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虚拟现实中的三维拾取技术

排列3 www.jeimw.cn 交互中的关键技术 , 三维拾取 在虚拟现实中,用户对三维模型进行拾取控制是人机交互的基础,也是虚拟 现实系统的基础。在计算机的显示器中,三维模型是由许多图元有机的组合起来, 这些图元又由一些顶点组合起来,顶点与顶点之间就构成了一些多面形面片。三 维模型的图元经过几何变化、投影变化、视区变换,把模型的各个顶点转换为屏 幕上的二维坐标。这就是三维模型的显示过程。三维拾取是三维模型显示的逆过 程,也就是用设备点击屏幕上的点,而这点其实是三维模型在屏幕上的投影点,操作的结果按照模型显示的逆过程返回给三维空间,模型就完成了三维拾取。 三维模型的拾取有多种方法: (1)对于树状结构的模型,可以通过点击节点的名称或标识拾取模型。比如 OpenGL 提供了一种名字选择机制。

首先将拾取的范围限定在鼠标可以点击的有 效范围内,并给予命名。之后一旦鼠标进入该区域,根据那些名称就能点击它代 表的模型,从而进行拾取任务。 (2)直接通过鼠标点击实现拾取任务。这个方法简单、方便,也符合人们的 使用习惯,其原理前面已经阐述。 (3)其它方法。比如一种利用图形处理单元实现拾取的方法。其原理是:首 先对模型给予颜色编码,编码是对物体的世界坐标给予相应颜色的 RGB,然后 在后台建立一张与屏幕等大的纹理图,当屏幕进行渲染时把模型的信息按编码颜 色染到后台的纹理图上,渲染后根据纹理上对应的屏幕坐标的颜色值即可得到物 体的信息。该方法需要 GPU 的支持,还需要后台搭建一个纹理,代价较大,应 用面不是很广。

场景漫游 交互性是指使用者通过输出输入设备,在虚拟世界探索、操作,并得到反馈 的逼真程度。那么用户就应该具备改变观察的视点及视线方向,实现自由的漫游, 探索这个虚拟世界的能力。视点的变换原理,是在引擎对每一帧的场景进行渲染 之前,改变观察虚拟世界的视线参数,从而达到改变视点和视线的目的。其实用 户视点的位置和视线可以看成是一个人物模型的视点位置和视线,那么视点和视 线的变换也就是模型位置与方向的变换。根据第三章所说,场景中模型的变化是 TGE 调用了 OpenGL 完成的,OpenGL 则是通过矩阵运算完成模型的变换,那么 这里的变换也可以通过矩阵运算完成。 假设当前这一帧场景的视点位置是( x W , y W , z W ),视线方向是( x F , y F , z F )。进入下一帧的场景,视点在虚拟空间进行了移动,在世界坐标上的平移量 为( x , y , z )。由公式(3.1)可知视点位置。

 

 
   
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