基于虚拟现实技术的计算机三维仿生图像特征增强策略

杨玲

（阳江职业技术学院 广东省阳江市 529566）

1 引言

近年来，随着我国虚拟现实技术的不断发展，对计算机三维仿生图像的特征增强提出了更高的要求。因此，“基于虚拟现实技术的计算机三维仿生图像特征增强策略”成为社会关注的焦点。为了促进虚拟现实技术的快速发展，一方面要重视对虚拟现实技术的理解，另一方面要重视基于虚拟现实技术的计算机三维仿生图像特征增强技术。

2 虚拟现实技术

虚拟现实是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统，作为数字化中国最重要的四项基础技术之一占有重要的地位。随着计算机技术的进步以及媒体创意产业的蓬勃发展，虚拟现实逐渐成为一种影响和改变人们生活方式的重要元素。虚拟现实技术作为信息领域重点发展的三项前沿技术之一。体现在令人叹为观止的虚拟展示、3D电影中眼花缭乱的立体特效场面、春节联欢晚会中绚烂又智能的虚拟舞台场景生成、还有越来越普及的三维虚拟场景体验、城市景观漫游、三维产品展示等等，这一切的背后都是虚拟现实技术的支撑及其应用思想的体现。从当初只用于军事、航天等高端领域，到今天进入普通人的日常生活；从当初必须构建在复杂、昂贵的系统之上，到今天甚至可以用普通智能手机来体验，虚拟现实正在深入人们生活的方方面面，并必将为人类带来更大的便捷与惊喜，其应用市场与应用前景不可估量。

因此，虚拟现实技术的研究是一项复杂而具有挑战性的任务。同时，虚拟现实技术也是一种先进的前沿仿真技术。虚拟现实技术一般包括以下几个方面。一是利用虚拟现实技术模拟外部大气压力。二是通过虚拟现实技术模拟人的感知[1]。三是通过虚拟现实技术模拟自然生态环境。第四，通过虚拟现实技术模拟传感设备。其中，虚拟现实技术模拟的外部大气压力主要用于科学合理地控制外部大气压力的变化，从而生动地显示三维立体图像。利用虚拟现实技术模拟人的感知，模拟人的听觉、视觉、嗅觉、触觉和味觉五个真实的感觉器官，使人的五种感官的感觉能够准确地呈现给多感知研究者。虚拟现实技术模拟的自然生态环境主要用于全面预测自然生态环境的变化，从而提高自然生态环境的质量[2]。虚拟现实技术模拟的传感装置主要用于科学合理地应用传感装置，从而提高传感装置的工作性能，保证传感装置的正常、安全和稳定运行，显示计算机的听觉、视觉、嗅觉、触觉和味觉。通过传感装置进行了生动的分配。

另外，虚拟现实技术主要是通过图形技术和多媒体技术的完美结合，将人机图形完美地呈现给用户。因此，虚拟现实技术的研究是一项复杂而具有挑战性的任务。一般来说，虚拟现实技术通常具有以下三个特点：一是虚拟技术的存在性；二是虚拟技术的交互性；三是虚拟技术的自主性。虚拟技术的存在意味着用户通过感知虚拟技术的存在来模拟环境的真实存在[3]，并将模拟的环境真实存在映射到计算机中，最终形成真实的三维图像，以确保用户的良好体验。虚拟技术的交互性是指用户通过感知虚拟技术的交互性来模拟计算机的真实交互，将计算机模拟的真实交互映射到计算机中，最终形成真实的三维图像，从而保证用户的良好体验。虚拟技术自主性是指用户通过感知虚拟技术的自主性来模拟环境的真实自主性，将模拟环境的真实自主性映射到计算机中，最终形成真实的三维图像，从而保证用户的良好体验。

3 三维仿生图像的特征增强策略

3.1 三维图像变换增强

图像变换增强策略对于三维仿真图像的真实、生动显示具有重要意义。图像变换增强策略的应用步骤如下：首先，通过图像变换技术与虚拟现实技术的完美结合，科学合理地改变窗口，从而实现窗口变换效率的特点。此外，任何窗口大小都可以更改。其次，通过将图像变换技术的稳定性特征[4]与虚拟现实技术的完美结合，可以改变图像在屏幕的尺寸，向用户显示三维仿真立体图像，从而提高用户的真实性体验。最后，通过图像变换技术和虚拟现实技术的安全特性的完美结合，提高三维仿真立体图像的真实性。

