為90度的偏振光鏡片，投影在不會破壞偏振光方向的金屬幕上，成為重疊的雙影，觀看時觀眾戴上偏振軸互為90度、并與放映畫面的偏振光相應的偏光眼鏡，即可把雙影分開，形成一個立體效果的圖像。4.虛擬現實技術的實驗成果 隨著科學技術的發展，虛擬現實技術慢慢滲透到各個領域，目前擬現實技術軍事、航空、

23、娛樂、醫學、教育等方面應用的越來越廣泛。我的結論是，虛擬現實的時代確實來臨了。我們需要思考的是，如何讓她們更便宜融入于我們的生活。案例NO.1：強化凝視如果我凝視著你，你的心跳會加速，你會記住更多我所傳達的內容。但要同時與200人保持眼神交流幾乎不可能。而虛擬現實的魅力在于，我可以通過電腦，將虛擬化身顯示在每個學生的顯示屏上，每個學生都可以與我進行眼神互動交流，覺得我一直凝視著自己。在過去15年中，我們對幾百名學習者做過試驗。結果顯示，如果學生認為物體一直是老師目光的焦點，他聽課會更認真，成績也會相應地得到提升。案例NO.2：動作和相貌模仿心理學家認為一個人的受歡迎程度與物體的模仿能力成正比。

24、例如在面試中模仿面試官的姿勢、動作，對方會更喜歡你。現在如果我要模仿你們，只能選擇其中一人的動作來模仿，但虛擬現實可以改變這一狀況。創建一個老師的虛擬鏡像，電腦會根據每個學生的動作創造出一個與學生的相貌及行為舉止更為類似，更具親和力的老師，讓學生覺得老師跟自己相像，從而更認真地聽講。同樣，人們對于相貌更像自己的人也更有好感。案例NO.3：身份的轉變一個人走近一面虛擬鏡子，看到了他的化身，發現鏡中的自己是一名白人男性。這時突然有人按下按鈕，鏡中的形象變成了一名黑人女性，例如非裔美國人。這種虛擬化身與本體的不一致對他將有何影響?我們知道有個詞叫做“設身處地”，如果你和某人有類似的感覺，你的同理心反

25、應會更強。案例NO.4：美麗的化身社會心理學家發現，有魅力的美麗女孩通常更自信、更外向、求職成功率也更高。在虛擬現實中，美麗唾手可得，每個人都可以擁有完美的化身。當你的化身是美女時，你在上前與他人交流時會站在一個離對方相對較近的地方。此外，你的講話方式、語音語調、詞匯的選擇，都會因為你的虛擬化身而發生變化。美麗的虛擬化身能激發你的信心。案例NO.5：高大的化身在現實世界中，一個人的地位高度通常與收入、信心成正比，這是一種重要的社會暗示。在虛擬現實中，高大的形象也垂手可得，它甚至會影響到你的現實財務狀況。那么這種美麗和高大的感覺會持續多久?有的人摘除頭戴式設備回到現實后，虛擬現實仍會持續對他們產

26、生影響。擁有美麗虛擬化身的女孩在現實生活中會更加積極地參與各類社交活動，擁有高大虛擬化身的男性在現實世界里也會變得更為自信，擁有更強的領導能力。案例NO.6：同理心和利他主義在虛擬現實中，如果你的化身是視覺障礙者或殘障人士，你會體會到各種不便，也會更加了解這些人的不易。對這種角色的扮演會提升你的同理心。而且人們在虛擬世界中更愿意幫助別人。案例NO.7：環境保護人類的特定行為所造成的結果無法立刻呈現在人們面前，如氣候變化。然而如果使用虛擬現實技術進行模擬，無形的事物如碳分子就可以變成有形的，給人一種更直觀的感受。在美國，廁紙通常是不可循環再利用的。為了減少這類紙張的使用率，我們做了一個實驗，將測

