基于投影的增强现实系统中的光照技术研究

基于投影的增强现实系统是增强现实技术中的一个新的研究领域。针对基于投影增强现实技术的魔幻展台系统中的光照问题,我们提出了一套解决魔幻展台中真实场景与虚拟场景光照影响一致性的方法,给出了相关算法的关键代码,采用投影仪补充投射阴影的方法来实现虚拟物体的阴影制作,解决了真实场景与虚拟场景之间相互遮挡的问题,增强了魔幻展台中虚拟物体的真实感及与真实场景的一致性,取得了良好的效果。     

混合场景绘制的光照一致性研究

光照计算是真实感图形绘制的重要的研究问题之一,调整光照效果是增强真实感效果最关键的一步,特别是在基于几何与图像混合绘制的系统中,调整图像的光照适应当前虚拟环境的光照是一个复杂的过程.利用三维模型在GPU中的绘制流程,在混合场景绘制系统中,提出了一种简单的光照一致性方法,生成虚拟场景绘制系统中动态光照下的图像模型,图像的光照随着虚拟光照环境的改变,与几何模型的光照具有一致性.     

虚拟场景运动关系一致性研究

对虚拟环境进行研究是近年来计算机领域的一个热点，在虚拟环境中显示的图像要求清晰、连续，能尽可能真实的反映实际情况。因此，在开发汽车驾驶训练模拟器视景系统过程中，对场景运动关系一致性进行研究就显得尤其重要。文章研究了场景运动关系一致性的实现方法，并给出了一个场景运动关系一致性的实例，通过对仿真结果的分析，表明这种实现方法可以很好地解决场景运动关系一致性问题，能更进一步增强虚拟场景的“真实”效果。     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。     

基于光照贴图的Web3D全局光照协作式云渲染系统

提出一套视点无关的Web3D协作式全局光照渲染系统,以解决Web3D动态光照实时渲染问题。整套系统由负责全局光照的云渲染器和负责直接光照的Web渲染器构成,并把用户行为作为计算全局光照范围和频率重要参考依据。云渲染器在光照贴图中渲染光照数据,流式化传输到Web渲染器;Web端在对场景进行直接光照渲染后,通过采样光照贴图信息以获得包含全局光照信息的强真实感场景渲染效果。经实验表明,本系统在云端和Web端均有优异的效率表现,并体现出渲染计算强度轻量化、渲染效果真实化。     

基于可视区域间接光照聚类的虚拟点光源采样

针对间接光照计算精度问题，提出改进的可视区域敏感的虚拟点光源采样方法。设计依据可视场景点位置及其法向量对可视场景点进行聚类的方法;计算虚拟点光源对各类中心位置对应可视场景点的光照贡献与类中可视场景点个数之积的累加和，并把累加和作为该虚拟点光源对可视区域的间接光照贡献估计值；以此估计值构造累积概率分布函数，据此选取实际计算每个可视场景点间接光照时所用的虚拟点光源。实验结果表明，该方法能够以较少虚拟点光源实现真实感强的间接光照效果绘制，提高间接光照计算精度。     

增强现实系统中抛体实时旋转的研究与实现

增强现实系统中的抛体运动要具有真实感,必须能让用户用手抓取、抛掷虚拟物体,并且物体的空中姿态和飞行轨迹能完全由抛掷动作所决定.研究从刚体运动学、空气动力学原理入手,分析了自然界的抛体运动.着重分析了物体旋转的原因和方式、找出抛掷动作的特征和角速度实时变化的规律,在增强现实系统中进行了技术验证.实验结果表明,该系统使用户获得了如在抛掷真实物体的体验.     

虚拟作战系统中场景生成与显示关键技术研究与实现

三维场景生成与显示是虚拟作战系统中的重要组成部分。在一个演示虚拟战场同时观众参与战斗的系统中，设计开发了基于微机的分布式虚拟作战系统，建立一个具有宽视场和大范围动态变化的虚拟战场环境，可逼真地实现人机交互的作战过程。系统研究开发过程中解决了若干技术问题：如画面拼接技术，画面同步技术，视点规划技术，负载平衡，仿真实体时空一致性等。     

实时力觉交互中的虚拟力计算及渲染方法

虚拟力计算和渲染是虚拟现实力觉显示系统的核心技术。针对人与虚拟环境通过工具进行接触交互的任务,讨论了提高力觉显示逼真度的方法。静态物体采用三角片模型,运动的虚拟工具采用质点模型。用均匀划分包围盒方法和基于三角片元素拓扑关系及最短距离迭代的方法,分别解决虚拟力计算的碰撞检测和碰撞响应问题。针对物体几何特征逼真度显示给出了渲染判据,实现了逼真度和稳定性的矛盾折衷。基于力觉交互设备Phantom,开发了力觉仿真系统平台,通过感知具有典型几何特征的物体形状,验证了虚拟力计算和渲染方法的有效性。     

改进的光辐射强度估算

光子图是一种高效的全局光照算法,能够模拟物理真实感光照效果.然而,经典的光子图算法的光辐射强度估算不够准确,尤其在物体的细节区域光通量计算有很大误差,细节部分的绘制质量很差.分析了光辐射强度估计的过程,找到了产生较大误差的原因,进而提出了一种改进的光辐射强度估算方法.对于搜索范围内的每个光子,求出它在绘制点的切平面上的投影,判断投影点与绘制点之间的距离是否小于搜索半径,进而决定是否使用该光子计算光通量.改进后的算法虽然增加了一些计算时间,但是显著地提高了光辐射强度估计的准确性.理论分析和场景测试证明改进后的算法明显改善了物体细节部分的绘制效果.     

