虛擬實境選修學期總結

2021-03-04 06:18:02 字數 2911 閱讀 7178

轉眼就到了學期末,很慶幸自己專業方向是vr,在經過這個課程的學習了解,我對自己的方向更加清楚、目標更加明確、對未來充滿了期待。

------學習心得

在這個課程中我首先接觸的是什麼事vr,什麼是vr?這個問題在老師剛提出來的時候我居然啞言,課上得其他同學也和我一樣,教室一片寂然,有羞澀默不做答,或者其他我不知道的原因,這些都不重要,重要的是我是真的不知道,至少在言語表達上,我也安慰自己說:我知道,這麼簡單的事還用說嗎,對於工科生來說我只要會用就可以。

是的,我會做,你告訴我做什麼我會做好,可我從來沒想過我做的是什麼,vr是什麼?我用3dmax建模,用unity建場景,寫**,我做的就是vr?這就是vr?

當何老師問什麼是vr的時候,就那麼短短幾個字的問題卻又萬鈞之力狠狠的給我醒了一下腦門。那時我研究生也過了算半年多了,跟過專案,做過邊邊角角的事,總有一種感覺----好像我什麼也沒做,甚至越來越對自己的方向困惑,覺得研究生和大學沒什麼區別,現在我意識到我確實什麼也沒做,當忽視主題零零散散的去做一些事的時候只不過是一點點腦力更多的是體力勞動,而這些正是我時常會感覺自己一事無成的根結。

------課程細節

回到最開始的問題:什麼是vr?

vr是一種可以建立和體驗虛擬世界的計算機**系統的技術。它利用計算機生成一種模擬環境,利用多源資訊融合的互動式三維動態視景和實體行為的系統**使使用者沉浸到該環境中。

這是在網路上比較普遍的一種定義,每個人的理解不一樣定義也會有所不同,但從這個定義我可以清楚的認識到我該做什麼,在何老師的進一步的講解下,我又了解了vr在目前以及將來的應用,課後自己也收集了各種各樣的相關資料,我對vr的認識如下:

虛擬實境(virtual reality,簡稱vr),是由美國vpl公司建立人拉尼爾(jaron lanier)在20世紀80年代初提出的。其具體內涵是:綜合利用計算機圖形系統和各種現實及控制等介面裝置,在計算機上生成的、可互動的三維環境中提供沉浸感覺的技術。

其中,計算機生成的、可互動的三維環境成為虛擬環境(即virtual environment,簡稱ve)。

vr(虛擬實境)技術可廣泛的應用於城市規劃、室內設計、工業**、古蹟復原、橋梁道路設計、房地產銷售、旅遊教學、水利電力、地質災害、教育培訓等眾多領域,為其提供切實可行的解決方案。

在把我們領進vr的學習程序中,經過認識vr到熟悉vr,作為未來為vr事業發展推動力的我們,何老師開始跟我們講述vr最本質的、看起來很神秘的技術,在這裡我感觸最深的是何老師的教學方法,以學生為課堂的中心,全面調動學生的學習自主性,通過布置任務、推薦參考書讓學生成為學習的主體,能動的去思考問題,希望學校也能借鑑這種教學模式。

在之後的課程中,何老師依次布置了很多作業,通過分組、小組討論、小組分工,在課業中我主要的工作重點是實現立體消隱和空間曲線循跡顯示動畫,何老師給我們推薦了計算機圖形學,經過重點學習了三維變換,初步完成了作業的基本要求,實現效果圖如下:

------課業重點

在這裡面首先我做的事立方體消隱問題,起初是聽了何老師對消隱原理的講解,然後完全根據自己對消隱的理解,思路是這樣的,根據觀察以及平時的生活經驗知道立方體最多可以看到三個面,還有就是乙個面,兩個面,就這三種情況。這是在設計之初的分析過程,由於乙個立方體被看到三個面的概率最大,所以先考慮對看到三個面的消隱,首先定義立方體的資料結構,有八個定點,在看到三個麵時,恰恰又乙個點看不到,所以根據對比哪個點相對攝像機最遠就可以確定哪個點被遮擋,跟著可以確定哪三條線,三個面試被遮擋。最後顯示出未被遮擋的麵線,從而實現消隱。

而對與只能看到乙個面的情況,這是特殊情況,出現這種情況的條件是同時有四個點離攝像頭距離一樣,所以只要判斷是否有四個點同時和攝像頭相距最遠,然後顯示出另外的四個點以及它們共同構成的麵線。同理,當顯示兩個麵時,只有兩個點同時和視像頭等距。據此便可確定乙個完整的立方體遮擋關係,完成實時動態的消隱效果。

接著我有進一步的學習了計算機圖形學,之前的我所做的消隱演算法完全基於我對立方體的理解,還有因為立方體的特殊性,該演算法缺乏通用性,無法應用於其他幾何圖形的消隱,而這正是計算機圖形學所要闡述的內容,計算機圖形學通過利用矩陣來研究幾何圖形的變換關係,更加規範的描述了幾何的特徵以及規律,從而增強了演算法的通用性,很重要的乙個內容就是變換矩陣,在計算機圖形學裡描述的都是齊次變換矩陣,還有齊次座標,什麼叫齊次變換矩陣或者座標?所謂齊次座標就是將乙個原本是n維的向量用乙個n+1維向量來表示。這樣定義的目的就是為了將所有的座標變換用矩陣的乘積來代替,規範了計算。

而我在次重寫立方體消隱演算法正是應用了這個齊次變換矩陣,當然在數學工具上做了調整,相應的遮擋演算法也有所改變,主要思路是通過定義立方體的資料結構,還有定義了世界座標,通過計算立方體每個面的法向量和攝像頭方向向量的乘積,根據其結果的正負號來確定面的消隱,小於零就是未被遮擋,需要在螢幕上顯示出來,反之則不需要顯示。這個演算法通用性很強,換個複雜點的圖形也能很順利的顯示。在實現之前的立方體消隱的基礎上我又新增了透視效果,發現比之前的演算法更靈活。

在寫過兩個程式之後,對計算機圖形學裡的基本概念了解了更深刻,不過還是很驚訝前人是怎樣設計出各種介面流暢的3d軟體,至少在目前來看我也就做做簡單的圖形消隱。在這個基礎上何老師又適時的給我們小小的提了個難題-----實現空間曲線循跡動畫,為什麼說是難題呢,因為聽到這個題目我滿腦一片白,連個小黑點都沒有,剛才有點成就感,有瞬間發現自己是真正的小白,活到老學到老,我又開始在書裡找答案,這也是我們這一代學生的通病吧,遇到問題首先想到的不是想著怎麼解決,而是想著**有現成的答案,這回可難到我了,找計算機圖形學也沒用,沒辦法,自己動手豐衣足食,只能靠自己乙個乙個問題的解決了,首先我對問題做了初步的分析,這裡面需要實時渲染空間幾何圖形,還有一條空間曲線,渲染空間幾何圖形之前的工作已經做了,我現在要生成一條曲線,而且需要獲取曲線的空間位置以便於將每一時刻的幾何圖形和曲線上的相應點對應,還有曲線的的走向,也就是切向量,然後通過在不同時間渲染不同位置的幾何圖形,在時間幀上連續重新整理從而實現動畫效果,這裡面最關鍵的一點就是要建立世界座標系以及區域性座標系,以為要突出是空間的曲線循跡,所以我在功能上定義了是可以全方位的觀察動畫,所以這裡我還定義了乙個活動的攝像頭座標系,根據齊次變換矩陣實時獲取攝像機的位置,然後從不同角度渲染顯示動畫。

以上是我在課程中所做的主要內容。

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