基于Internet的圖像與建模相結(jié)合的虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、基于 I n t e r n e t 的圖 象與建模相結(jié) 合的虛 擬現(xiàn)實關(guān) 鍵技術(shù) 研究摘 要隘擬 現(xiàn) 實( V R : V i r t u a l R e a l i t y ) 是 對 現(xiàn) 實 世 界 的 模 擬 ， 除 了 對 四 維 時 空 白 b擬 外 ， 還 包 含 沉 浸 式 或 半 沉 浸 式 的 人 機 交 互 界 面 。 將 虛 擬 現(xiàn) 實 技 術(shù)融入工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計過程已 經(jīng)被證明 是很有成效的。 計算機技術(shù)的迅

2、猛發(fā)展和計算機的普及使基于微機的 虛擬現(xiàn)實技術(shù)正成為研究熱點。有兩種方法實現(xiàn)基于微機的虛擬現(xiàn)實:基于圖象的方法( I B M I m a g e - B a s e d M e t h o d ) 和 基于 建 模的 方 法 ( M B M : M o d e l - B a s e d M e t h o d ) 。 這 兩種方法各有其優(yōu)缺點。 如: 基于圖象的方法雖然實時性和逼真性都很好，但只能實時瀏覽， 而不能實時操縱; 基

3、于建模的方法雖然支持實時操縱，但其真實感較差， 在動態(tài)建模、碰撞檢測等方面還存在技術(shù)難點。近年來，網(wǎng)絡(luò)擬現(xiàn)實提供了條件術(shù)的飛速發(fā)展為實現(xiàn)基于 I n t e r n e t 的多用戶分布式虛研究的目 的就是: 在分別研究基于圖 象、 基于建模、圖 象與建 模相結(jié)合的 虛擬現(xiàn)實 理論與實 現(xiàn)方 法的 基 礎(chǔ)上，充分發(fā)揮基于圖象的方法與基于建模的方法各自 的優(yōu)點，結(jié)合對網(wǎng)絡(luò)實時渲染技術(shù)的研 究 ， 實 現(xiàn) 基 于 ’ n t e r n e

4、 t 的 圖 象 與 建 模 相 結(jié) 合 的 型匹 % : - 0 f . _ q o本研究屬于應(yīng)用基礎(chǔ)研究， 主要研究成果如下:( 1 ) 提出了 一種實用的 三維重建方法， 該方法避免了 復(fù)雜的照相機定 標(biāo)， 對硬件設(shè)備要求很低， 實 現(xiàn)了 基于序列圖象的 虛擬場景自 動三維重建。( 2 ) 提出了 視圖 分段插值方法以 解決虛擬瀏覽中的 透視關(guān)系一致性問題，實現(xiàn)了基于圖 象的虛擬環(huán)境三維重建和虛擬瀏覽系統(tǒng)。( 3 ) 提出 并實

5、 現(xiàn)了 基于 分 類的 動 態(tài)圖 結(jié) 構(gòu) ( C D G ) ， 該結(jié) 構(gòu) 支持 面向 關(guān)系 的 碰撞檢測， 很好的 解決了 虛擬 C N C銑 床環(huán)境下 碰撞 檢測的 唯一 性和完 全性問 題， 在很大程度上提高了 碰撞檢測的實時性， 并實現(xiàn)了 虛擬環(huán)境下的關(guān)聯(lián)運動。( 4 ) 提出了 動態(tài) 八叉 樹結(jié) 構(gòu)和 相應(yīng)的自 相似裂變 遞歸 算法， 實 現(xiàn)了 虛擬環(huán)境下的可加工工件動態(tài)建模。( 5 ) 提出了基于視覺敏感度的渲染細節(jié)水平分配

6、、 遠虛近實、時間優(yōu) 先、 以 及并行渲染等策略以 提高基于I n t e r n e t 的 虛擬環(huán)境的 實時渲染效率。在 I n t e r n e t 上實現(xiàn)了 基于圖象的虛擬車間和基于建模的虛擬 C N C 銑床。( 6 ) 提出 并實現(xiàn)了 的映射對應(yīng)方法，以 解決圖象與建模相結(jié)合的虛擬基 于I n t e r n e t 的 圖 象與 建 模 相結(jié) 合的 虛擬 現(xiàn)實 關(guān) 鍵技術(shù) 研究ABS T RAC TV i r t u a

