填空題

1.虛擬現實的本質特性：Immersion（沉浸）Interaction（交互）Imagination（想象），其中沉浸是最弱的,是虛擬

現實最重要的技術特性。

2.電磁式位置跟蹤設備可分為交流電發射器型與直流電發射器型.

3.虛擬對象建模涉及：幾何建模、圖像建模、圖像與幾何相結合建模、視覺外觀設計建模。

4.虛擬環境建模涉及：物理建模、行為建模、運動建模、聲音建模。其中分形技術屬于物理建模。

5.幾何建模的方法涉及：多邊形；非統一有理B樣條；構造立體幾何。

6.虛擬現實是一種高端人機接口，涉及通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等多種感覺通道的實時模擬和實時交

互。

7.一個典型的虛擬現實系統的組成重要由：頭盔顯示設備、多傳感器組、力反饋裝置構成。

8.根據虛擬現實對“沉浸性”限度和交互限度的不同，可把虛擬現實系統劃分為四種典型類型，沉浸式、桌面式、

增強式、分布式。

9.正是由于人類兩眼的_B1_，使人的大腦能將兩眼所得到的細微差別的圖像進行融合，從而在大腦中產生有空

間感的立體物體視覺。

10.在虛擬現實系統的輸入部分，基于自然交互設備重要有力反饋設備、數據手套、三維鼠標。

多項選擇題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

1.以下屬于視覺感知設備的有（ABCDEF）

A.頭盔顯示器B.立體眼鏡顯示系統C.洞穴式立體顯示系統

D.響應工作臺立體顯示系統E.墻式立體顯示系統F.裸眼立體顯示系統

2.觸覺反饋設備不涉及（E）

A.充氣式觸覺反饋裝置；B.振動式觸覺反饋裝置;C.視覺式觸覺反饋裝置：

D.電刺激式觸覺反饋裝置；E.聲波觸覺反饋裝置F.神經肌肉刺激式觸覺反饋裝置

3.HMD（Head_Mounted_Displaj）即頭盔式顯示器，重要組成是（CD）

A.顯示元件B.光學系統C.觸覺元件D.聽覺系統

4.空間位置跟蹤技術有多種，常見的跟蹤系統有（ABCDE）

A.機械跟蹤器B.電磁跟蹤器C.超聲波跟蹤器D.慣性跟蹤器

E.光學跟蹤器

5.所謂力反饋，是運用先進的技術手段將虛擬物體的空間無能運動轉變成物理設備的機械運動，使用戶可以體驗到

真實的力度感和方向感，從而提供一個嶄新的人機交互界面。該項技術最早應用于（AB）

A.尖端醫學B.軍事領域C.房地產領域D.教育仿真

6.立體顯示技術是虛擬現實系統的一種極為重要的支撐技術，要實現立體的顯示，現有多種方法與手段進行實現。

重要有（ABCDE）

A.互補色B.偏振光C.時分式D.光柵式E.真三維顯示F.全息影像

7.為了保證虛擬環境的真實性，常需要對虛擬物體進行碰撞檢測，實現方法有多種但其中的（B）方法是碰撞

檢測算法中廣泛使用的一種方法，它是解決碰撞檢測問題復雜性的一種有效方法。

A.直接檢測法B.包圍盒檢測法C.分割檢測法D.Lin-Canny檢測法，

8.洞穴式立體顯示裝置（CAVEComputerAutomaticVirtualEnviroment）系統是一套基于高端計算機的多面式的房

間式立體投影解決方案,CAVE重要由（ABC）組成：

A.高性能圖形工作站B.投影設備C.跟蹤系統D.聲音系統

9.在真實感實時繪制技術中，為了提高顯示的逼真度，加強真實性，常運用的方法有（ABC）

A.紋理映射B.反走樣C.環境映射D.細節層次模型法

10.在基于幾何圖形的實時繪制技術實現過程中，目前有下面幾種用來減少場景的復雜度，以提高三維場景的動態顯

示速度的方法，其中（C）法應用較為普遍。

A.預測計算法B.脫機計算法C.細節層次模型法D.可見消隱法E.3D剪切法

三'簡答題

1.簡述虛擬現實系統中的重要技術和典型硬件組成。

答：

重要技術：立體顯示技術、環境建模技術、真實感圖形繪制技術、三維虛擬聲音的實現技術、自然交互與傳感技術、

實時碰撞檢測技術。

典型硬件：顯示和觀測設備、交互設備、傳感設備、三維立體聲系統、三維數據獲取設備。

2.闡述場景管理的目的及設計思想

3.簡述虛擬現實引擎的架構

4.簡述基于場景包圍體的場景組織技術

5.簡述場景繪制的重要幾何剖分技術及其特點。

6.什么是虛擬現實技術？

虛擬環境是人工構造的，存在于計算機內部的環境。用戶應當可以以自然的方式與這個環境交互（涉及感知環境并

干預環境），從而產生置身于相應的真實環境中的虛幻感，沉浸感，身臨其境的感覺的一種技術。

