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计算机图形学关键技术范文1
关键词 立交桥 三维 虚拟场景
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A
1 项目学术价值
该项目是立交桥三维虚拟场景建模与指定路径的实时漫游，基于图像的绘制技术，应用三维视景仿真建模软件（MultiGen Creator）和三维实时仿真软件（MultiGen Vega）对场景建模和路径漫游，相对于传统的基于多边形绘制技术具有更加简单的三维建模工作，同时使场景更加真实，图形生成速度更快。利用高性能的计算机、计算机图形学及纹理技术，对立交桥场景建模和路径的实时漫游，使计算机图形学、计算机视觉、虚拟实时漫游等理论知识得到深入和完善。对立交桥虚拟场景建模的研究者具有一定的参考价值。
2 应用价值
应用领域：三维车载导航、城市规划、城市信息化交通网络、游戏、桥梁设计、电影等虚拟场景，通过虚拟技术实现，减少了人力、物力、财力等直接的损失。在现实生活中，可以应用到基于二维电子地图的车载系统，提供一个交互式的高逼真的虚拟场景，有效解决了司机们在复杂道路交叉口面对简单的路径引导无能为力的现状。同时对立交桥桥面维护进行场景虚拟，大大减少了政府的财务支出。
3 具体研究
3.1 研究目标
利用微型计算机设计出立交桥三维虚拟场景漫游仿真软件，实现对立交桥三维虚拟场景建模和路径的实时漫游。
3.2 研究内容
（1）对现实中，某座立交桥的设计方式的简单分析；（2）对这座立交桥上的各个路线的简单分析；（3）建立立交桥三维虚拟模型，分别对四个桥面段建模；（4）对立交桥周围部分环境的建模，包括树木、标志性性建筑等；（5）基于道路中心线的指定路径实时漫游实现。
3.3 研究方法
（1）基于计算机图形学，应用MultiGen Creator，建立基于图像绘制的立交桥场景模型，对直线桥面段、下坡弯道桥面段、平直下坡桥面段、平直弯道桥面段四个模型的建立；（2）为了增加立交桥三维虚拟的逼真性，对立交桥周围部分景物场景建模，树木、建筑物；（3）对立交桥上车辆各个路线的分析，建立汽车在立交桥上指定路径的实时漫游；（4）最后对立交桥虚拟漫游软件测试，保证其的逼真性和稳定性。
4 创新点
基于图像绘制技术构建三维的立交桥仿真模型，使得虚拟场景更具逼真性、交互性。利用微型计算机将现实与虚拟结合起来，对立交桥及其周围环境进行完美仿真。同时在微型计算机中将成果生成软件，并应用于汽车导航系统当中，弥补了汽车导航系统在立交桥复杂路口的不足之处。
5 特色
该项目是计算机图形学与计算机视觉的结合，一方面能促进这两门交叉学科理论知识的深入发展和完善，另外，该项目使虚拟场景在美观的基础上更具逼真，在仿真领域取得了新的突破。
6 关键技术
第一、基于图像绘制技术的三维立交桥及其周围环境的建模；第二、应用三维视景仿真建模软件（Multi Creator）对立交桥场景模拟中直线桥面段、下坡弯道桥面段、平直下坡桥面段、平直弯道桥面段四个模型的建立；第三、桥面建模当中要求桥面两端的参考线为共面平行或交错平行，因此在建立交桥面参考线时使用创建平行线的工具来保证参考线的绝对平行；第四、两段桥面连接时，为了保证桥面之间的圆滑过渡要求，第一桥面段的出口坡度参数与第二桥面段的入口坡度参数一致；第五、在绘制过程中的纹理技术、动态生成视点替用特效技术和处理技术；第六、应用三维实时仿真软件（MultiGen Vega）对指定路径的实时漫游的具体实现，包括创建立交桥对象、添加汽车场景、设置碰撞检测、设置运动方式、创建角色对象、设置角色对象运动方式、设置漫游路径、设置路线导航器、指定漫游路径实现路径的实时漫游；第七、后期的绘制、渲染、检测及维护。
7 实验方案和技术路线
（1）查阅相关资料，全面的了解和认识计算机图形学、计算机视觉、基于图像绘制的技术等理论知识，收集立交桥的设计方式、立交桥上各个路线等相关资料，进一步对立交桥的场景模型、其周围环境的场（下转第32页）（上接第30页）景模型、指定路径的实时漫游进行深刻的理论探讨研究；在认真理解基于图像绘制方法的基础上，研究如何更简单、逼真、美观的建立出各个场景的三维虚拟模型。
