虚拟现实技术中的物理建模技术

在虚拟现实系统中，包括用户图像在内的虚拟物体必须像真的一样。至少固体物质不能彼此穿过，物体在被推、拉、抓取时应按预期方式运动。所以，几何建模的下一步发展是物理建模，也就是在建模时考虑对象的物理属性。虚拟现实系统的物理建模是基于物理方法的建模，往往采用微分方程来描述，使它构成动力学系统。这种动力学系统由系统分析和系统仿真来研究。系统仿真实际上就是动力学系统的物理仿真。典型的物理建模方法有分形技术和粒子系统等。

1.分形技术

分形技术是指可以描述具有自相似特征的数据集。自相似的典型例子是树，若不考虑树叶的区别，当靠近树梢时，树梢看起来也像一棵大树。由相关的一组树梢构成一根树枝，从一定距离观察时也像一棵大树。当然，由树枝构成的树从适当的距离看时自然是棵树。虽然这种分析并不十分精确，但是比较接近。这种结构上的自相似称为统计意义上的自相似。

自相似结构可用于复杂的不规则外形物体的建模。该技术首先被用于河流和山体的地理特征建模。例如，取三角形三边的中点并按顺序连接起来，将三角形分割成四个三角形。同时，在每个中点随机地赋予一个高度值，然后递归上述过程，就可以产生相当真实的山体。(www.xing528.com)

分形技术的优点是用简单的操作就可以完成复杂的不规则物体建模；缺点是计算量太大，不利于实时性较差。因此，在虚拟现实中一般仅用于静态远景的建模。

2.粒子系统

粒子系统是一种典型的物理建模系统，粒子系统是用简单的体素完成复杂的运动的建模。所谓体素，是用来构造物体的原子单位，体素的选取决定了建模系统所能构造的对象范围。粒子系统由大量称为粒子的简单体素构成，每个粒子具有位置、速度、颜色和生命周期等属性，这些属性可以根据动力学计算和随机过程得到，根据这个可以产生运动进化的画面。而在虚拟现实中，粒子系统常用于描述火焰、水流、雨雪、旋风、喷泉等现象。为产生逼真的图形，它要求有反走样技术，并需要花费大量绘制时间。在虚拟现实中，粒子系统用于动态的、运动的物体建模。