7.觸覺反饋和力反饋有什么不同？

接觸反饋傳送接觸表面的幾何結構、虛擬對象的表面硬度、滑動和溫度等實時信息。它不會積極抵抗用戶的觸摸運

動，不能阻止用戶穿過虛擬表面。

力反饋提供虛擬對象表面柔順性、對象的重量和慣性等實時信息。它積極抵抗用戶的觸摸運動，并能阻止該運動（假

如反饋力比較大）。

8.什么是消隱技術？

就是要解決形體的二義性問題，通過消隱線或消隱面方法，提高圖形的真實感的技術。要消除二義性，必須在繪制

時消除被遮擋的不可見的線或面，稱作消除隱臧線或隱藏面，或簡稱為消隱。消隱技術就是給定一組三維對象及投

影方式（視見約束），鑒定線、面或體的可見性的過程。

9.什么是景深技術？

指被攝景物中能產生較為清楚影像的最近點至最遠點的距離。

10.關于行為建模、行人的運動建模有哪些？

行為建模：基于Agent的行為建模，基于狀態圖的行為建模，基于物理的行為建模，基于特性的行為建模和基于事

件驅動的行為建模。

行人的運動建模有典型代表性模型有：元胞自動機模型、磁力場模型、社會力模型以及排隊論模型等。

11.碰撞檢測技術

在虛擬環境中，由于用戶的交互和物體的運動，物體間經常也許發生碰撞，此時為了保持環境的真實性，需要即時

檢測這些碰撞，并計算相應的碰撞反映，更新繪制結果，否則，物體間會出現穿透現象，破獲虛擬環境的真實感和

用戶的沉浸感；

碰撞檢測：檢測到有碰撞，計算出碰撞發生的位置，檢測物體間的距離，檢測下一次碰撞將在何時發生。

12.坐標轉換流程

觀測變化

模型坐標＞模型變換Ott界坐標甲坐標

投影變換

工作站變換規范化變化

設備坐標＜規范化坐標“投影坐標系

四、綜合題

1.描述CyberGlove數據手套是如何工作的？

CyberGlove是一種復雜且昂貴的傳感手套，它使用的是線性彎曲傳感器。CyberGlove集成了很薄的電子張力變形

測量器，安裝在彈性尼龍彎曲材料上，該手套去掉了手掌區域和指尖部分。

手套傳感器或者是矩形的（用于測量彎曲角度），或者是U形的（用于測量外展和內收角度）。手套中有18個到

22個傳感器，用于測量手指的彎曲（每個手指2個到3個）、外展（每個手指I個）和拇指前置、手掌弧度、手

腕的偏航角和俯仰角-傳感器的分辨率為0.5°,并且可以在關節運動的整個范圍內保持該分辨率，該手套具有去

耦傳感器，兩個手套的輸出互不干擾。

關節角度是通過一對張力變形側量器電阻的變化間接側量出的。在手指運動過程中，一個張力變形測量器處在壓力

（C）作用下，另一個處在張力（T）作用下:它們的電阻變化使得Wheatstone橋上的電壓產生變化。手套中有許

多Wheatstone橋電路，它們產生的不同電壓被多路復用、放大，繼而通過一個模/數轉換器被數字化。來自18個傳

感器的手套數據通過RS-232串行線發送給主計算機。通信速率（當前為115.2kbaud）允許每秒最多發送150個數

據集。假如使用濾波（為了減小傳感器噪聲），采樣率將下降到112個數據集，而帶有22個傳感器的CyberGlove

模型會下降得更多。為了填補用戶手的大小差異帶來的誤差，以及把張力變形測量器產生的電壓轉換成關節角度.需

耍對CyberGlove手套進行校正。

2.HMD的視場和分辨率有什么關系？為什么說他們很重要？

頭盔顯示器把圖像投影到用戶面前1-5m（3-15fl）的位置，通過放置在HMD小圖像面板和用戶眼睛之間的特殊光學

鏡片，能使眼睛聚焦在如此近的距離而不易感到疲勞，同時也能起到放大小面板中的圖像的作用，使它盡也許填滿

人眼的視場（fieldofview,簡稱FOV）,惟一的負面影響是顯示器像素之間的距離（Al-A2）也同時被放火了。因

此，HMD顯示器的顆粒度（表達為arc-minutes/pixel）在虛擬圖像中變得很明顯。HMD分辨率越低，FOV越高，眼

睛視圖中相應于每個像素的arc-minutes數目也越大。但是，FOV過大使得出口瞳孔直徑變大，從而在圖像邊沿產

生陰影。

3.什么叫LOD?闡述其基本思想、作用及應用。

1）LOD即LevelOfDetails,細節層次。我們用LOD來描述一個物體在不同的距離上進行渲染時可選的細節限度。

在不影響畫面視覺效果的條件下，通過逐次簡化景物的表面細節來減少場景的幾何復雜性，從而提高繪制算法效率

的技術。

2）LOD基本思想：①對場景中的不同物體或物體的不同部分，采用不同的細節描述方法；②假如同一個物體離視