（2）应用三维视景仿真建模软件（MultiGen Creator）对立交桥场景模型建立，分四个模块：直线桥面段、下坡弯道桥面段、平直下坡桥面段、平直弯道桥面段四个模型的建立。
（3）基于图像绘制技术，应用三维实时仿真软件（MultiGen Vega）通过创建立交桥对象、添加场景、设置碰撞检测、设置运动方式、创建角色对象、设置角色对象运动方式、设置漫游路径、设置路线导航器、指定漫游路径实现路径的实时漫游。
（4）利用VC++软件系统设计和实现，在绘制过程中使用纹理映射技术进行场景渲染，动态生成视点替用特效技术和混色处理技术增强真实感同时又提高仿真的实时性。
8 国内外研究现状分析
当今社会经济快速发展，城市人口越来越多，交通压力越来越大，立交桥在城市交通中发挥着重要的作用。随着虚拟技术的发展，基于图像绘制的场景建模和实时漫游，是目前虚拟场景漫游设计的主流技术。虚拟漫游技术已广泛应用于各个领域，如虚拟校园系统，建筑领域尤其是对房屋、桥梁的虚拟漫游，但对立交桥的虚拟漫游是近来的热点，有较强的应用价值。
参考文献
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计算机图形学关键技术范文2
关键词：虚拟校园；漫游系统；三维建模
中图分类号：TP393.18
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，也可译作灵境技术、幻真技术）是近年来出现的高新技术，亦称灵境技术或人工环境。第一个虚拟现实系统出现在上个世纪八十年代。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，给使用者提供了关于视、听、触，甚至味觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察和进一步了解三维空间内的事物，并且可以与之发生交互作用。虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形学技术，宽视野（广角）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。
虚拟现实技术，尤其在教育领域，具有广泛的作用和影响。数字校园是“数字城市”和“数字地球”的重要组成部分。虚拟校园漫游系统则是数字校园建设的基础，它的研究和创建对以后数字校园的建设有着重要的现实意义。它是虚拟现实技术、三维可视化技术、地理信息系统技术、人机交互技术、计算机图形学等高新技术的有机结合。可以使人们感受到全方位的教学环境、校园文化，这正是现代所需要的真正教育。该技术的使用对吉林师范大学的教育宣传、就业招生、人才招聘，对外交流、展现办学实力等方面都有重要的作用。所以虚拟校园漫游系统的建设和完善同样也具有重要的研究意义。
1 虚拟校园的建模流程
根据吉林师范大学四平校区的实际校园景观多以人文建筑为主，并且其中大部分建筑物的平面坐标可以由现有纸质或者数字化的二维平面地形图中得到。近年来三维数据采集的手段发展非常迅速，使得工作进行的周期变短，成本降低。我们采用了实地摄影获取校园三维景观表面纹理的同时，也采用了三维建模软件进行三维景观对象的立体模型建立和表面纹理贴图。建设虚拟校园漫游浏览系统时，实现数据管理，模型重建，三维显示，特效生成，信息查询等主要功能。由此我们采用了基于大比例尺地形图建模的方法。建模流程如下：1.进行充分的数据准备；2.大比例尺地形的测量以及正摄影图像的采集；3.为场景中的失误选取模型对象；4.进行外业实地拍照；5.进行纹理处理建库；6.三维模型的建立；7.对模型进行纹理贴图及其效果处理；8.导入三维GIS软件。
2 三维建模的关键技术
2.1 纹理映射（Texture Mapping）
