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虚拟现实技术总结

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17.地形三维显示的基本过程:a.数据准备;b.DEM递归细分;c.透视投影变换;d.光照模型;e.消隐和裁剪;f.图形绘制和存贮;g.三维图形的后处理;h.基于三维地形图的分析。

18.DEM的递归分析原理:首先对DEM每一格网进行细分,第i次细分后得到4i个子格网,每子格网的节点的高程和平面位置有上一级网格结点经双线性内插得到。递归终止的标准是每个子格网在计算机屏幕上的投影面积在4个像素之内。递归细分的次数可由程序控制,然后对于每个子格网用两条对角线分为四个三角形,格网中线点的坐标由四周网格结点内插得到。

19.投影变换数学模型:如下图,DEM中任一点M在地面坐标系OT-XTYTZT,a中的坐标为(Xm,Ym,Zm),它在投影平面P上的像点为m,则m点在投影坐标系O-xy中

其中:(XT,YT,ZT)是视点S在地面坐标系O-XYZ中的坐标; 是投影平面与地面坐标系的平面间的夹角;

θ是地面坐标系的XT轴与投影坐标系的X轴之间的夹角。 之后,考虑到屏幕坐标系的特点和值 域,还必须将像点m的坐标(xm,ym)进行平 0??xm???x?xc??x0???????????0?yy??ym??c??y0?? 面相似变换,最后变换为屏幕坐标(xc,yc): 不难看出,上述坐标变换的数学模型具 有以下特点:

1)该数学模型在理论上是严密的;

2)改变视点S的位置,就可以在屏 幕上绘制出在不同方位观察地面的立体透 视图;

3)若视点位置不变,只改变参数θ,这意味着代表地形表面的DEM数据场绕视点和投影平面P旋转不同的角度,也同样可以在屏幕上生成不同视角条件下的立体透视图。

20.消隐常见算法:1)画家算法(优先度法);2)Z—buffer(深度缓冲器)算法;3)光线跟踪法。

21.光照模型:根据光学物理的有关定律计算画面上劲舞表面个点投影到观察着眼中亮度和色彩组成的公式。

一个好的光照模型应满足:1)能产生较好的立体视觉效果;2)在理论上具有一定的合理性或严密性;3)较小的计算量,以保证较快的绘制速度。

22.光照模型要考虑的影响:a.光源的位置;b.光源的强度;c.视点的位置;d.地面的漫

反射特性;e.地面对光的反射和吸收特性。

23.分形(Fractal)概念:部分与整体以某种形式相似的形称为分形。

分形集的五个特征:1)精细的结构,具有任意小尺度下的细节;2)分形集因不太规则而不能用传统的几何语言来描述;3)某种自相似性,可能是近似的自相似或统计上的自相似;4)其分形维数常大于其拓扑维数;5)在多数情况下可递归定义。

分形维数是描述分形最主要的参量,简称分维。它反映了复杂形体占有空间的有效性,是复杂形体不规则性的度量。常用的分形维数有:Hausdorff维数;盒维数;填充维数;相似维数。 24.纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分,运用它可以方便的制作出极具真实感的图形而不必花过多时间来考虑物体的表面细节。

纹理映射算法的基本思路:选择或找到该目标地区的地形纹理图,依据各种图像间的映射关系,从而将纹理图像按规定的要求贴在三维地形图表面,使所产生的三维地形图既有立体感更有真实感。 25.基于地形要素矢量数据的三维地形图的绘制方法:1)纹理映射法;2)直接绘制法。 纹理映射法流程: 直接绘制法流程:

26.纹理库的建立实际上是一系列栅格图像的获取和管理,主要包括:a.纹理的分类;b.纹理图像的存放和检索方法;c.纹理图像的压缩;d.纹理图像的处理和相应软件包。

纹理库的优点:可以保证地形三维可视化软件系统的广泛适用性和较好的逼真效果,纹理库用以存储和管理各种地貌纹理图像。 纹理图像的获取途径:1)从专业摄影图片中获取;2)实地摄影获取纹理图像;3)从航天、航空遥感图像中获取纹理;4)直接以该地区的地形图或者它专题图经扫描得到的数字图像作为纹理

图像;5)将该地区的矢量数据与地貌纹理图像复合,生成纹理图像。

纹理映射算法中的反混淆处理措施:a.保证纹理图像的较高分辨率;b.纹理图像的预处理;c.重采样。

27.遥感影像的优点:强现势性和纹理真实性。

28.制作三维地形实景图的基本思路:在获取区域内的地形数据的基础上,在数字化航

摄图像上按一定的点位分布要求选取一定数量的明显特征点,量测其象坐标的精度值以及在地面的精确位置,据此按航摄像片的成像原理和有关公式确定纹理图像与相应地面之间的关系,解出变换参数;同时利用生成三维地形图的透视变换原理,确定纹理图像与地形立体图之间的映射关系;接着,DEM数据递归细分之后的每一地面点可依透视变换参数确定其在遥感图像中的位置,经重采样后获得其影像灰度,最后经透视变换、消隐、灰度转换等处理,将结果显示在计算机屏幕上,生成一副以真实影像纹理构成的三维地形实景图。

29.建立数字遥感影像和景物空间的映射关系需要选取遥感图像中具有明显特征的点作为待求的目标点来确定而这之间的关系,常用来在数字影像上目标点高精度的计算方法:重心法,Forstner定位算子,椭圆中心法,模板匹配法,求直线交点法。

30.航摄像片和相应地面间映射关系确定的方法:1)直接线性变换法;2)空间后方交会法。

直接线性变换(DLT—Direct Linear Tranformation):是一种直接描述遥感图象与地面相应坐标之间透视关系的解析表达式,它包含XXX个参数,含有对影像坐标的线性误差改正的作用。具体公式为:

其中(x,y)为遥 感图像上任一点的象坐

标,(X,Y,Z)为该点的地面坐标;L1,L2,…, L11为XXX个变换参数。

后方交会法:是通过定义遥感图像成像时传感器的内、外部姿态参数来描述这种中心投影关系的,计算公式为: 其中(x。,y0,-f)、(ai、bi、ci,i=1,2, 3。a2、a3、b3三个是独立的方向余弦)、(Xs, Ys,Zs)为9个姿态参数。

两种方法区别:与DLT相比,空间后方交会的变换参数几何意义比较明显,所需的控制点数略少。但在实际迭代解算中,空间后方交会对初始值的准确性要求较高,因此地形三维影像图绘制中在内方位元素未知的情况下,大多数情况下可采用DLT算法来求解变换参数。

31.灰度重采样(resampling)意即在原重采样的基础上再进行一次采样。也就是说,当欲确定不位于矩阵(采样)点上或图象坐标值不为整数的灰度值时需在一定领域内内插计算。重采样四种

虚拟现实技术总结

17.地形三维显示的基本过程:a.数据准备;b.DEM递归细分;c.透视投影变换;d.光照模型;e.消隐和裁剪;f.图形绘制和存贮;g.三维图形的后处理;h.基于三维地形图的分析。18.DEM的递归分析原理:首先对DEM每一格网进行细分,第i次细分后得到4i个子格网,每子格网的节点的高程和平面位置有上一级网格结点经双线性内插得到。递归终止的标准是每个子格网在计算机屏幕
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