虛擬校園漫游系統(tǒng)優(yōu)化算法研究

　　3．2 立體顯示技術(shù)

　　立體顯示對于實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感是十分重要的，對立體顯示的圖像可以通過頭盔、液晶光閥眼鏡等觀察獲得沉浸感．立體視覺模型要求對2個視點(diǎn)分別進(jìn)行計(jì)算，生成左眼和右眼視圖．這時需要2個投影 中心．根據(jù)投影面、人眼以及觀察對象之間的相對位置，可有負(fù)視差、正視差之分．下面以負(fù)視差為例，根據(jù)透視原理進(jìn)行如下推導(dǎo)計(jì)算：設(shè)2眼距離為2 half―eye，若將之間的線段的中點(diǎn)定義為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，該線段位于中軸上，軸與投影平面垂直，使用右手系建立一個三維坐標(biāo)系．2眼的坐標(biāo)分別為(half-eye，0，0)、(一half-eye，0，0)，設(shè)物體點(diǎn)坐標(biāo)為，物體離視點(diǎn)的距離是 0distance，投影平面距視點(diǎn)的距離為．從 2眼分別看該物體投影點(diǎn)，在投影平面上該物體投影點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：其中 為了方便計(jì)算投影點(diǎn)的坐標(biāo)，選用右眼的位置作坐標(biāo)原點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算可得到

　　同理可得到 ，Y ．當(dāng)計(jì)算左畫面時，r 為正值；計(jì)算右畫面時，rhalf-eye為負(fù)值．產(chǎn)生出立體圖像對以后，使用頭盔或立體眼鏡觀察時讓每只眼睛只能看到立體圖像對中的一幅圖像，這樣就能給人以立體的感受．

　　3．3 紋理映射技術(shù)

　　紋理映射技術(shù)是近幾年來發(fā)展最快的技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用 于三維真實(shí)感 圖形 的生成與顯 示中…J．運(yùn)用紋理映射可以方便地制作真實(shí)感圖形而不用花更多的時間去考慮物體的表面細(xì)節(jié) ，紋理映射的本質(zhì)是對三維物體進(jìn)行二維參數(shù)化，即先求得三維物體表面上任一點(diǎn)的二維參數(shù)值，進(jìn)而得到該點(diǎn)的紋理值，最終生成三維圖形表面上的紋理圖案．在光滑曲面上添加紋理圖案的核心問題是映射，因此紋理問題可以簡化為從一個坐標(biāo)系到另一個坐標(biāo)系的變換．其中至少涉及 2個映射，一個是從紋理空間到景物空間，有時也稱為曲面參數(shù)化；第 2個映射是從景物空間到圖像(屏幕)空間，即取景變換．通常，這2個變換被合成為一個變換．下面講述如何在繪制三維場景時使用紋理映射技術(shù)．

　　1)大環(huán)境――天空盒．

　　虛擬校園中，首先要構(gòu)建大環(huán)境――天空，在一些三維建摸軟件如 3D MAX或者 Maya中，通常使用天空盒來表現(xiàn)天空景象，如晴朗的白天、燈光絢爛的夜晚等，天空盒的模型可以使用一個半球體，通過對半球體的內(nèi)表面進(jìn)行紋理貼圖來表現(xiàn)天空環(huán)境．但這種模型在進(jìn)行貼圖時容易出現(xiàn)球體兩扳處的走樣．為了避免這種情況，使用立方體(去捧底面)模型來模擬天空．

2)真實(shí)感地形的繪制．

　　真實(shí)感地形的繪制分為地形模型映射以及真實(shí)感地形生成 2部分，地形模型映射就是把數(shù)字形式的地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 multigen公司的 vega系統(tǒng)的基本格式，并計(jì)算相關(guān)的參數(shù)(頂點(diǎn)和法向量等)的過程．首先把數(shù)字地形模型轉(zhuǎn)成 vega原語 ，以生成 vega可識別的原語序列 ，vega不僅提供了點(diǎn)、線、多邊形等建模原語 ，而且通過這些原語還可把地形模型數(shù)據(jù)表示成典型原語序列、線型原語序列及多邊形原語序列．由于 vega要求多邊形必須是凸多邊形因此在軟件實(shí)現(xiàn)中采用了三角面原語序列表達(dá)地形模型．由于 vega不直接計(jì)算每個頂點(diǎn)的法向量，因此若需獲得較佳的視覺效果或模擬特殊的地景，在轉(zhuǎn)換成 Vega的三角面串序列時，就需為每一個頂點(diǎn)計(jì)算出它的法向量；且所有頂點(diǎn)的法向量應(yīng)保持一致 ，否則有的三角面將不可見．取每個頂點(diǎn)的法矢量為圍繞該頂點(diǎn)所有三角面的法向量的平均值，這樣可以實(shí)現(xiàn)地形的平滑效果．真實(shí)感地形是指通過對地形進(jìn)行透視投影、消隱等操作后生成像照片那樣的黑白圖像或彩色圖像，產(chǎn)生出虛擬效果．通過 vega的紋理映射技術(shù)將地貌圖片與數(shù)字地形進(jìn)行融合，從而提高地形的表現(xiàn)力．

　　4 結(jié) 論

　　目前國外基于桌面的實(shí)時漫游系統(tǒng)報(bào)道較少，許多成熟的產(chǎn)品基本上都是采用的全景圖和簡單的場景．本系統(tǒng)是使用桌面系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的實(shí)時漫游并且造價(jià)低廉 ，所采用的優(yōu)化算法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1)對紋理影射進(jìn)行了優(yōu)化，使實(shí)時繪制過程中的計(jì)算量少，效果幾乎沒有損失．

　　2)優(yōu)化后 的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎占用很少內(nèi)存，為實(shí)現(xiàn)微機(jī)上的虛擬校園漫游系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)．通過實(shí)例測試證明算法能有效地對桌面虛擬現(xiàn)實(shí)漫游引擎實(shí)施了改造，使之運(yùn)行在普通桌面系統(tǒng)上，繪制后的效果不僅保留了原來模型的特征，還能滿足實(shí)時漫游的需求．