27、試對象分為三組：第一組成員拿到了一篇紐約時報的文章，講述的是伐木的場景;第二組成員在視頻上看到了樹木砍伐的過程;第三組成員在虛擬現實中身臨其境地體驗了砍樹的過程。一段時間后，我們對這三組成員進行了后續追蹤調查，其中第三組成員的用紙量下降了20%，而其他兩組成員的行為基本沒有改變。所以虛擬現實技術在一定程度上有助于加強人們的環保意識。 二、技術方法介紹開發一個應用的第一步就是要從數學上定義基本過程,并配備已有的硬件資源。第二步就是開發對象數據庫和優化模型,即建立對象的形狀、外表、行為、限制模型并將對應的I/0 工具映射到仿真的世界。建立一個虛擬對象模型所要考慮的一些基本問題有以下幾個方面：幾何建

28、模，運動建模，對象特征，模型分割等。本論文主要就幾何建模技術進行闡述，幾何建模描述虛擬對象的形狀(多邊形)三角形和頂點、以及它們的外表(紋理、表面反射系數、顏色) 。要表現三維物體，最基本的是繪制出三維物體的輪廓，利用點和線來構建整個三維物體的外邊界，即僅使用邊界來表示三維物體。三維圖形物體中運用邊界表示的最普遍方式是使用一組包圍物體內部的表面多邊形來存儲物體的描述，多面體的多邊形表示精確的定義了物體的表面特征，但對其它物體，則可以通過把表面嵌入到物體中來生成一個多邊形網格逼近，曲面上采用多邊形網格逼近可以通過將曲面分成更小的多邊形加以改進。由于線框輪廓能快速顯示以概要的說明表面結構，因此，這

29、種表示在設計和實體模型應用中普遍采用。通過沿多邊形表面進行明暗處理來消除或減少多邊形邊界，以實現真實性繪制。三、實驗結果或數據分析1.形狀建模：對于對象的形狀建模常常可以利用現有的圖形庫來創建，常用的圖形庫有：圖形核心系統GKS(Graphical Kerna1 System )、程序員級分層結構交互圖形系統PHIGS、開放式圖形庫OpenGL(Open Graphics Library)等。下圖是使用OpenGL創建的幾個幾何形體：void NeHeWidget:paintGL()        /&#

30、160;清除屏幕和深度緩存      glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT );      glLoadIdentity();      /移到屏幕的左半部分，并且將視圖推入屏幕背后足夠的距離以便我們可以看見全部的場景      glTranslatef(

31、-2.0f,0.0f,-5.0f);      /設置顏色      glColor3f( 1.0, 1.0, 1.0 );      /繪制一個三角形      glBegin(GL_TRIANGLES);         &#

32、160;                / 繪制三角形              glVertex3f( 0.0f, 1.0f, 0.0f);          

33、;        / 上頂點              glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f);                  / 左下 

34、;             glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f);                  / 右下      glEnd();   &#

35、160;  glLoadIdentity();      glTranslatef(0.0f,0.0f,-5.0f);      /繪制圓形      GLint iCirclePoints = 50;     glBegin (GL_TRIANGLE_FAN );   

36、;         for (int i = 0; i < 50; +i )                            &

37、#160;  double dAngle = 2 * PI * i / iCirclePoints                    glVertex3f (cos (dAngle ), sin (dAngle ), 

38、;0.0);                        glEnd ();        /繪制多邊形            glLoadIden

39、tity();            glTranslatef(2.0f,0.0f,-5.0f);            glBegin(GL_POLYGON);                

40、60;   glVertex3f( 0.0f, 0.5f, 0.0f);                    glVertex3f(-0.5f,-0.5f, 0.0f);             &

41、#160;      glVertex3f( 0.0f,-1.5f, 0.0f);                    glVertex3f( 0.5f,-0.5f, 0.0f);          

