多媒体技术与虚拟现实

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1、一、名词解释 1. 虚拟现实技术：虚拟现实技术就是利用计算机技术生成的一个逼真的视觉、听觉、触觉及嗅觉等的感觉世 界，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。 2. HMD：头戴式可视设备（Head Mount Display）头戴虚拟显示器的一种，专为用户提供虚拟现实中立体景 物的显示器，又称眼镜式显示器。因为眼镜式显示器外形象眼镜，同时专为大屏幕显示音视频播放器的视 频图像的，所以形象的称呼其为视频眼镜。 3. 点、线、面造型：点造型是 Point 节点创建离散点集而构造的空间几何造型。线造型是由 IndexedLineSet 节点创建离散点集经索

2、引而构造的空间几何造型。可用来制作立体几何中的平行线、交叉线以及由线段构 造的空间形体。面造型是由 IndexedFaceSet 节点创建的空间平面造型。 4. 粒子系统：是用简单的体素完成复杂的运动的建模，被用来描述自然界大量的随机的运动方式，最直观的 例子就是雨雪、飘落的树叶、还有节日的烟花。/粒子系统表示三维计算机图形学中模拟一些特定的模糊现 象的技术，而这些现象用其它传统的渲染技术难以实现的真实感的 game physics。经常使用粒子系统模拟 的现象有火、爆炸、烟、水流这样的抽象视觉效果。 5. 碰撞检测：假设三维空间中有 N 个运动模型，随着时间改变位置和姿态，碰撞检测就是判断他

3、们之间是否 发生了碰撞，报告发生或即将发生碰撞的部位以及动态的查询模型之间的距离。 6. VR 的建模：是建立 I/O 设备到仿真场景的映射，以及建立虚拟世界的对象数据库，对对象的形状、外观、 运动学约束、智能行为和物理特性进行建模。 7. 六自由度： 是指物体在空间沿 x、 y、 z 三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度 。 因此，要完全确定物体的位置，就必须消除这六个自由度。 8. 空间变换（VRML） ：VRML 场景中的每一个造型都是基于当前坐标系进行创建的，而单一坐标系的使用将 在很大程度上限制用户的空间想象力和创造力的发挥。如果希望场景中的造型在空间中改变方位

4、，则需要 进行 VRML 空间变换，也即变换造型创建所基于的空间坐标系。 9. VRML：即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语 言，也具有平台无关性。 10. 电磁波跟踪器：利用磁场的强度来进行位置和方位跟踪，一般由一个计算机控制部件，几个发射器和与之 配套的接收器组成。由发射器发射电磁场，接收器接收到这个电磁场后，转换成电信号，并将此信号送到 控制部件，控制部件经过计算后，得出跟踪目标的数据。 11. 超声波跟踪器：由 3 个超声波发射器的阵列，3 个超声波接收器和计算机组成。用于在房间中测量头部位 置。 12. 几何建模：先用曲线、曲面等建立

5、数学模型，然后利用纹理映射、光照等对数学模型加以渲染，从而对物 体几何信息进行表示和处理的建模。 13. 物理建模：主要是综合体现对象的物理特征，包括重量，惯性，表面硬度，柔软度和变形模式等。一般采 用微分方程来描述，使它构成动力学系统。 14. 行为建模：行为建模是建立与用户动作无关的行为模型。主要研究物体运动的处理和对其行为的描述。它 赋予模型外形、质感等表现特征，同时也赋予模型物理属性和“与生俱来”的行为与反应能力，并且服从一 定的客观规律。例如钟表显示的时间、温度计显示的温度等。 二、判断题 三、程序题 1. 白色背景的谷仓 解：Background skyColor 1.0 1.0

6、1.0 Shape appearance Appearance material Material geometry Cone bottomRadius 3.0 height 4.0 2. 文本造型 3. 输出字符串 Shape geometry Text string “My name is Redboy!“ maxExtent 20 4. 创建有底无顶的圆柱 Background skyColor 1.0 0.0 1.0 Shape appearance Appearance material Material geometry Cylinder top FALSE 5. 跳棋 解：Bac

7、kground skyColor 1.0 1.0 1.0 Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 1.0 0.0 0.0 geometry Cone bottomRadius 1.0 height 3.0 Transform translation 0.0 2.0 0.0 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.0 0.0 1.0 geometry Sphere radius 1.0 6. 用带点的定义和引用创建十字架

8、 Background skyColor 1.0 1.0 1.0 DEF redacross Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 1.0 0.0 0.0 geometry Box size 2.0 0.2 0.2 Transform rotation 0 0 1 1.571 children USE redacross 7. 橄榄球 Background skyColor 1.0 1.0 1.0 Transform scale 1.0 2.0 1.0 children Shape appearance Appea