基于虚拟现实技术下，使用三维图像变换增强算法对图像增强，三维图像变换增强算法能够把三维图像的局部实行变换，能够增强图像的细节特征[5]。三维图像增强算法的主要为窗口视区转换，屏幕区域属于窗口输出图像的最广区域，也是约束的整数区域。若输出屏幕为1200×1200个可编辑地址显示像素，则屏幕区域大小可设置为[0:600]×[0:600]，只要不超过此区间的视图区都属于屏幕区域。通过三维图像增强算法能够把窗口区域复杂化嵌入视图区域来建立新的三维图像。三维图像在窗口区域变换成视图区域，建立映射的关联性如下：

其中含义是将窗口区域的左上角坐标点依次设成A1与A2，将此视图里两个角点的坐标依次设成(AV1，AV2)，(AV3，AV4)，则窗口区域的中心点为(X，Y) 和视图区域中心点(AX，AY) 。

然后，把窗口的中心点(X，Y) 导入视图的中心点(AX，AY) 能够导出他们的关系如下：

其中，窗口区域图像变换到屏幕区域的缩放因子分别为：

根据映射的关联性，基于虚拟现实的三维窗口图像想放大并细化转换后变成视口图像提升图像的清晰度，需要通过如下两步进行：

（1）将窗口区域点(A1，A3)设成中心，实行缩放转换，把窗口区域三维图像变换成视口区域三维图像；

（2）把变换后的窗口区域图像移动至屏幕区域，图像变换后的缩放因子维持固定的比例，以保图像不出现横向和竖向的改变,使其得到较高的清晰度。

3.2 三维图像建模能力

众所周知，三维仿生图像的建模能力增强策略对三维仿真立体图像的逼真显示具有重要意义。三维仿生图像建模能力增强策略的应用步骤如下：首先，利用三维仿生图像建模技术的稳定性特征，对各种类型的图像进行建模，充分利用三维仿生图像建模技术的价值，为三维仿生图像建模技术的应用奠定了理论基础，也为三维仿生图像建模能力增强策略的应用奠定了基础。其次，将三维仿生图像建模技术的高效特性与虚拟现实技术完美结合，大大提高了图像建模的效率。通过科学合理地设计图像的外观，将三维仿真立体图像呈现给用户，提高了用户的真实体验。最后，利用三维仿生图像建模技术的持久性特征，与虚拟现实技术完美结合，对图像进行建模后可以对图像的外观进行长时间的刻板化，避免了由于时间的推移而导致图像外观的变化，从而提高了图像的质量。三维仿真立体图像的真实性。此外，它还有效地保证了三维仿真立体图像的耐久性。一般来说，严格遵循上述三个步骤，可以真正实现三维仿生图像建模能力增强策略的价值。总之，利用三维仿生图像的建模能力增强策略，可以直观地显示三维仿真立体图像。

具体的实现方法有多边形（Polygon）建模、曲面建模和参数化建模。多边形建模即四边形建模，Polygon模型的子对象由Vertex（点）、Edge（边）、 Face（面）、 Element（整体元素-体）构成。一般以多边形初始几何体为基础进行塑造，这种塑造不外乎添加点，线，面这些元素级别的单位，让模型丰富起来；两点连成一条边，三条边构成一个面，2 个面构成一个多边形，多个多边形构成一个实体，这是多边形建模的基础原理，从而使一个简单的物体变成复杂的模型，利用这种多边形初始集合体的形状修改基本的原始属性使他们变成复合体，也可以通过分离，挤出，合并或者删除等操作修改原始的形状。

通常情况，一个完整模型由中更多规则四边多边形组成，多边形建模非常适合对精度要求不高的建模，多用于影视、游戏。娱乐类三维软件都有多边形建模模块，多边形编辑已经非常的完善，各三维软件的多边形建模系统大同小异。

其次NURBS建模也很有特色，NURBS模型能够完美地表现曲面模型，满足高精度的光滑模型，NURBS造型总是由曲线和曲面来定义，要在NURBS表面里生成一条有棱角的边非常困难。NURBS建模由曲线组成曲面，再有曲面组成模型表面，而曲线有控制点可以控制曲线曲率、方向、长短。NURBS建模过程是点创建了曲线。曲线创建了曲面，也可以通过抽取创建曲面。NURBS Modeling 非常适合创建光滑的物体，如：数码产品、汽车等。

