填空題

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

最重要技術特性。

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.幾何建模辦法涉及：多邊形；非統一有理B樣條；構造立體幾何。

6.虛擬現實是一種高品位人機接口，涉及通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等各種感覺通道實時模仿和實時交

互。

7.一種典型虛擬現實系統構成重要由：頭盔顯示設備、多傳感器組、力反饋裝置構成。

8.依照虛擬現實對“沉浸性”限度和交互限度不同，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_展_，使人大腦能將兩眼所得到細微差別圖像進行融合，從而在大腦中產生有空間感立體

物體視覺。

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

多項選取題（本大題共10小題，每小題2分，共20分）

1.如下屬于視覺感知設備有（ABCDEF）

A.頭盔顯不屏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_Display）即頭盔式顯示屏，重要構成是（CD）

A.顯示元件B.光學系統C.觸覺元件D.聽覺系統

空間位置跟蹤技術有各種，常用跟蹤系統有（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，是運用先進技術手段將虛擬物體空間無能運動轉變成物理設備機械運動，使顧客可以體驗到真實力

度感和方向感，從而提供一種嶄新人機交互界面。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.教誨仿真

6.立體顯示技術是虛擬現實系統一種極為重要支撐技術，要實現立體顯示，既有各種辦法與手段進行實現。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.為了保證虛擬環境真實性，常需要對虛擬物體進行碰撞檢測，實現辦法有各種但其中（B）辦法是碰撞檢測

算法中廣泛使用一種辦法，它是解決碰撞檢測問題復雜性一種有效辦法。

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）系統是一套基于高品位計算機多面式房間

式立體投影解決方案,CAVE重要由（ABC）構成：

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，為了提高顯示逼真度，加強真實性，常運用辦法有（ABC）

A.紋理映射B.反走樣C.環境映射D.細節層次模型法

10.在基于幾何圖形實時繪制技術實現過程中，當前有下面幾種用來減少場景復雜度，以提高三維場景動態顯示速度

辦法，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

簡答題

1.簡述虛擬現實系統中重要技術和典型硬件構成。

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.闡述場景管理目的及設計思想

3.簡述虛擬現實引擎架構

4.簡述基于場景包圍體場景組織技術

5.簡述場景繪制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，存在于計算機內部環境。顧客應當可以以自然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真實環境中虛幻感，沉浸感，身臨其境感覺一種技術。

7.觸覺反饋和力反饋有什么不同？

接觸反饋傳送接觸表面幾何構造、虛擬對象表面硬度、滑動和溫度等實時信息.。它不會積極抵抗顧客觸摸運動，不

能制止顧客穿過虛擬表面。

力反饋提供虛擬對象衣面柔順性、對象重量和慣性等實時信息。它積極抵抗顧客觸摸運動，并能制止該運動（如果

反饋力比較大）。

8.什么是消隱技術？

就是要解決形體二義性問題，通過消隱線或消隱面辦法，提高圖形真實感技術。要消除二義性，必要在繪制時消除

被遮擋不可見線或面，稱作消除隱藏線或隱藏而，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、面或體可見性過程。

9.什么是景深技術？

指被攝景物中能產生較為清晰影像近來點至最遠點距離。

10.關于行為建模、行人運動建模有哪些？

行為建模：基于Agent行為建模，基于狀態圖行為建模，基于物理行為建模，基于特性行為建模和基于事件駁動行

為建模。

行人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，由于顧客交互和物體運動，物體間經常也許發生碰撞，此時為了保持環境真實性，需要即時檢測這

些碰撞，并計算相應碰撞反映，更新繪制成果，否則，物體間會浮現穿透現象，破獲虛擬環境真實感和顧客沉浸感;

碰撞檢測：檢測到有碰撞，計算出碰撞發生位置，檢測物體間距離，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7：界坐標，中坐標

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？

CybcrGlove是種復雜且昂貴傳感手套，它使用是線性彎曲傳感器。CybcrGlove集成了很薄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某些。