9、rance material Material diffuseColor 0.4 0.8 0.4 geometry Sphere radius 1.0 8. 哑铃 Background skyColor 1.0 1.0 1.0 Transform rotation 0 0 1 1.571 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.0 0.0 0.0 geometry Cylinder radius 0.5 height 1.2 Transform translation 2.0 0.0 0.0 c

10、hildren DEF yl Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.0 0.0 0.0 geometry Sphere radius 1.5 Transform translation -2.0 0.0 0.0 children USE yl 9. 立方体 Shape appearance Appearance material Material geometry Box 10. 球体（立方体）贴上纹理 Transform translation -1.5 0 0 children DEF wl Shape a

11、ppearance Appearance texture ImageTexture url “niaochao.jpg“ geometry Box 四、问答题 1. 虚拟现实系统的基本问题？ 答：真实性、实时性。 2. 虚拟现实的特征？ 答：1、沉浸感 沉浸感能给人们以真实世界的感觉，让人感觉全方位地沉浸在这个虚幻的世界中，难以分辨真假。沉浸感包括 视觉沉浸，听觉沉浸，触觉沉浸等 2、交互性 虚拟现实与通常 CAD 系统所产生的模型是不一样的，它不是一个静态的世界，而是可以对使用者的输入做出 反应。虚拟现实环境可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响。交互性具有以下特征： （1）虚拟环境中必

12、须具有人的参与和反馈。 （2） 人机交互必须具有时效性， 即虚拟场景的真实感。 （3） 人机交互必须具有真实性。 3、想象 虚拟现实的应用能解决在工程，医学，军事等方面的一些问题，这些应用是虚拟现实与设计者并行操作，为发 挥他们的创造性而设计的，这极大地依赖于人类的想象力。 3. 第六章的总结（P160） 4. 虚拟现实的建模方法？ 答：几何建模，运动建模，物理建模，行为建模。 运动建模主要用于确定三位对象在世界坐标系中的位置，以及它们在虚拟世界中的运动。运动建模的另一方面 是设置观察世界的方式，即虚拟相机的运动。 5. 虚拟现实的几何建模方法及其形状确定？ 答： 几何建模有 2 种， 人工和

13、自动。 人工的方法有： （1） 利用虚拟现实工具软件来进行建模。 如 OpenGL Java3D。 （2） 直接从某些商品图形库中选购所需的几何图形。（3） 利用常用的建模软件来建模。 如 AutoCAD， 3DS。 （4） 自制的工具软件。 自动：借助于硬件设备进行建模。最典型的方法就是用三维扫描仪对实物进行三维建模。它能快速方便地将真 实世界的立体彩色物体信息转换为计算机能直接处理的数字信号。 另外， 有时还采用基于图片的几何建模技术。 形状确定方法：1.使用工具包编辑器；2.导入 CAD 文件；3.使用三维数字化仪创建对象表面；4.使用三维扫描 仪创建对象表面；5.使用在线三维对象数据库

14、。 6. 虚拟现实的物理建模方法？ 答：主要有 2 种：分形技术和粒子技术。 分形技术：是指用来描述具有自相似特征的数据集。优点是用简单的操作就可以完成复杂的不规则物体建模， 缺点是计算量大，不利于实时性处理。一般在虚拟现实中仅用于静态远景的建模。 粒子系统：是用简单的体素完成复杂的运动建模。在虚拟现实中粒子用于动态的，运动的物体建模。 五、论述题 1. 虚拟现实技术的应用前景和发展趋势？ 答：目前，虚拟现实技术已经在许多领域得到广泛应用，从军事仿真到艺术和教育，从医学到制造的各个 方面。 军事上：有虚拟现实技术创建的军事仿真已经成为军事训练的主要手段，正如美国国防部和军方所认为的 那样，虚拟

15、现实技术将在武器系统性能评价、武器操纵训练及指挥大规模军事演习 3 方面发挥重大作用。 航空航天上：宇宙飞船及各类航空器是需耗费巨资的现代化工具，而进入宇宙有大量未知、危险的因素， 因而模拟各种航空器可能遇到的环境，不仅可节省大量费用，而且是十分必要。 计算机辅助设计：虚拟现实技术是计算机辅助设计的重要手段之一，如利用虚拟现实技术可以设计出虚拟 样机、虚拟建筑物等，更加直观有效地帮助修改和提供设计方案。 在医疗上的应用： 虚拟现实技术模仿的手术台已能部分模仿外科医生的现场， 同样， 提供模拟的人体器官， 可让学生逼真地观察器官内部的构造和病灶，具有极高的实验价值。另外，运用虚拟现实技术，还可以帮 助医生学习病人鉴别分类和诊断、应对紧急情况下的病人救治。 科学研究和计算的可视化：各种分子结构模型、大坝应力计算的结果、地震石油勘探数据处理等，均十分需要三维图形可视化的显示和交互浏览， 虚拟显示技术为科学研究探索微观形态等提供了形象直观的工具。 远程控制：虚拟现实可采用遥控手段，通过机械手、机器人对危险或有毒环境进行