42、; glEnd();    由上面代碼可以看出，要創建出一個三維模型來需要提供詳細的坐標信息，并且在創建過程中需要完全依靠想象力來進行布局，這對技術人員的要求比較高。為了避免直接用多邊形或三角形拼構某個對象形狀時繁瑣的過程，可以直接購買商品化幾何圖形庫。目前比較著名的是美國Viewpoint Datalabs 公司的View Point Catalog圖形庫。然而，規則三維立體可以用上述方法進行建模，那么對于某些特殊的幾何對象，現有的圖形庫不能滿足要求時，需通過對三維物體表面的測試得到離散的三維數據，然后將這些數據用多邊形描述出來從而構造出對象

43、的形狀。近年來三維掃描技術得到了迅速發展。三維掃描儀，又稱為三維數字化儀，是一種將真實世界的立體彩色圖形轉換為計算機能直接處理的數字信號的裝置。它在V R技術、影視特技制作、高級游戲、文物保護等方面有著廣泛的應用。事實上，在V R 系統中,靠人工構造大量的三維彩色模型費時費力，且真實感差。利用三維掃描技術可為V R 系統提供大量的、與現實世界完全一致的三維彩色模型數據。2. 外觀對象的外表是一種物體區別于其它物體的質地特征，V R 系統中虛擬對象的外表真實感主要取決于它的表面反射和紋理。一般來講，只要時間足夠寬裕，用增加物體多邊形的方法可以繪制出十分逼真的圖形表面。但是VR 系統是典型的限時計

44、算與顯示系統，對實時性要求很高。因此，省時的紋理映射(Texture Mapping )技術在VR 系統幾何建模中得到廣泛應用。用紋理映射技術處理對象的外表，一是增加了細節層次以及景物的真實感；二是提供了更好的三維空間線索；三是減少了視景多邊形的數目，因而提高了幀刷新率，增強了復雜場景的實時動態顯示效果。3. 紋理映射 傳統光照明模型僅考慮表面法向的變化，且假設表面反射率為一常數，因而只能生成顏色單一的的光滑景物表面。景物表面存在豐富的紋理細節, 難以直接構造。人們正是依據這些紋理細節來區別各種具有相同形狀的景物。解決這一問題的途徑是紋理映射技術所謂紋理映射，就是把給定的紋理圖像映射到物體表面

45、上，并不是特定的幾何模型，使用紋理映射可以避免對場景的每個細節都使用多邊形性來表示，進而可以大大減少環境模型的多邊形數目，提高圖形的顯示速度。從物體表面的質地特征來看，紋理映射分為顏色紋理映射和凹凸紋理映射。前者是通過顏色色彩或明暗度的變化來表現物體的表面細節；后者則是通過對景物表面各采樣點法向量的擾動來表現物體幾何形狀凹凸不平的粗糙質感。從具體算法來看，紋理映射可分為標準紋理映射和逆向紋理映射。標準紋理映射是對紋理表面均勻掃描，并直接映射到屏幕空間。逆向紋理映射是對屏幕上的每一像素，通過逆映射尋找到物體空間上的對應點，再在紋理空間找到相應的像素點，取得紋理值經濾波后顯示該像素。紋理映射的過程

46、如下圖所示：代表眼點，代表物體上的點，代表紋理上的像素點。所以，紋理映射實際上是屏幕空間、物體空間和紋理空間之間的一系列的變換過程。虛擬對象的紋理可通過拍攝對應物體的照片、然后將照片掃描進計算機的方法得到，也可用圖像繪制軟件建立。物體空間與紋理空間之間映射關系的確定是實現紋理映射的關鍵。這種映射關系可以描述為對于比較簡單的二次曲面，其紋理映射函數可解析地表達出來。例如圓柱面，可以用參數方程表示為給定，可以根據上式確定。而給定圓柱上的，也可以根據其逆映射求出：。但對于復雜的高次參數曲面來說，求解析表達式往往是不可能的，這是應采用數值求解方法來離散求的。下圖是使用OpenGL做出的紋理貼圖示例：4. 光照當光照射到物體表面是，可能被吸收、反射或者折射。被物體吸收的部分