可视化多媒体与虚拟现实仿真.ppt

* 研究生学位课程－－系统建模与仿真 * 8 可视化、多媒体与虚拟现实仿真 科学计算及仿真可视化 多媒体仿真 虚拟现实仿真 第一页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.1 科学计算可视化 含义 把计算中所涉及和所产生的数字信息转变为直观的、以图像或图形信息表示的、随时间和空间变化的物理现象和物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察到模拟和计算，同时提供与模拟和计算的视觉交互手段。 通过人的视觉和现象思维，促进对所观察数据的进一步理解，飞行客观世界隐藏的现象和规律。 第二页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.1 科学计算可视化 可视化的三个层次 后处理 将计算与可视化（事后）分开进行。仅可视化可以交互。 跟踪 边计算，边显示，以监视计算过程，只可中止计算，但不能。修改参数 驾驭 实时观察计算结果，实时干预、调整参数 第三页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.1 科学计算可视化 主要技术问题 可视化映射技术 数据类型：标量、矢量和张量；二维、三维或高维；静态，动态；结构化数据，非结构化数据 映射：图形元素、颜色、透明度等 数据管理与操纵技术 数据管理：存储、分类 数据操作：过滤、变换 第四页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.1 科学计算可视化 主要技术问题 人机界面技术：图形交互、数据交互 系统实现技术：可视语言和程序可视 第五页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.1 科学计算可视化 科学计算可视化框架模型 模拟仿真 数据操作 可视化映射 图形绘制 用户界面 用户 数据 图像 可视化过程 第六页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.2 多媒体仿真 多媒体仿真概念 多媒体：文本、图形、动画、图像和声音 多媒体仿真：使人的感官和思维进入仿真回路的一种手段。 基本技术 数字化信息处理技术；音频和视频技术；人工智能和模式识别技术；图形图像技术；通讯技术 第七页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.2 多媒体仿真 多媒体仿真的研究方法 面向仿真对象 面向多个媒体 面向交互决策 第八页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.2 多媒体仿真 多媒体仿真的主要研究内容 多媒体仿真模型和仿真算法 表现方法与表现脚本生成技术 多媒体仿真数据库 地理景物表现技术 人机交互技术 第九页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.3 虚拟现实仿真技术 虚拟现实技术的特征及系统的基本构成 虚拟现实技术的发展概况 位置跟踪通道 视觉通道 听觉通道 触觉/力反馈通道 虚拟场景 第十页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.3.1 虚拟现实技术的特征及系统的基本构成 基本概念 虚拟现实（Virtual Reality）：是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。 虚拟环境（Virtual Environment） ：是一种由计算机和电子技术生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉。 虚拟现实技术与一般交互式仿真技术的区别 信息的多维性 人机交互的自然性 人对虚拟环境感觉的真实性 知识性与智能性 第十一页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.3.1 虚拟现实技术的特征及系统的基本构成 基本特征 沉浸(Immerion)：真实感受 交互(Interaction)：多方位参与 创意(Imagination)：感性与理性的结合 基本技术 计算机图形学、图象处理与模式识别 人工智能、多传感器、多媒体信息处理 网络、并行处理、智能控制 系统建模与仿真、系统集成 第十二页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.3.1 虚拟现实技术的特征及系统的基本构成 虚拟现实系统基本构成 虚拟环境产生器 应用系统：目标生成（三维建模、造型）；用户应用系统（定义操作内容）和仿真管理器（管理仿真过程） 计算机系统：高速的运算、图形处理、输入输出能力 效果产生器 头盔显示器：采用双视原理生成的双屏图象 位置与方位跟踪器：人眼视线、眼球位置变化、手的位置方位和曲伸 触觉/力反馈装置：测量人对作用对象的作用力，进而生成反作用力。 接口设备 硬件设备：信号转换与数据输入输出接口 软件设备： 第十三页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.3.2 虚拟现实发展状况 发展 立体电影 飞行模拟器 三维立体显示：1965年VR先锋， Sutherland 力反馈装置：1981年，Fredrick Brooks 头盔显示器：1985年，Myron Krueger 数据手套：1985年，Scott Fisher,NASA 虚拟现实概念：1989年，Jaron Lanier提出 第十四页，共三十页。 飞行器工程系 单家元博士 8.3.2 虚拟现实发展状况 关键技术 实时图形与图象：15帧/秒，8000万多边形 位置跟踪与