纹理映射的具体过程是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素的一个过程。在三维图形中，尤其在描述具有真实感的物体方面，纹理映射的方法运用得极其广泛。比如，我们想绘制一面砖墙时，可以用一张具有实景真实感的图像或照片作为纹理将其贴到一个矩形之上，一面逼真的砖墙就画好了。反之若不采用纹理映射的方法，则墙上的每一块砖都将要作为一个独立的多边形进行绘制；纹理映射最后也能够保证在变换多边形同时，多边形上的纹理也会随之进行变化。比如，用透视投影模式对墙面进行观察时，离视点远的墙壁的砖块的尺寸就会缩小，而离视点近的尺寸就会大些，这些都会满足视觉规律的。纹理对象通过一个单独的数字来标识。并且可以使OpenGL硬件能够在内存中保存多个纹理，而不是每次使用的时候再进行加载，可以大大减少了不必要的运算量，提高了速度。
纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分，妥善的管理纹理，减少不必要的开销，是系统优化时必须考虑的一个关键问题。当需要处理的纹理图像非常大时，这种情况尤为明显。OpenGL提供了纹理对象管理技术可以解决纹理加载的过程可能会影响程序运行速度。
2.2 外部引用技术（External Reference）
本虚拟校园漫游系统中，以吉林师范大学四平校区为实例，有着较多的建筑物，如教学楼、宿舍楼、实验楼等。场景的种类也各式各样，如喷泉，草坪，艺术雕像等。基于此我们采用的是分类建模，把相同种类的模型放入一个文件中，通过外部引用的功能，导入要用到的各个文件。由于使用了此技术，在主干文件中仅仅需要保存引用文件的存储路径和名称即可，大大减少了文件本身模型数据库所占的大小。修改时也是仅仅需要打开要修改的文件进行修改，由于各个文件保持相对的独立，主干文件中其它模型不会受到影响。
2.3 LOD（Level of detail）技术
本虚拟校园漫游系统主要实现的是一个基于多边形的校园室外漫游。虚拟现实中虚拟场景的生成对实时性要求很高。LOD技术则是一种有效的图形生成加速方法，可以对几何模型和场景进行简化处理。该技术在不影响画面视觉效果的情况下，可以通过逐次简化景物的表面细节进而减少场景中的几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。该技术通常对每一原始多面体模型建立几个不同逼近精度的几何模型。与原模型相比，每个模型均保留了一定层次的细节。在绘制时，根据不同的标准选择适当的层次模型来表示物体。比如，可以在实现漫游视点接近场景对象时，载入精细模型，其他情况下则可以使用低分辨率模型进行替换。
2.4 碰撞检测
碰撞检测是虚拟漫游场景中的需要解决的关键问题，本系统从两个方面进行碰撞检测：在漫游过程中可能与建筑物墙壁发生碰撞，避免形成穿墙而过的尴尬情况，即当碰到墙壁阻挡时就不能继续前进，根据检测结果相应改变视点及其行进路线；与地形的碰撞检测，即使得漫游过程始终随着地形的改变而不断改变视点的相对高度。通过实现实时漫游的碰撞检测，提高虚拟环境的真实性、增强虚拟环境的沉浸感，使得用户达到更为逼真的体验。
3 结束语
本文在研究虚拟校园漫游系统的建模方法和关键技术的基础上，以吉林师范大学为例，对虚拟现实技术、三维可视化技术以及计算机图形学等技术进行了综合的应用，基于OpenGL在Visual C++开发平台下实现了三维校园的可视化过程。最终展示了吉林师范大学四平校区立体化的校园场景。本虚拟校园漫游系统还可以进一步完善它的运动模型，以便支持多人协同式漫游，提高系统的趣味性、真实性和交互性。
参考文献：
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[6]Shi Chuangming，Guo Lei.Designing and implementing of digital virtual campus[J].Journal of Computational Information Systems，2007（3）：501-506.
