基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬校園漫游系統(tǒng)優(yōu)化算法研究

　　立體顯示對(duì)于實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感是十分重要的，對(duì)立體顯示的圖像可以通過頭盔、液晶光閥眼鏡等觀察獲得沉浸感．立體視覺模型要求對(duì)2個(gè)視點(diǎn)分別進(jìn)行計(jì)算，生成左眼和右眼視圖．這時(shí)需要2個(gè)投影 中心．根據(jù)投影面、人眼以及觀察對(duì)象之間的相對(duì)位置，可有負(fù)視差、正視差之分．下面以負(fù)視差為例，根據(jù)透視原理進(jìn)行如下推導(dǎo)計(jì)算：設(shè)2眼距離為2 half—eye，若將之間的線段的中點(diǎn)定義為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，該線段位于中軸上，軸與投影平面垂直，使用右手系建立一個(gè)三維坐標(biāo)系．2眼的坐標(biāo)分別為(half-eye，0，0)、(一half-eye，0，0)，設(shè)物體點(diǎn)坐標(biāo)為，物體離視點(diǎn)的距離是 0distance，投影平面距視點(diǎn)的距離為．從 2眼分別看該物體投影點(diǎn)，在投影平面上該物體投影點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：其中 為了方便計(jì)算投影點(diǎn)的坐標(biāo)，選用右眼的位置作坐標(biāo)原點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算可得到

　　同理可得到 ，Y ．當(dāng)計(jì)算左畫面時(shí)，r 為正值；計(jì)算右畫面時(shí)，rhalf-eye為負(fù)值．產(chǎn)生出立體圖像對(duì)以后，使用頭盔或立體眼鏡觀察時(shí)讓每只眼睛只能看到立體圖像對(duì)中的一幅圖像，這樣就能給人以立體的感受．

　　3．3 紋理映射技術(shù)

　　紋理映射技術(shù)是近幾年來發(fā)展最快的技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用 于三維真實(shí)感 圖形 的生成與顯 示中…J．運(yùn)用紋理映射可以方便地制作真實(shí)感圖形而不用花更多的時(shí)間去考慮物體的表面細(xì)節(jié) ，紋理映射的本質(zhì)是對(duì)三維物體進(jìn)行二維參數(shù)化，即先求得三維物體表面上任一點(diǎn)的二維參數(shù)值，進(jìn)而得到該點(diǎn)的紋理值，最終生成三維圖形表面上的紋理圖案．在光滑曲面上添加紋理圖案的核心問題是映射，因此紋理問題可以簡化為從一個(gè)坐標(biāo)系到另一個(gè)坐標(biāo)系的變換．其中至少涉及 2個(gè)映射，一個(gè)是從紋理空間到景物空間，有時(shí)也稱為曲面參數(shù)化；第 2個(gè)映射是從景物空間到圖像(屏幕)空間，即取景變換．通常，這2個(gè)變換被合成為一個(gè)變換．下面講述如何在繪制三維場(chǎng)景時(shí)使用紋理映射技術(shù)．

　　1)大環(huán)境——天空盒．

　　虛擬校園中，首先要構(gòu)建大環(huán)境——天空，在一些三維建摸軟件如 3D MAX或者 Maya中，通常使用天空盒來表現(xiàn)天空景象，如晴朗的白天、燈光絢爛的夜晚等，天空盒的模型可以使用一個(gè)半球體，通過對(duì)半球體的內(nèi)表面進(jìn)行紋理貼圖來表現(xiàn)天空環(huán)境．但這種模型在進(jìn)行貼圖時(shí)容易出現(xiàn)球體兩扳處的走樣．為了避免這種情況，使用立方體(去捧底面)模型來模擬天空．

2)真實(shí)感地形的繪制．

　　真實(shí)感地形的繪制分為地形模型映射以及真實(shí)感地形生成 2部分，地形模型映射就是把數(shù)字形式的地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 multigen公司的 vega系統(tǒng)的基本格式，并計(jì)算相關(guān)的參數(shù)(頂點(diǎn)和法向量等)的過程．首先把數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)成 vega原語 ，以生成 vega可識(shí)別的原語序列 ，vega不僅提供了點(diǎn)、線、多邊形等建模原語 ，而且通過這些原語還可把地形模型數(shù)據(jù)表示成典型原語序列、線型原語序列及多邊形原語序列．由于 vega要求多邊形必須是凸多邊形因此在軟件實(shí)現(xiàn)中采用了三角面原語序列表達(dá)地形模型．由于 vega不直接計(jì)算每個(gè)頂點(diǎn)的法向量，因此若需獲得較佳的視覺效果或模擬特殊的地景，在轉(zhuǎn)換成 Vega的三角面串序列時(shí)，就需為每一個(gè)頂點(diǎn)計(jì)算出它的法向量；且所有頂點(diǎn)的法向量應(yīng)保持一致 ，否則有的三角面將不可見．取每個(gè)頂點(diǎn)的法矢量為圍繞該頂點(diǎn)所有三角面的法向量的平均值，這樣可以實(shí)現(xiàn)地形的平滑效果．真實(shí)感地形是指通過對(duì)地形進(jìn)行透視投影、消隱等操作后生成像照片那樣的黑白圖像或彩色圖像，產(chǎn)生出虛擬效果．通過 vega的紋理映射技術(shù)將地貌圖片與數(shù)字地形進(jìn)行融合，從而提高地形的表現(xiàn)力．

　　4 結(jié) 論

　　目前國外基于桌面的實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)報(bào)道較少，許多成熟的產(chǎn)品基本上都是采用的全景圖和簡單的場(chǎng)景．本系統(tǒng)是使用桌面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的實(shí)時(shí)漫游并且造價(jià)低廉 ，所采用的優(yōu)化算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1)對(duì)紋理影射進(jìn)行了優(yōu)化，使實(shí)時(shí)繪制過程中的計(jì)算量少，效果幾乎沒有損失．

　　2)優(yōu)化后 的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎占用很少內(nèi)存，為實(shí)現(xiàn)微機(jī)上的虛擬校園漫游系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)．通過實(shí)例測(cè)試證明算法能有效地對(duì)桌面虛擬現(xiàn)實(shí)漫游引擎實(shí)施了改造，使之運(yùn)行在普通桌面系統(tǒng)上，繪制后的效果不僅保留了原來模型的特征，還能滿足實(shí)時(shí)漫游的需求．