工业类建模需求精确尺寸，参数化建模非常的必要。参数化建模环境里，零件由特征组成。特征可以由正空间或负空间构成。正空间特征是指真实存在的块，负空间特征是指切除或减去的部分。借助参数化建模，可以使用特征和约束捕获设计意图，让用户可以自动执行重复性更改。参数化建模技术非常适合涉及苛刻要求和制造标准的设计任务。参数化建模对设计进行更改后模型会自动更新，能够轻松捕获设计意图，使用户更容易定义模型在进行某些更改后应有的行为方式，轻松定义和自动创建同一系列的零件，与制造工艺完美结合，缩短了生产时间。数化建模建模方式多用于工业设计，需要精确的尺寸来辅助设计，原型设计甚至可以直接输出到机床进行生产加工。

3.3 三维图像现实增强

现实增强策略即结合虚拟现实技术，对各种类型图像的现实感进行模拟。真实感增强可以使三维图像具有材质和灯光的一种图像生成技术，也能通过贴图和多种材质方法增强局部特征显示。从物理灯光方面增强，具体指选择合适的灯光类型，拟定合适的灯光方案等；从摄像机动画方面增强，具体指用摄像机来跟踪对象运动等；

在虚拟现实技术中，仿生图像的材质一般有颜色通道，透明通道，凹凸通道，高光通道，反射通道和折射通道等，而法线只是运用到凹凸通道里的一种贴图，一个物体要模拟出真实效果，通道的组合越真实就越好。

具体的做法是：先将模型在非透视图中显示，通过抓图和线框形式将三维模型输出，然后再绘制图像，最后再将平面贴图赋给三维模型，完成弥补角色模型的效果。局部模型贴图的方式是在建立模型时将每一个元素单独制作，然后将单独的每一个元素按照平面，柱体、球体、立方体等UVW贴图坐标进行处理，再为每一个元素单独赋予局部贴图。编辑模型的UV效果如果不理想的话，材质赋到模型上就容易出现不平均分布的现象。Unwrap UVW(展开坐标)的功能可使在多个对象间贴图变得更加简单，只需进行选择，然后应用展开坐标命令即可。在打开编辑器时，可以看到所有包含修改器的选定对象的贴图坐标，编辑器会显示每个对象的线框颜色，这样就可以区分不同的对象。编辑UVW对话框中可以显示UVW面和UVW顶点组成的晶格顶点、边或面可操纵相对于贴图的UVW坐标并进行变换。因此纹理映射是最能在三维仿生图像现实增强策略方面体现出重要作用的方法。这里涉及到的技术有全景照片的拍摄要求；全景照片的形变、配准与融合；全景漫游路线的构建；多点全景图的融合；全景漫游系统的封装与发布。

现在已有的现实增强实际应用案例有3D书、虚拟圆明园、Google眼镜等；设计到的动画关键技术有关键帧动画、关节动画、基于过程的动画、群体动画、运动学/逆向运动学/动力学动画技术、Morphing/Deformation（形变）技术，顶点帧动画技术与骨骼帧动画技术，动作的获取方式，角色动画系统设计示例：顶点动画系统、骨骼动画系统，角色动画系统介绍（如ogre、cal3d等）。

模型有的被划分为刚体类型，因此给予力场和运动约束；有的模型被指定为粒子，因此给予发射属性及相关群体运动；有的模型被指定为柔体和布料；有的模型被指定为流体等等。建模要结合动作一般要用到关键帧技术，动作捕捉技术等。在给模型赋予动作的过程中，需要骨骼系统和表情绑定等知识。另外，数字化布料模拟，毛发渲染，运动匹配技术相结合也提高了真实感。体现在游戏方面，场景动画，特效动画，角色动画等增强技术，综上所述重点从变换增强，建模增强，现实增强三个方面来说明三维仿生图像特征增强的方法。

4 结论

综上所述，本文结合了目前虚拟现实技术的发展现状在图像变换方面，建模能力方面，现实增强方面对三维仿生图像策略阐述和研究。随着我国对虚拟现实技术的不断关注，虚拟现实技术在计算机三维仿生图像特征增强领域工作取得了令人满意的效果。此外，为了促进虚拟现实技术的快速发展，越来越多的虚拟现实技术人员积极参与“基于虚拟现实技术的三维仿生图像特征增强策略”的研究，不断提高其专业性，奠定了一定的理论基础，为虚拟现实技术的未来发展奠定基础。