山东大学学报(I:学版) 第34卷 1.4存在的问题 t为Ⅴ的时间轴,为VP的虚化轴为实现操纵 基于图形渲染的建模便于用户与虚拟场景中虚视点空间建立视点空间的关联:位置关联时间关 拟对象的交互能对虚拟对象的深度信息进行直接联虚化关联焦距关联有这些关联使模型的十元 获取,但由于几何模型三维场景的真实感是建立在组约束wR(,卓,d,d,t,)简化为六元组约束 对几何物体表面材质的光照模型基础上的,其阴影使问题得到简化 文理要在基于某种光照模型的计算下,通过硬件 通常构造虚拟环境的图像集合往往来自于对真 绘制并配以图形加速性能才能显示出来,故该方实环境的多视点柱面摄影图或多路轨迹视频摄像的 法对硬件的计算能力和图形加速性能都有很高的要采样,或由CAD模型场景生成的具有强烈真实感的 求,一般是用于基于高性能图形工作站的系统.在人工图像序列将这些图像适当的投影变换后,进行 场景模型比较复杂的情况下将会因计算量较大,而无缝拼接生成位于不同视点的新视图最终实现环 使用户与虚拟场景无法实时交互,用户对场景中虚境的完全漫游 拟对象的操作也无法得到实时的反馈明显的时延2.3存在的问题 会使用户在生理和心理上感到难受,影响效果这将 基于图像建模的方法可以克服复杂场景三维建 使场景的复杂性因硬件的处理能力而受到限制,从模的困难,并且可以使用真实世界的图像提供更丰 而使对复杂场景的建模难以实现 富的细节,较容易得到与真实环境相近的效果,生成 图像的质量独立于场景的复杂性其计算量较小,也 2基于图像的建模技术 不受场景复杂度的限制,且对硬件的要求也不及基 于图形的建模那样高还可以在微机上实现但由于 基于图像的建模技术(HR)的本质是图形学中场景中的虚拟物体是图像中的二维对象,因而用户 广为应用的纹理映射技术,即用待建三维虚拟空间很难,甚至不能与这些二维对象进行交互,出现漫游 的有限幅图像样本,在一定的图像处理算法和视觉失真方法适合于基于真实自然场景的三维虚拟环 计算算法的基础上来直接构造三维场景 境的建立 21全光模型与光图函数 Adln与Begb定义了一个观察者在特定空3基于图形与图像的混合建模技术 间中所接收到的所有辐射能量,通过参数来描述全 光函数2 既要避免复杂场景几何模型的大计算量,又要 (0,中,λ, 满足实时性要求,可以采用基于图形与图像的混合 式中:(,,)为给定视点、(,4为观察视建模方法 角,时间t,波长λ(光线能量的表示) 虚拟现实混合建模中,用户可以用用户化身 尽管全光函数可描述从观察点上看到的能量分( User avatar)这个特殊的虚拟实体对象的形式进 布,但要实现重构连续的全光函数也绝非易事而 虚拟场景,即用户与虚拟场景的交互是通过用户化 IBR可看作是给定环境的离散样本图像,BR的目 身与场景中其它虚拟实体对象间的数据交换来完成 标是生成一个此环境的连续表示,与全光函数相结 的基于图像的建模技术注重虚拟场景的视觉真实 合,BR技术其实是全光函数的采样、重建和重采样 性,可用于交互要求少并且复杂的场景,用图像的插 过程 补、变形、拼合等方法来构造一个尽可能符合视觉要 22虚拟全景空间模型 求的纯虚场景,尽管纯虚场景中的虚拟物体是二维 图像中的纯虚对象,用户化身不能与之交互,但人们 虚拟全景空间( /irtual Panoramic Space简称仍可凭借双目立体视觉技术和头盔显示器来获取用 vPS),可由众多的视点空间组成因此,可使人在该 户化身相对于图像中纯虚对象的深度信息基于图 空间中漫游其模型为WRS(6,,d1,d,d,a 形渲染的建模技术注重虚拟场景交互行为的仿真和 a,,)的十元组约束其中(日,乎)为单视点空间内可实现性用于用户希望与之产生交互作用的场景 视角在经度和纬度两方向的变化,d,4,d为x,y,对象 z方向上的位移,an,a,an为三个轴向的旋转角度 习惯上,运用基于图像的建模技术将现实世界 万方数据山东大学学报(I‘学版) 第34卷 1．