7、 l R e a l i t y ( V R ) c a n b e d e f i n e d a s t h e s i m u l a t i o n o f t h e r e a l w o r l d ,i n c l u d i n g t h e 3 - d i m e n s i o n a l g e o m e t r y s p a c e , 1 - d i m e n s i

8、 o n a l t i m e a n d t h ei m m e r s i v e o r s e m i - i m m e r s i v e i n t e r a c t i o n i n t e r f a c e . A p p l y i n g V R t e c h n o l o g i e s t ot h e p r o c e s s o f i n d u s t r y

9、 p r o d u c t d e s i g n h a s b e e n p r o v e d t o b e i m p a c t f u l . P C - b a s e dV R t e c h n o l o g i e s a r e b e c o m i n g p o p u l a r r e s e a r c h a r e a s d u e t o t h e

10、 r a p i dd e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r t e c h n o l o g i e s a n d t h e p o p u l a r i z a t i o n o f u s i n g c o m p u t e r .T h e r e a r e t w o m e t h o d s t o i m p l e m e n t

11、a P C - b a s e d V R s c e n e : t h e i m a g e - b a s e dm e t h o d ( I B M ) a n d t h e m o d e l - b a s e d m e t h o d ( M B M ) . B o t h o f t h e m h a v e t h e i ra d v a n t a g e s a n d

12、 d i s a d v a n t a g e s . F o r e x a m p l e s : A l t h o u g h I B M h a s g o o d r e a l i s t i ce f e c t s a n d g o o d r e a l - t i m e c a p a b i l i t y , a v i r t u a l s c e n e b u i

13、l t b y I B M c a n n o t b e e nm a n i p u l a t e d . M B M s u p p o r t s r e a l - t i m e m a n i p u l a t i o n , h o w e v e r , i t f a c e s s o m ed i f i c u l t i e s s u c h a s d y n a m

14、i c m o d e l i n g , c o l l i s i o n d e t e c t i o n , e t c .I n r e c e n t y e a r s , t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f W e b t e c h n o l o g y p r o v i d e s t h ep o s s i b i l i t y

15、 t o i m p l e m e n t a n I n t e r n e t - b a s e d m u l t i - u s e r d i s t r i b u t e d V R s y s t e m . T h eo b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h i s t o s t u d y r e s p e c t i v e l

16、 y o n t h e t h e o r i e s a n di m p l e m e n t a t i o n s o f I B M V R a n d M B M V R , t h e t e c h n o l o g i e s o f I n t e r n e t - b a s e dr e a l - t i m e r e n d e r i n g a n d t h

17、e c o m b i n a t i o n o f I B M V R a n d M B M V R t o i m p l e m e n ta n I n t e m e t - b a s e d V R s y s t e m c o m b i n i n g i m a g e s a n d m o d e l s . T h i s s y s t e mc o m b i n

18、e s t h e a d v a n t a g e s o f I B M a n d M B M .T h i s r e s e a r c h b e l o n g s t o t h e c a t e g o r y o f t h e r e s e a r c h o f a p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n . T h e m a j

19、o r r e s e a r c h r e s u l t s a r e f o l l o w i n g :( 1 ) T h i s r e s e a r c h p r e s e n t s a f e a s i b l e m e t h o d f o r 3 D r e c o n s t r u c t i o n , r e q u i r i n go n l y a d

20、i g i t a l c a m e r a a n d a p e r s o n a l c o m p u t e r , w i t h w h i c h t h e i m a g e - b a s e d 3 Da u t o ma t i c r e c o n s t r uc t i o n i s a c h i e v e d .( 2 ) T h e m e t h o d

21、o f i m a g e s s u b s e c t i o n i n t e r p o l a t i o n , b y w h i c h a n i m a g e - b a s e d 3 D r e c o n s t r u c t i o n a n d v i r t u a l n a v i g a t i o n s y s t e m i s d e v e l o p

22、e d , i s p r e s e n t e d t os o l v e t h e p e r s p e c t i v e c o n s i s t e n c y p r o b l e m o f v i r t u a l n a v i g a t i o n .( 3 ) A c a t e g o r y - b a s e d d y n a m i c g r a p h (

23、 C D G ) s t r u c t u r e , w h i c h s u p p o r t s t h e n o v e l t a c t i c o f r e l a t i o n - o r i e n t e d c o l l i s i o n d e t e c t i o n , i s p r e s e n t e d t o i m p r o v e t h ee