基于虚拟现实技术的自行车漫游系统的研究与实现

准接口。这样既可以大大节省开发时间，又能提高渲染速度。
　　
　　虚拟现实最重要的特性是人可以在随意变化的交互控制下感受到场景的动态特性。而提高显示性能的技术包括硬件和软件两个方面。在硬件方面，采用了高速的DSP芯片进行数据的实时采集和传输；软件方面建立了多线程、非阻塞的漫游框架，并采用了以下方法来提高场景画面的刷新速度。
　　
　　（1）双缓存机制。也为显示器建立两个视频缓冲区，一个用于后台刷新屏幕，一个用于前台绘制。当需要更新时，切换这两个缓冲区，将原来作刷新用的缓部区用于绘制新的帧，同时将原来作绘制用的缓冲区用于刷新显示。场景越复杂，采用双缓存机制时间优越性就越能得到体现。而且采用双缓冲机制可以解决画面演示过程中严重的“闪屏”现象。
　　
　　（2）LOD（LevelofDetail）细节层次技术。根据两种不同的判断来选取细节层次不同的模型：一是距离远近，离视点近的物体采用较高精度绘制，离视点远的物体则用较低精度绘制；二是通过自行车的速度设定不同的阈值，根据阈值选取不同精度的模型，然后通过平滑过渡技术来显示。
　　
　　（3）实例技术。场景中经常需要多个相同的虚拟物体，如完全相同的树木等。对于这类需重复出现的特体，利用OpenGL库中的显示列表功能，将其分别定义为单独的显示列表，预先生成三维实体；再通过几何变换得到其它位置的特体。在图形显示时，只需调用所需的显示列表即可显示相应的三维实体，大大节约内存从而提高图形显示速度。
　　
　　（4）预处理技术。对一些复杂的场景模型，如路两旁的高层建筑等，在预处理阶段，只计算出显示在观察者视野范围内的场景并存放起来，在动态显示时就无需对不可见的物体及落在所定义的观察空间之外的物体进行绘制，从而大大减少在动态显示时对可见性的测试和计算。
　　
　　（5）用二维纹理代替三维模型。对漫游场景中非常复杂的细节上的物体如山坡上的植被等，若用三维模型表示，将需要大量的多边形，但实际动态显示时，没必要把它们表现得十分精确，所以使用二维纹理代替三维模型。其方法是将复杂特体的图像粘贴在一个平面上并放置在场景中，在三维复杂场景的实时显示时，令该平面的法向始终指向观察点。这样，就形成了这些复杂物体随着观察方向的改变而转动，提高了场景显示的实时性。
　　
　　3立体显示技术
　　
　　三维立体显示技术虚拟现实的关键技术之一。要实现三维景观的立体显示，首先必须得到符合三维特征的立体图像对。左右片对的生成可以按照以往传统的单目三维图形生成方法分别生成，即先计算左右眼的视点向量，并分别进行视点变换及首色处理，可取得左右眼的图像。但由于左右片对图像的相关性很强，物体在左右图上通常只有一个视差d，而其色彩与亮度值相差很小，可以利用这一点实现立体片对生成的快速算法。
　　
　　假设场景中任意点F(x,y,z)在左右片对中分别成像为P1（xl,yl）、Pr(xr,yr)，则可得：
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　其中L代表左右焦点之间的间距，f代表焦距，d代表两眼的视差。首先分别计算得到左右眼的视点向量及其变换矩阵，而后在生成右眼图的同时，利用式（2）计算左眼图。在这一过程中，对离视点近的特体不采用式（2）计算，而用分别计算方法生成。这样可以使生成的左右片对既不失真实性，又具有快速性。
　　
　　采用幅分割法进行立体显示。当显示器进行逐行扫描时，将左右图像按幅序交替显示，

《基于虚拟现实技术的自行车漫游系统的研究与实现(第3页)》