手套傳感器或者是矩形（用于測量彎曲角度），或者是U形（用于測量外展和內收角度）。手套中有18個到22

個傳感器，用于測量手指彎曲（每個手指2個到3個）、外展（每個手指1個）和拇指前置.、手掌弧度、手腕偏航

角和俯仰角。傳感器辨別率為05。，并且可以在關節運動整個范疇內保持該辨別率，該手套具備去耦傳感器，兩

個手套輸出互不干擾。

關節角度是通過一對張力變形側量器電阻變化間接側量出。在手指運動過程中，一種張力變形測量器處在壓力（C）

作用下，另一種處在張力（T）作用下。它們電阻變化使得Wheatstone橋上電壓產生變化。手套中有許多Wheatstone

橋電路，它們產生不同電壓被多路復用、放大，繼而通過?種模/數轉換器被數字化。來自18個傳感器手套數據通

過RS-232串行線發送給主計算機。通信速率（當前為115.2kbaud）容許每秒最多發送150個數據集.如果使用濾

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CyberGlove模型會卜降得更多。

為了彌補顧客手大小差別帶來誤差，以及把張力變形測量器產生電壓轉換成關節角度.需要對CyberGlove手套進

行校正。

2.HMD視場和辨別率有什么關系？為什么說她們很重要？

頭盔顯示屏把圖像投影到顧客面前1-5m（3-15ft）位置，通過放置在HMD小圖像面板和顧客眼睛之間特殊光學鏡片,

能使眼睛聚焦在如此近距離而不易感到疲勞，同步也能起到放大小面板中圖像作用，使它盡量填滿人眼視場（fieldof

view,簡稱FOV）,惟一負面影響是顯示屏像素之間距離（Al-A2）也同步被放大了。因而，HMD顯示屏顆粒度

（表達為arc-minutcs/pixcl）在虛擬圖像中變得很明顯。HMD辨別率越低，FOV越高，眼睛視圖中相應于每個像素

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。咱們用LOD來描述一種物體在不同距離上進行渲染時可選細節限度。在

不影響畫面視覺效果條件下，通過逐次簡化景物表面細節來減少場景幾何復雜性，從而提高繪制算法效率技術。

2）L0D基本思想：①對場景中不同物體或物體不同某些，采用不同細節描述辦法；②如果同一種物體離視點比較

遠，或物體比較小，則用較粗LOD模型：③反之，如果一種物體離視點比較近，或物體比較大，則必要用較精細

LOD模型繪制；④運動物體，對運動速度快或處在運動中物體，采用較粗LOD,對靜止物體，采用較細LOD。

3）LOD作用：①對物體定義具備各種細節水平幾何表達；②顧客依照實際需要選取相應精細限度模型，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飛行模仿、3D動畫、交互式仿真等。

4.描述地形三維顯示基本過程：

1）數據準備：獲取地形三維可視化所需各類地形數據

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、顏色充化數學模型，逐點計算每像素顏色和灰度。

5）消隱和裁剪：消去（或不顯示）三維圖形可視某些，裁剪掉三維圖形尺寸范疇之外某些。

6）圖形繪制和存貯：依各種相應算法（如模仿灰度、分形幾何、紋理映射等）繪制并顯示各種類型三維地形圖，

并以原則圖像文獻格式（如PCX,TIFF,BMP等）存貯。

7）三維圖形后解決：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）基于三維地形圖分析：在三維地形圖上根據關于參數、數據庫或數據文獻以及關于算法，進行空間信息查詢或

地形分析。

闡述關于虛擬現實構成某些、應用方向、發展方向及趨勢？

1）構成某些：

①計算機：是系統心臟，也稱之為虛擬世界發動機。負責虛擬世界生成、人與虛擬世界自然交互等功能實現

②輸入與輸出設備（接口）：特殊設備，用以辨認顧客各種形式輸入，并實時生成相應反饋信息

③應用軟件：虛擬世界中物體幾何模型、物理模型、運動模型建立；三維虛擬立體聲生成；模型管理技術及實時

顯示技術、虛擬世界數據庫建立與管理等④數據庫：存儲整個虛擬世界中所有物體各方面信息。

2）應用方向：

①地學應用；涉及數字都市建設、都市規劃、虛擬旅游、虛擬考古等

②科學研究和科學計算可視化

③教誨培訓

④軍事模仿訓練

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、照相技術、等發展而高速發展，浮現了分布式虛擬現實系統、CAD

Wall.VRCenter、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應用，使得虛擬現實技術成為一種嶄新技術手段而得到

廣泛應用。

6.從如下幾種案例系統中任選一種案例闡述其虛擬現實系統應用現狀、構建辦法、核心技術及發展趨勢（限500-800

字左右）.

①駕駛仿真系統

②軍事作戰模仿系統

③虛擬手術系統

④虛擬都市系統

⑤3D游戲制作

駕駛仿真系統

應用現狀

當前汽車駕駛仿真系統重要應用于：

1）院校汽車有關專業數字汽車科研與教學。

2）院校科研單位交通、飛行、運送等有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；

構建辦法

汽車駕駛仿真系統構建由硬件和軟件兩某些構成。硬件設備由模仿駕駛艙、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計算機實時動畫生成，汽車行駛動態仿真，聲響模仿，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條件下，對于汽車運動控制模仿重要由實車部件

中方向盤、油門、離合、剎車和檔位操作來完畢。

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

型來完畢。

核心技術

汽車駕駛仿真系統在模型優化過程中所用到幾種核心技術：

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到顯示真實感效果和規定