武汉科技大学中南分校2010届毕业设计(论文)
感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。 1.2.4构想性（Imagination）
强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。
这里，虚拟环境处理器是VR系统的心脏，完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备给VR系统提供来自用户的输入，并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野，也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向。而输出设备是由VR系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户，使用户产生一种身临其境的逼真感。
§1.3虚拟现实的关键技术
1.3.1基于动态环境的建模技术
虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术（有规则的环境），而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。 1.3.2应用系统开发工具
虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。为了达到这一目的，必须研究虚拟现实的开发工具。例如，虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。
现在目前流行的ISB（Internet Space BuiIder）和ISA（Internet Scene Assemble）2款开发软件
§1.4虚拟现实的研究现状
1.4.1国外研究现状
美国作为VR技术的发源地，其研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。近年来,虚拟现实在美国航空航天和军事领域的若干成功应用所获得的巨大经济效益和社
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会效益，促使美国政府进一步加大了对虚拟现实技术研究的支持力度。在美国虚拟现实在以下三个方面发挥重大作用： （1）武器系统性能评价； （2）武器操纵训练；
（3）指挥大规模军事演习。虚拟现实的应用将大幅度降低以上三者所需的费用，极大地提高效益，并消除意外伤亡事故。
在军事领域，美国的主要研究单位为：美国空军技术研究所(Air Force Institute of Technology)主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其对那些培养实际操作人员的环境感兴趣。他们正在研制一种便宜的、实时网络化的飞行模拟器NPSNET4。它使用SIMNET和分布式交互仿真两种协议进行主机之间的通信。NPSNET计划注意虚拟世界的系统在现实世界问题中的应用。
在航天领域，现在NASA已经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR研究最早的大学，他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。
美国政府对虚拟现实技术非常重视，他们支持的虚拟现实研究计划都是面向航空航天和军事应用的。虚拟现实将在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥重要作用，并产生巨大的经济效益。美国已初步建成了一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间，,在世界上处于领先地位。 1.4.2中国研究现状
我国VR技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入研究项目。
国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；实现了分布式虚拟环境网络设计，虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟
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环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。
虚拟现实技术在我国近些年发展极为迅速，被广泛的应用在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、互联网、勘探测绘、生产制造、军事航天等数十个重要的行业，全世界的目光都聚焦于虚拟现实技术在中国的蓬勃发展。流行一时的网络游戏，实质上也是虚拟现实技术的一种简单应用。 第5页 共32页
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第2章 虚拟校园技术
§2.1虚拟校园的基本概念
计算机网络技术、三维地理信息系统技术、虚拟现实技术的发展使得我们可以在计算机网络上构建虚拟校园(Virtual campus)。
用户在网络上即可对校园景观、校内的各种设施和服务获得身临其境的感受，还可以在网络上使用部分设施和接受服务。
虚拟校园提供了校园景观及设施最直观的表现形式，方便了用户对校园信息的访问、促进了大学的建设和远程教学的发展。
虚拟校园是基于地理信息技术、虚拟现实技术和计算机网络技术等高新技术，将校园地理信息和其他校园信息相结合。以虚拟现实场景界面实现棱园景观及信息的浏览查询，并可上传到计算机网络和提供远程用访问。
§2.2虚拟校园的建模方法
校园虚拟场景的建模方法主要有两种。 2.2.1基于图形的建模与绘制
一种是基于图形的建模与绘制(Gcomel ry—Based Modcliag and Rendering GBMRj； 2.2.2基于图像的建模与绘制
一种是基于图像的建模与绘制(Inlagc—Based Modelink and Rendering，IBMRj； 它是以环境中抽样出的离散图像组成基础数据，通过处理与组织这些图像数据而得到环境的连续描述的过程。与GBMR相比，IBMR方法的优越性在于：一是无需繁琐的场景建模工作；二是不需要特殊的设备。如图形加速卡和价格昂贵的图形工作站，在普通电脑上即可运行：三是能实时地显示生成的环境，处理时间独立于景物复杂度。IBMR一种常见的实现方法是用全景图集台来构成虚拟环境、在虚拟环境中漫游相当于选择不同的全景图。
§2.3全景图的概念
全景图是虚拟实景的一种表现形式，会让使用者有进入照片中的场景的感觉。全景图区别于普通的拼接照片的地方在于，全景图是基于鱼眼技术，利用专业相机拍摄出来的照片，观察者从每个角度观察，都能够获取直观的立体感，而普通的拼接照片，只是
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在一个平面上实现相机取景范围的限制。
2.3.1全景图的特点
360度的高质量的全景图主要有三个特点
1、全：全方位，全面的展示了360度球型范围内的所有景致；可在例子中用鼠标左键按住拖动，观看场景的各个方向；
2、景：实景，真实的场景，三维全景大多是在照片基础之上拼合得到的图像，最大限度的保留了场景的真实性；
3、三维：三维立体的效果，虽然照片都是平面的，但是通过软件处理之后得到的三维全景，却能给人以三维立体的空间感觉，使观者犹如身在其中。
但是由于受到设备的限制，非专业的摄影人员，是很难拍到上面描述的效果的全景图的。但是，就普通相机加上一些照片拼合软件，所得到的全景图片的表现形式已经比普通的照片要好得很多。
2.3.2 全景图的生成
全景图模型一般有立方体、圆柱体和球体三种。
以柱面全景图像为例，若需取得具有摄影真实感的全景图像，可采用全景照相机、普通照相机或摄像机来获取图像数据。全景照相机可直接获得全景图像，普通照相机或摄像机则需要固定在可水平旋转的支架上，使得相机的镜头位于支架的中心点。
如果是照相机，转动照相机一周，每间隔一定的角度拍一张照片，以保证相邻照片有一定的重叠；
摄像机则需缓慢地绕中心点旋转一周拍摄，使用数码照相机或数码摄像机来获取图像数据是比较有利的，因为获取的图像数据可以直接下载到计算机进行后续处理。
照相机或摄像机所得到的图像数据属于中心投影，需要经过投影变换来将这些中心投影图像投影到一个圆柱面上。完成这种柱面的正投影变换后，再经过拼接形成柱面全景图像，整个拼接过程分成图像匹配和平滑连接两个步骤完成。
图像匹配是确定相邻图像的重叠范围，一般有基于面积和基于特征等方法，平滑连接使得拼接区域色调变化平滑，提高了图像质量。可采用淡入淡出的方法，即在重叠部分由前一幅图像慢慢地过渡到第二幅图像并删去垂直方向错开的图像部分。
全景图像生成后，空间编辑器将不同地点而又众多的全景图像组织为虚拟的全景空间，全景图像的数据量通常是较为庞大的，需要对其进行压缩，通常采用JPEG算法进行
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