作者简介：肖春英（1989-），女，吉林省长春市人，硕士研究生，研究方向：计算机应用技术；谭振江（1965-），男，吉林省四平市人，老师，研究方向：计算机应用技术。
计算机图形学关键技术范文3
【关键词】虚拟现实 数字媒体 艺术设计
虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR技术，也称灵境技术或人工环境。VR技术领域几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度非常迅速。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。
一、虚拟现实课程简介
随着国内宽带网络的普及和多媒体技术的发展，虚拟现实技术逐渐应用于信息多媒体展示方面。而三维网络展示系统将是虚拟现实技术未来发展的重要方向之一，因此全国各高校相继开设数字媒体艺术设计专业，其中的虚拟现实技术的课程成为国内外教育技术学及媒体传播领域的研究热点和发展趋势之一，它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络等技术的最新成果，以其沉浸性、交互性和构想性等无可比拟的优点。虚拟现实技术在各行各业得到了广泛的应用和重视，比如在教育培训、城市规划、文物保护、游戏娱乐等领域取得了巨大的发展，市场前景广阔；同时国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划和863计划等都已将虚拟现实技术列入了研究项目。
虚拟现实课程是以往多个计算机辅助设计软件的一个综合运用，课程主要涉及到多个软件与课程的结合，软件包含有Photoshop、AutoCad、3dsmax、Virtools 等，涉及课程有建筑制图、建筑场景漫游、景观绿地设计等专业范围。课程主要运用虚拟现实技术完成一个三维场景的漫游浏览系统， 使其能够流畅，完整的再现一个实际的环境或建筑。其中主要运用virtools 这个软件来实现交互浏览的制作， 这一步骤是整个系统实现人机交互的核心， 最后完成系统的制作并。
二、虚拟现实在国内高校的研究现状
国内在VR方面有较多研究成果的其他单位有国防科技大学、天津大学、北京理工大学、中国科学院自动化研究所、西北大学、山东大学、大连海事大学和香港中文大学等。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究的机构之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟世界中物体物理特性的表示与处理，在VR中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法。他们还实现了分布式虚拟世界网络设计，建立了网上VR研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供VR演示世界，提供用行员训练的VR系统，提供开发VR系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接。
清华大学计算机科学和技术系对VR和临场感的方面进行了研究，他们还针对室内环境中水平特征丰富的特点，提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，以利于实现特征匹配，并获取物体三维结构的新颖算法。
西安交通大学信息工程研究所对VR中的关键技术——立体显示技术——进行了研究。他们在分析人类视觉特性的基础上提出了一种基于JPEG标准压缩编码的新方案，并获得了较高的压缩比、信噪比以及解压速度，并且已经通过实验结果证明了这种方案的优越性。
2004年南京大学成立了南京大学虚拟现实与数字媒体研究中心，对VR技术及应用进行研究，并把重点放在虚拟体育仿真、数字文化遗产保护和自然人机交互等方面。
三、虚拟现实课程开设的重要性
虚拟现实技术是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，并通过传感设备与之交互的新技术。作为一门新兴的学科，它已经被众多高校纳入计算机科学与技术专业的选修课范畴，但是却没有在数字媒体技术专业中普遍开设。其实无论从技术特点，还是从社会需求来讲，虚拟现实技术都与数字媒体技术有着非常密切的关系，具体体现在如下几个方面。
1） 虚拟现实是一门典型的交叉学科，它所涵盖的知识结构与数字媒体技术具有非常大相似性，例如计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、视音频技术等。除此之外，它还涉及了仿真技术、人工智能技术、计算机网络技术、多传感器技术等内容。虚拟现实强调这些技术的综合应用。
2） 虚拟现实强调技术创新性和应用创新性。从技术上来讲，虚拟现实在不同学科的交叉融合中，能够不断产生新思想和新方法，例如近几年出现的各种人机交互新方法，各种立体显示新技术等；从应用上来讲，虚拟现实具有强烈的“身临其境”的沉浸感和发人想象的刺激性。因此，利用虚拟现实技术，学生们能够将自己的任何创意和想象进行实践，在虚拟场景中进行规划、设计和测试，从而激发出新的创意。
计算机图形学关键技术范文4
关键词：井筒 数字化技术 发展
石油钻井环境复杂多样，有些情况下专家往往难以亲自到钻井现场进行指导，而井筒数字化软件的开发将有效缓解这一难题。井筒数字化软件的开发离不开井筒数字化技术的支持，本文就对井筒数字化技术的发展进行探讨。