4存在的问题 基于图形渲染的建模便于用户与虚拟场景中虚 拟对象的交互，能对虚拟对象的深度信息进行直接 获取，但由于几何模型三维场景的真实感是建立在 对几何物体表面材质的光照模型基础上的，其阴影 和纹理要在基于某种光照模型的计算下，通过硬件 绘制，并配以图形加速性能才能显示出来，故该方 法对硬件的计算能力和图形加速性能都有很高的要 求，一般是用于基于高性能图形工作站的系统”1．在 场景模型比较复杂的情况下，将会因计算量较大，而 使用户与虚拟场景无法实时交互，用户对场景中虚 拟对象的操作也无法得到实时的反馈，明显的时延 会使用户在生理和心理上感到难受，影响效果．这将 使场景的复杂性因硬件的处理能力而受到限制，从 而使对复杂场景的建模难以实现． 2基于图像的建模技术 基于图像的建模技术(珥R)的本质是图形学中 广为应用的纹理映射技术，即用待建三维虚拟空间 的有限幅图像样本，在一定的图像处理算法和视觉 计算算法的基础上，来直接构造三维场景． 2．1全光模型与光圈函数 Adelson与B唧曲定义了一个观察者在特定空 间中所接收到的所有辐射能量，通过参数来描述全 光函数“】： p=plenoptic(日，≠，A，u。，u，，叱，t)． 式中：(u：，u，，u，)为给定视点，(目，≠)为观察视 角，时间t，波长^(光线能量的表示)． 尽管全光函数可描述从观察点上看到的能量分 布，但要实现重构连续的全光函数也绝非易事．而 mR可看作是给定环境的离散样本图像，IBR的目 标是生成一个此环境的连续表示，与全光函数相结 合，IBR技术其实是全光函数的采样、重建和重采样 过程． 2。2虚拟全景空间模型 虚拟全景空间“1(Virtual Panoramic Space简称 VPS)，可由众多的视点空间组成，因此，可使人在该 空间中漫游，其模型为VPS(日，≠，吐，d，，吐，吼，嘶， n…t w)的十元组约束，其中(日，≠)为单视点空间内 视角在经度和纬度两方向的变化，以，巩，以为*，Y， z方向上的位移，叱，q，o。为三个轴向的旋转角度， #为VPS的时间轴，”为VPS的虚化轴．为实现操纵 视点空间，建立视点空问的关联：位置关联、时间关 联、虚化关联、焦距关联．有这些关联使模型的十元 组约束VPS(日，≠，d—d，t，”)简化为六元组约束， 使问题得到简化． 通常构造虚拟环境的图像集合往往来自于对真 实环境的多视点柱面摄影图或多路轨迹视频摄像的 采样，或由CAD模型场景生成的具有强烈真实感的 人工图像序列．将这些图像适当的投影变换后，进行 无缝拼接，生成位于不同视点的新视图，最终实现环 境的完全漫游． 2．3存在的问题 基于图像建模的方法可以克服复杂场景三维建 模的困难，并且可以使用真实世界的图像提供更丰 富的细节，较容易得到与真实环境相近的效果，生成 图像的质量独立于场景的复杂性．其计算量较小，也 不受场景复杂度的限制，且对硬件的要求也不及基 于图形的建模那样高，还可以在微机上实现．但由于 场景中的虚拟物体是图像中的二维对象，因而用户 很难，甚至不能与这些二维对象进行交互，出现漫游 失真．方法适合于基于真实自然场景的三维虚拟环 境的建立． 3基于图形与图像的混合建模技术 既要避免复杂场景几何模型的大计算量，又要 满足实时性要求，可以采用基于图形与图像的混合 建模方法”J． 在虚拟现实混合建模中，用户可以用用户化身 (User avatar)这个特殊的虚拟实体对象的形式进入 虚拟场景，即用户与虚拟场景的交互是通过用户化 身与场景中其它虚拟实体对象间的数据交换来完成 的．基于图像的建模技术注重虚拟场景的视觉真实 性，可用于交互要求少并且复杂的场景，用图像的插 补、变形、拼合等方法来构造一个尽可能符合视觉要 求的纯虚场景，尽管纯虚场景中的虚拟物体是二维 图像中的纯虚对象，用户化身不能与之交互，但人们 仍可凭借双目立体视觉技术和头盔显示器来获取用 户化身相对于图像中纯虚对象的深度信息．基于图 形渲染的建模技术注重虚拟场景交互行为的仿真和 可实现性，用于用户希望与之产生交互作用的场景 对象， 习惯上，运用基于图像的建模技术将现实世界 万方数据