點比較遠，或物體比較小，則用較粗的LOD模型；③反之，假如一個物體離視點比較近，或物體比較大，則必須

用較精細的LOD模型繪制：④運動的物體，對運動速度快或處在運動中的物體，采用較粗的LOD,對靜止的物體,

采用較細的LOD0

3）LOD作用：①對物體定義具有多種細節水平的幾何表達；②用戶根據實際需要選擇相應精細限度的模型，使實

時繪制場景成為也許：③有效地控制場景復雜度：④加速圖形繪制速度。

4）LOD應用：①虛擬現實，②交互式可視化，③飛行模擬、3D動畫、交互式仿真等。

4.描述地形三維顯示的基本過程：

1）數據準備：獲取地形三維可視化所需的各類地形數據

2）DEM遞歸細分：將DEM細提成子網格，再進一步細分為三角形面素，以便下一步繪制解決。

3）透視投影變換：建立地面點（DEM結點）與三維圖像點間的透視關系，由視面、視角、三維圖形大小等參數擬

定。

4）光照模型：建立一種能逼真反映地形表面明暗、顏色充化的數學模型，逐點計算每像素的顏色和灰度。

5）消隱和裁剪：消去（或不顯示）三維圖形的可視部分，裁剪掉三維圖形尺寸范圍之外的部分。

6）圖形繪制和存貯：依各種相應算法（如模擬灰度、分形兒何、紋理映射等）繪制并顯示各種類型的三維地形圖，

并以標準圖像文獻格式（如PCX,TIFF,BMP等）存貯。

7）三維圖形的后解決；在三維透視圖上添加各種地物符號、注記等，進行顏色、亮度、對比度等解決。

8）基于三維地形圖的分析：在三維地形圖上依據有關參數、數據庫或數據文獻以及有關算法，進行空間信息查詢

或地形分析。

5.論述關于虛擬現實的構成部分、應用方向、發展方向及趨勢？

1）構成部分：

①計算機：是系統的心臟，也稱之為虛擬世界的發動機。負責虛擬世界的生成、人與虛擬世界的自然交互等功能

的實現

②輸入與輸出設備（接口）：特殊的設備，用以辨認用戶各種形式的輸入，并實時生成相應反饋信息

③應用軟件：虛擬世界中物體的幾何模型、物理模型、運動模型的建立；三維虛擬立體聲的生成；模型管理技術

及實時顯示技術、虛擬世界數據庫的建立與管理等④數據庫：存放整個虛擬世界中所有物體的各方面信息。

2）應用方向：

①地學應用；涉及數字城市建設、城市規劃、虛擬旅游、虛擬考古等

②科學研究和科學計算可視化

③教育培訓

④軍事模擬訓練

⑤工程應用

⑥醫學領域應用

⑦娛樂領域應用仿真駕駛系統；

3）發展方向：

①動態環境建模技術；

②實時三維圖形生成和顯示技術；

③新型人機交互設備的研制；

④智能化語音虛擬現實建模；

⑤網絡分布式虛擬現實技術的研究與應用。

4）發展趨勢：

①虛擬現實技術借助于計算機技術、網絡技術、攝影技術、等的發展而高速發展，出現了分布式虛擬現實系統、

CADWalkVRCenter,CAVE,IDesk等新技術。

②虛擬現實技術與專業技術相融合又產生了數字地球研究、虛擬規劃設計、虛擬現實機械裝配、虛擬考古、虛擬

手術、虛擬駕駛、虛擬管線設計、虛擬軍事對抗等領域的應用，使得虛擬現實技術成為一種嶄新的技術手段而

得到廣泛的應用。

6.從以下幾個案例系統中任選一個案例論述其虛擬現實系統的應用現狀、構建方法、關鍵技術及發展趨勢（限

500—800字左右）。

①駕駛仿真系統

②軍事作戰模擬系統

③虛擬手術系統

④虛擬城市系統

⑤3D游戲制作

駕駛仿真系統

應用現狀

目前汽車駕駛仿真系統重要應用于：

1）院校汽車相關專業數字汽車科研與教學。

2）院校科研單位交通、飛行、運送等相關專業科研與仿真體驗;

3）科博管汽車仿真數字體驗展相；

4）駕校的新式培訓手段；

5）大型工業公司駕駛技術人工虛擬培訓；

6）越野、坦克作戰等單兵和協同實戰演習；

構建方法

汽車駕駛仿真系統的構建由硬件和軟件兩部分組成。硬件設備由模擬駕駛艙、操縱控制系統、儀表系統、多

媒體計算機及音響系統等構成。軟件系統涉及道路環境的計算機實時動畫生成，汽車行駛動態仿真，聲響模擬，操

作評價，數據管理，網絡控制，操作平臺等。

由于本系統可以放入實車進行實驗，因而在沒有力和反饋裝置的條件下，對于汽車運動控制的模擬重要由實車

部件中的方向盤、油門、離合、剎車和檔位操作來完畢。

軟件中視景仿真系統的構建是在Windows操作系統環境下，通過VIRTOOLS調用3DSMax建立和解決

的模型來完畢的。

關鍵技術

汽車駕駛仿真系統在模型優化過程中所用到的幾種關鍵技術：

1)MIP紋理映射技術。使用紋理映射技術對模型進行解決來達成顯示真實感的效果和規定。

2)LOD模型簡化技術。L