基于VR的虚拟花卉真实感光照环境仿真交互应用研究
发布时间：2022-01-26 14:42
虚拟花卉的高度真实感仿真建模与交互,一直是虚拟植物可视化研究的重要方向。随着虚拟现实技术的普及与快速发展,VR头戴式设备成为了现在主流的呈现设备之一,应用VR头戴式设备进行呈现的虚拟花卉系统,需要逼真的渲染画面才能达到沉浸感效果,通用引擎自带的默认渲染功能和植物建模已不能满足该需求。VR设备不同于传统显示器,鼠标键盘的简单操作早已不适用于VR头戴式设备。因此,如何在VR环境下,让用户更加流畅的进行人机交互,并且更好的模拟出植物的真实感外观,具有很大的研究价值。针对以上问题,本文在研究光照原理的基础上,应用基于物理的渲染技术,提出了融合基于双向散射分布函数BSDF的花卉植物高度真实感物理渲染算法,利用ShaderLab语言,对盆栽花卉植物在光照环境下进行了仿真模拟,然后对该融合算法做优化处理,使其更贴合真实植物的特性,解决了花卉植物的花瓣叶片部分透射的问题,该算法能够更真实的模拟花卉植物的外观。然后针对本文的系统,基于VR头戴式设备的交互原理,开发了一套交互手势,经验证可以满足实时人机自然交互要求,让用户以更加流畅的方式进行操作。最后完成本文系统的搭建,针对头戴式设备的镜片成像效果对图像...
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?Ｌａｍｂｅｒｔ漫反射模型示意图??Ｆｉｕｒｅ?２．１?Ｔｈｅ?Ｄｉａｒａｍ?ｏｆ?Ｌａｍｂｅｒｔ?Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｍｏｅｌ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于HTC Vive的车间虚拟漫游系统设计与研究[J]. 宋世坤. 现代计算机(专业版). 2019(03)
[2]基于物理约束的玉米叶片建模方法[J]. 肖伯祥,吴升,郭新宇. 应用基础与工程科学学报. 2018(05)
[3]国外虚拟现实的现状与趋势[J]. 曹磊. 竞争情报. 2017(02)
[4]真实感海洋场景实时建模与绘制研究进展[J]. 唐勇,张利辉,吕梦雅,李颖. 燕山大学学报. 2016(06)
[5]真实感体绘制中的光照与阴影模型算法研究[J]. 孟祥艳,任郁苗,潘海仙. 激光杂志. 2016(08)
[6]基于重要性采样的三维云光照模型的研究[J]. 谢永华,袁复兴,王畅. 系统仿真学报. 2016(01)
[7]应用微表面模型进行衍射效果物理绘制[J]. 吴付坤,吴佳泽,郑昌文. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(01)
[8]基于图像的植物叶片枯萎变形测量仿真研究[J]. 马瑞士,白顺先. 计算机仿真. 2012(10)
[9]虚拟花卉植物在可变风场中的运动行为仿真[J]. 淮永建,李凡. 农业工程学报. 2012(19)
[10]花卉植物形态与生长可视化仿真研究[J]. 淮永建,曾茜. 计算机工程与应用. 2012(08)
硕士论文
[1]基于Unity3D的虚拟环境模拟与人机交互应用研究[D]. 李龙.电子科技大学 2018
[2]虚拟现实沉浸式艺术交互形式研究[D]. 赵润泽.西北大学 2018
[3]VR虚拟场景中的交互设计[D]. 黄文杰.南昌大学 2018
[4]基于虚拟现实技术的三维可重构储粮害虫监测系统的设计与实现[D]. 王森.北京邮电大学 2018
[5]个性化人体模型的真实感技术研究及实现[D]. 李佳黎.武汉纺织大学 2018
[6]虚拟沙画实时绘制与渲染技术研究[D]. 申慧珍.中北大学 2018
[7]基于LeapMotion的自然手势交互技术在工业机器人示教中的研究[D]. 陈畅.华南理工大学 2018
[8]苹果树冠层光照模型关键技术研究[D]. 张晶.西北农林科技大学 2018
[9]真实感图形技术中双向反射分布函数模型的评估方法研究[D]. 曹芙蓉.西安电子科技大学 2018
[10]虚拟现实互动游戏中的手势交互研究及实现[D]. 廖辉.华南理工大学 2018
本文编号：3610669
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１?Ｌａｍｂｅｒｔ漫反射模型示意图??Ｆｉｕｒｅ?２．１?Ｔｈｅ?Ｄｉａｒａｍ?ｏｆ?Ｌａｍｂｅｒｔ?Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｍｏｅｌ??
