三维虚拟景观技术的发展及其应用探索

虚拟现实

科技信息

ＯＩＴ论坛ｏ２００９年第１９期

三维虚拟景观技术的发展及其应用探索

杨兆东１马慧珍ｚ王金贵’贾华峰１赵文坤１

山东济南２５００１４；（１．山东正元地理信息工程有限责任公司软件公司

２．平湖市城建档案馆浙江平湖３１４２００）

【摘要】虚拟现实是一项综合性计算机图形交互技术，在最近几年发展迅速，其应用领域涉及计算机图形学等许多方面。计算机图形学是

该项技术的理论和技术基础。计算机图形学的发展带动了虚拟现实技术的进步，同时虚拟现实技术在各领域中的广泛应用也使图形学的各个研究方向得到充分发展。

【关键词】虚拟现实；计算机；仿真；应用

０．引言

科学技术日新月异的发展，给当今世界的制造技术带来了一场空前的技术革命，虚拟现实技术就这样应运而生了。相信。虚拟现实”对许多人来说都不陌生。虽然它出现在各种媒体上的时间不长，但它给人们展现的是一门神奇的技术，能把人类带人各种梦幻般的境界，因而引起人们的广泛关注。其实，虚拟现实是一种技术，是能应用到许多领域的一个卜分严肃的研究课题，正在琶速发展，但虚拟现实系统中还有大量的问题没有解决。还是一个很有吸引力的研究领域。本文将就虚拟现实技术的基本概念、应用、发展进行一系列的探讨。

１．虚拟现实的概念

虚拟现实（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ．筒称ＶＲ；又译作灵境）是由美国ＶＰＩ且ｅｓｅａｒｅｈ公司的奠基人ＪａｒｏｎＬａｎｉｅ于１９８９年提出了ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ一词．用以统一表述当前纷纷涌现的各种借助计算机技术及最新研制的传感装置所创建的一种崭新的模拟环境。它是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、人工智能等领域。它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉．使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互。最终使得参与者产生身临其境感觉。

２．虚拟现实的特征

虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术和软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段。是参与者能交互地观察和操纵系统生成的虚拟世界。从概念上讲，任何一个虚拟现实系统都要产生“多感知（ｍｕｌｔｉ—ｓｅｎｓｏｒｙ）”、“沉浸（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）”、。交互（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）”、“构想（Ｉｍａｇｉｎａｔｉｏｎ）”的特征，交互性和沉浸性是任何虚拟现实经历的两个实质性的特性：

多感知性是指除了计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、运动感知、味觉感知和嗅觉感知等。

沉浸性足使参与者有“真实”的体验。就足产生在虚拟世界中的幻觉，完全沉浸于计算机生成的虚拟环境中。有身ｌ临其境的感觉而不是旁观者。

交互性是指系统要提供方便的、丰富的、主要是基于自然技能的

。

实技术研究的单位之一。在虚拟环境中物体物理特性的表示、分布式虚拟环境网络设计、实时三维动态数据库开发等方面都取得了很多有意义的成果。此外，他们还成功研制了虚拟现实演示环境、虚拟现实应用系统开发平台等实用系统。清华大学计算机科学和技术系主要对虚拟现实的沉浸感进行ｒ研究，例如对球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验等方面都提出了不少独特的方法。

４．虚拟现实可视化的实现

在综合分析国内外二维虚拟化数字城市建设相关技术的基础上，并结合现有城市的实际情况，在建设过程中大胆使用新技术、新方法，在综合分析现有三维虚拟景观建设相关技术的基础上。制定了以下总体技术框架。

我们在虚拟化三维建模中使用的是模型帖纹理的方法．用这种方法的好处是町以节约数据量。同时也增强模型的逼真度和可观赏性。所以纹理也是３Ｄ模型栩栩如生的关键。结合遥感影像、现有二维空问信息，我们已经得到建筑物的精细三维信息。进一步利用这些信息和三维模型库中模型和纹理信息实现建筑物的三维建模．其建模流程如下图所示。

人机交瓦手段。用户与虚拟场景中各种对象相互作用的能力，在虚拟现实所创设的虚拟环境中用户可以通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用．进行必要的操作。

３．虚拟现实技术的发展现状

美国是虚拟现实技术研究的发源地。第一个虚拟设备是在１９６２年由ＭｏｒｔｏｎＨｅｉｌｉｎｇ设计的“全传感仿真器”，该仿真器仿真骑车穿越纽约市的过程，“骑车人”能感受到风．感受到路面的颠簸，当经过饭店时，“骑车人”甚至能闻到食品的香味。在航空航天领域，虚拟现实仿真技术发挥了极大的作用，并取得ｒ骄人的成就。以波音７７７客机为例．波音公司在设计该型号飞机时．采用了当时最为先进的虚拟现实技术，整个飞机的设计完全是在虚拟环境中完成的．实际的运行中证明了真实情况与虚拟环境中的情况完全一致．大大缩短了产品上市时间，从而符约了大量不可预见的成本，提高产品的竞争力。

在我国虚拟现实技术的研究和一些发达国家相比还有很大的一段距离，但是近十年来虚拟现实技术已经得到了相当的重视。国家科委圄防科工委都已将虚拟现实技术的研究列为霞点攻关项目，国内许多研究机构和高校也都在进行虚拟现实的研究和应用并取得了一些不错的研究成果，北京航空航天大学计算机系是国内最早进行虚拟现

最后将模型．道路及附属模型导入场景中组合在一起．并对场景中的灯光、口照进行调节．使之形成城市三维可视化场景。

５．虚拟现实多媒体实验室的建立

在虚拟现实技术发展日新月异的今天。传统的基于单台ＰＣ或图

三维虚拟景观技术的发展及其应用探索