环境建模技术在虚拟现实中的应用

在虚拟现实系统中，营造的虚拟环境是它的核心内容，虚拟环境的建立首先要建模，然后在此基础上再进行实时绘制、立体显示，形成一个虚拟的世界。虚拟环境建模的目的是获取实际三维环境的三维数据，并根据其应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。只有设计出反映研究对象的真实有效的模型，虚拟现实系统才有可信度。

虚拟现实系统中的虚拟环境可能有下列几种情况：

（1）模仿真实世界中的环境。例如，建筑物、武器系统或战场环境。这种真实环境可能是已经存在的，也可能是已经设计好但还没有建成的。为了逼真地模仿真实世界中的环境，要求逼真地建立几何模型和物理模型。环境的动态应符合物理规律。这一类虚拟现实系统的功能，实际上是系统仿真。

（2）人类主观构造的环境。例如，用于影视制作或电子游戏的三维动画。环境是虚构的，几何模型和物理模型就可以完全虚构。这时系统的动画技术常用插值方法。

（3）模仿真实世界中的人类不可见的环境。例如，分子的结构、空气中速度、温度、压力的分布等。这种真实环境，是客观存在的，但是人类的视觉和听觉不能感觉到。对于分子结构这类微观环境，进行放大尺度的模仿，使人能看到；对于速度这类不可见的物理量，可以用流线表示（流线方向表示速度方向，流线密度表示速度大小）。这一类虚拟现实系统的功能，实际上是科学可视化。

建模技术所涉及的内容极为广泛，在计算机建筑、仿真等相关技术中有很多较为成熟的技术与理论。但有些技术对虚拟现实系统来说可能是不适用的，其主要原因就是在虚拟现实系统中必须满足实时性的要求，另外，在这些建模技术中产生的一些信息可能是虚拟现实系统中不需要的，或是对物体运动的操纵性支持得不够等。(https://www.xing528.com)

虚拟现实系统中的环境建模技术与其他图形建模技术相比，其特点主要表现在以下三个方面：

（1）虚拟环境中可以有很多物体，往往需要建造大量完全不同类型的物体模型。

（2）虚拟环境中有些物体有自己的行为，而一般其他图形建模系统中只构造静态的物体，或是物体简单的运动。

（3）虚拟环境中的物体必须有良好的操纵性能，当用户与物体进行交互时，物体必须以某种适当的方式做出相应的反应。

在虚拟现实系统中，环境建模应该包括基于视觉、听觉、触觉、力觉、味觉等多种感觉通道的建模。但基于目前的技术水平，常见的为三维视觉建模和三维听觉建模。而在当前应用中，环境建模一般主要是三维视觉建模，这方面的理论也较为成熟。三维视觉建模又可以细分为几何建模、物理建模、运动建模等。几何建模是基于几何信息来描述物体模型的建模方法，它处理物体的几何形状的表示，研究图形数据结构的基本问题；物理建模涉及物体的物理属性；行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作机理。几何建模主要是计算计算机图形学的研究成果，而物理建模与行为建模是多学科协同研究的产物。