?（２２）??其中／ｓ为入射光，／Ｃｓ为物体表面的高光系数，ａ为反射光和用户视角的夹角度数，??？为高光指数，表面越光滑《值越大，高光范围越小，高光强度越强。如图２．４?（ａ），??Ｆ为顶点到视线的单位向量，／？为反射光方向，则ｃｏｓａ＝?７－／？。Ｐｈｏｎｇ模型计算中??一个关键步骤是反射向量的计算，如图２．４?（ｂ）。??Ｒ??碡??Ｎ??ｔ??Ｎ??Ｒ?Ｉ?ｖ??（ａ）?（ｂ）??图２．４?（ａ）Ｐｈｏｎｇ高光原理（ｂ）反射向量Ｒ计算原理??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?（ａ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?Ｐｈｏｎｇ?ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ?ｍｏｄｅｌ?（ｂ）?Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｖｅｃｔｏｒ?Ｒ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ??上图中位于表面下方的向量／是原始／向量的拷贝，二者是相同的，该公式核心??是计算出向量及的值：??Ｒ?＝?Ｉ?＋?Ｖ?（２－３）??Ｖ?＝?２＊?Ｎ?＊?（－Ｎ?■?／）?（２－４）??Ｒ?＝?Ｉ?＋?２?＊?Ｎ?＊?（－Ｎ?■?Ｉ）?＝?Ｉ－２＊?Ｎ?＊?（Ｎ－Ｉ）?（２－５）??该模型可以模拟高光反射，但是高光模拟的比较生硬，且相对比较耗时，此外对??光源有要求
（ａ）?（ｂ）??图２．３?（ａ）镜面反射（ｂ）漫反射??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?（ａ）?Ｓｐｅｃｕｌａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?（ｂ）?Ｄｉｆｆｕｓｅ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ??Ｐｈｏｎｇ模型公式如下：??＾ｓｐｅｃｕｌａｒ?＿?＾?ＣＯＳ?（Ｘ?）?（２２）??其中／ｓ为入射光，／Ｃｓ为物体表面的高光系数，ａ为反射光和用户视角的夹角度数，??？为高光指数，表面越光滑《值越大，高光范围越小，高光强度越强。如图２．４?（ａ），??Ｆ为顶点到视线的单位向量，／？为反射光方向，则ｃｏｓａ＝?７－／？。Ｐｈｏｎｇ模型计算中??一个关键步骤是反射向量的计算，如图２．４?（ｂ）。??Ｒ??碡??Ｎ??ｔ??Ｎ??Ｒ?Ｉ?ｖ??（ａ）?（ｂ）??图２．４?（ａ）Ｐｈｏｎｇ高光原理（ｂ）反射向量Ｒ计算原理??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?（ａ）?Ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?Ｐｈｏｎｇ?ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ?ｍｏｄｅｌ?（ｂ）?Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｖｅｃｔｏｒ?Ｒ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ??上图中位于表面下方的向量／是原始／向量的拷贝，二者是相同的，该公式核心??是计算出向量及的值：??Ｒ?＝?Ｉ?＋?Ｖ?（２－３）??Ｖ?＝?２＊?Ｎ?＊?（－Ｎ?■?／）?（２－４）??Ｒ?＝?Ｉ?＋?２?＊?Ｎ?＊?（－Ｎ?■?Ｉ）?＝?Ｉ－２＊?Ｎ?＊?（Ｎ－Ｉ）?（２－５）??该模型可以模拟高光反射，但是高光模拟的比较生硬，且相对比较耗时，此外对??光源有要求
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于HTC Vive的车间虚拟漫游系统设计与研究[J]. 宋世坤. 现代计算机(专业版). 2019(03)
[2]基于物理约束的玉米叶片建模方法[J]. 肖伯祥,吴升,郭新宇. 应用基础与工程科学学报. 2018(05)
[3]国外虚拟现实的现状与趋势[J]. 曹磊. 竞争情报. 2017(02)
[4]真实感海洋场景实时建模与绘制研究进展[J]. 唐勇,张利辉,吕梦雅,李颖. 燕山大学学报. 2016(06)
[5]真实感体绘制中的光照与阴影模型算法研究[J]. 孟祥艳,任郁苗,潘海仙. 激光杂志. 2016(08)
[6]基于重要性采样的三维云光照模型的研究[J]. 谢永华,袁复兴,王畅. 系统仿真学报. 2016(01)
[7]应用微表面模型进行衍射效果物理绘制[J]. 吴付坤,吴佳泽,郑昌文. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(01)
[8]基于图像的植物叶片枯萎变形测量仿真研究[J]. 马瑞士,白顺先. 计算机仿真. 2012(10)
[9]虚拟花卉植物在可变风场中的运动行为仿真[J]. 淮永建,李凡. 农业工程学报. 2012(19)
[10]花卉植物形态与生长可视化仿真研究[J]. 淮永建,曾茜. 计算机工程与应用. 2012(08)
硕士论文
[1]基于Unity3D的虚拟环境模拟与人机交互应用研究[D]. 李龙.电子科技大学 2018
[2]虚拟现实沉浸式艺术交互形式研究[D]. 赵润泽.西北大学 2018
[3]VR虚拟场景中的交互设计[D]. 黄文杰.南昌大学 2018
[4]基于虚拟现实技术的三维可重构储粮害虫监测系统的设计与实现[D]. 王森.北京邮电大学 2018
[5]个性化人体模型的真实感技术研究及实现[D]. 李佳黎.武汉纺织大学 2018
[6]虚拟沙画实时绘制与渲染技术研究[D]. 申慧珍.中北大学 2018
[7]基于LeapMotion的自然手势交互技术在工业机器人示教中的研究[D]. 陈畅.华南理工大学 2018
[8]苹果树冠层光照模型关键技术研究[D]. 张晶.西北农林科技大学 2018
[9]真实感图形技术中双向反射分布函数模型的评估方法研究[D]. 曹芙蓉.西安电子科技大学 2018
[10]虚拟现实互动游戏中的手势交互研究及实现[D]. 廖辉.华南理工大学 2018
本文编号：3610669
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