仿射变换在增强现实中的应用

增强现实是把计算机产生的虚拟物体或其它信息合成到用户看到的真实世界中的一种技术。实现虚拟信息与真实景象的正确匹配或有机结合是每个增强现实实用系统都必须完成的一项重要任务,它的具体实现依赖于计算机硬件和软件系统的相互配合及协调。本文在对基于位置跟踪和相机定标技术的传统虚实注册技术分析的基础上,讨论了仿射变换在增强现实中应用,并提出了在全局仿射坐标系下获取像素相对深度参数的一种策略。     

一种增强现实虚实遮挡的实时处理方法

在增强现实中,必须正确处理虚实物体之间的遮挡关系,给用户一个具有真实感的场景。探讨了一种虚实遮挡的实时处理方法,通过在真实遮挡物的表面设置标志物,利用基于标志物的单目视觉跟踪技术获取真实遮挡物轮廓与深度信息,快速确定虚实物体之间的遮挡关系,基于图形绘制中帧缓存技术,在模板缓存中生成遮挡面模板,并进行遮挡剔除处理。算法实现简便,处理速度快,能实现对移动遮挡物的实时处理。实验结果验证了该方法的有效性与实时性。     

基于虚拟现实技术的居家火灾逃生系统的研究

火灾逃生教育具有重要的现实意义,但在现实生活中,面向公众的火灾逃生演练通常花费很大。虚拟现实技术也能模拟火灾场景,可以增强逃生教育的效果,同时能大大降低训练的费用。建立了面向火灾逃生训练的虚拟现实原型系统,我们编制了集粒子动画和声音于一体的游戏风格图形界面,用户可以控制替身在虚拟火灾场景中逃生,替身的运动采用骨骼动画实现,我们使用面部表情图片来描述替身的情绪状态。初步的实验结果表明,该演示系统能够使火灾逃生演练变得更形象。     

虚拟现实与城市规划

讨论了虚拟现实技术在城市规划中的应用 ,并结合实际开发经验 ,对虚拟环境下用户界面设计、视景建模、实时渲染、交互式漫游、音效等有关技术进行了探讨。     

用于汽车操纵稳定性模拟的虚拟现实平台的研究

运用虚拟现实技术建立了一套桌面虚拟现实系统来进行汽车操纵稳定性的研究。首先按照汽车操纵稳定性的要求建立了相关的虚拟试验场景以及汽车操纵稳定性的动力学模型。在此基础上,利用Matlab/Simulink及其虚拟现实工具箱构建了实现汽车操纵稳定性仿真可视化的桌面虚拟现实系统。最后进行了基于虚拟现实的汽车操纵稳定性仿真。结果表明该桌面虚拟现实系统基本能够实现对汽车操纵稳定性的研究,同时该系统提供了新的评价和分析汽车操纵稳定性的工具。     

全虚拟无人车辆自主导航仿真系统的研究与实现

以履带式车辆为研究对象，建立了相应的车辆运动学模型和动力学模型，并采用虚拟现实技术，用一辆虚拟车辆在虚拟环境中的驾驶性能仿真了无人车辆在实际环境中的驾驶性能，使操作者能身临其境地观察到无人车辆的各种运动状态。该系统逼真、形象，可以方便地进行诸如路径规划和路径跟踪等各种高层智能操作的仿真，并可以对操作结果做出评价。     

沉浸式双通道虚拟博物馆的设计与开发

随着计算机软硬件技术的发展,利用虚拟现实技术进行三维场景的构建、漫游已成为可能.从硬环境和软环境两个方面阐述了徐悲鸿虚拟博物馆的构成;搭建了双通道沉浸式虚拟环境,探讨了基于PC机群的多通道立体交互漫游的若干关键技术问题;以博物馆数字化建设为背景,对徐悲鸿博物馆的建筑物、生前作品及其塑像进行了三维重建,通过佩戴立体眼镜、头盔、数据手套等交互设备实现了整个博物馆内、外场景的三维立体虚拟漫游,足不出户地赏析文物作品.     

可漫游的虚拟场景建模与实现

虚拟现实是现代仿真技术的一个重要发展方向,在城市规划、环境保护、战场模拟、作战训练中可以很好地辅助决策。构造可漫游的虚拟场景是虚拟现实中最基本的、必不可少的一个环节。论文在简单介绍了构造虚拟场景的一般性步骤后,重点讨论了地形、天空体、地物地貌、自然现象等关键技术及漫游控制与漫游辅助工具的实现等。实践证明,所实现的虚拟场景在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。