一、数字化的关键技术
1.数字化建模技术
运用图像处理技术和计算机图形学，通过数字建模技术将数据信息转换成图形、图像，用可视化的方式显示出来，实现数据的交互处理。应用数学模型数字化的结果，无论是对二维还是三维图形的最终计算结果都只能静态显示，因此存在交互性较低的缺点。数学建模技术在石油钻井中的应用较多。
随着三维建模技术与可视化技术的发展，当前已能将三维现实环境、物体等模拟成为二维形式的虚拟现实，生成身临其境的交互式视情景仿真。这种三维交互能够对人对事物的直观认识提供指导。Land-mark公司推出了地质三维可视化和钻井三维可视软件。
2.虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种综合集成的技术，涉及人机交互技术、计算机图形学、传感技术及人工智能等领域。它可以用计算机生产逼真的三维听觉、视觉、嗅觉等感觉，通过适当的装置，使人与虚拟世界进行体验与交互，其在石油勘探领域中应用较多。
通过集成油田生产系统中地质、钻井工程、测井、录井、测试及试气系统中作业施工和设计数据，在原有的二维数据基础上建立三维井筒据体，并利用三维可视化技术进行分析、处理、展现，可进行井下作业模拟。
3.GIS技术
GIS是地理信息系统的简称。它是一门在20世纪60年代初迅速发展起来的地理学研究技术，同时结合了传统学科与现代科学技术。通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，GIS技术能够生成和输出各种地理信息，在石油勘探开发过程中发挥重要的作用。
GIS技术可以对大量的数据进行高效地集成和管理，能够对三维实体属性进行查询、编辑以及多种定位功能等操作，在此基础上进行坡度、水淹、日照等三维空间分析，还可以对实体进行三维显示漫游。
GIS技术可用于油田的石油勘探、石油采集和石油运输等方面，实现各种数据信息的可视化。GIS技术真正将数据与图形进行结合，利用图形生成数据，利用数据生成图形，科学形象，从而有助于帮助专家做出正确的决策。
二、井筒数字化技术的特点
目前井筒数字化技术的在钻井工程领域的应用比较多，主要具有以下特点：
1.数据显示形象性
现代井筒数字化技术能够通过生动、直观、形象的声音、模型、图形、图像、和动画等方式，把各种数据用直观形象的方式展示给读者，以便读者进行信息查询、分类分析和辅助决策。
2.数据管理统一性
运用井筒数字化技术，可方便地接收和采集不同介质、不同格式和不同类型的数据，无论它们的形式在被收集时还是图形、图像、文字、数字还是视频，无论它们的数据格式是是否一致，都能使用统一的数据库进行管理，从而便于数据进行多元综合分析。
3.数据载体多样性
随着数字化技术的发展，表达各类数据的信息形式不再局限与图形、表格和文件，而扩展到动画、图像、视频图像、三维仿真和虚拟现实等，对现场情况进行真实模拟。
三、井筒数字化技术发展趋势
井筒数字化技术在钻井工程领域的应用虽然已经逐步走向成熟，但仍然有许多问题需要解决：
1.钻井工程中的数据来源非常复杂，数据量非常大，需要将井筒信息进行集成展现，方便专家进行分析和方案优化；
2.需要将地质成果进行三维可视化展现，方便专家进行工程优化；
3. 需要建立一个完整的可视化系统需要一个石油工程领域的应用库，其中包含了所需要的全部基础数据；
4.现有的数字化软件主要应用在数据管理、报表编制、常规数据查询与分析方面，对于深层次信息的挖掘、决策点的处理分析、各方协同工作等功能涉及较少，不利于对施工工程中出现的各类问题进行处理和优化。
针对井筒数字化技术在钻井工程领域的应用存在的不足，数字化技术的发展方向在于将虚拟现实技术与网络通信等技术紧密结合，将人工智能与可视化技术集成应用，向内容显示全面化、智能化，数据管理高效化的方向发展，形成以智能技术处理和数据高效管理为中心的深层次数据挖掘技术，达到充分利用到信息的目的，减少了数据的重复收集和录入的成本，扩宽了信息传输途径。井筒数字化技术建立在由计算机所支持的高度可视化信息环境基础上，并以网络通信来实现动态井筒信息的多方面传输，从而在钻井工程领域中实现网络化、数字化、可视化和智能化，最终能够使钻井施工作业实现低成本、优质、高效和安全的目标。
四、结语
井筒可视化技术广泛地应用于钻井施工作业过程中以及与此相关的义务活动中，可以提高石油企业的工作效率，加强企业的数据采集、分析、处理的能力，正朝着显示内容趋于全面化、智能化，数据管理更加高效的方向发展，在促进油田发展方面将发挥越来越大的作用。
参考文献
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计算机图形学关键技术范文5
关键词：小流域环境修复；水土保持；可视化信息管理
水土保持信息可视化的实现，可以使相关部门管理决策人员从繁杂的手工管理工作中脱离出来，借助计算机系统的辅助，实现空间信息的可视化，全面提高工作效率，增强工作的规范化、科学化水平。可视化目的就是借助计算机的计算能力与图形功能，用图形表达信息与性质特征，以此来减少人们在认知上所耗费的时间与努力。
一、小流域环境修复与水土保持
小流域环境修复指的就是利用外界作用力，让环境某一受损对象的部分或者全部恢复到原始状态[1]。水土保持指的就是利用耕作、生物、工程等措施，增加地面植被覆盖面积，增强土壤抗侵蚀能力，避免水土流失，保护水土资源，维持与提高土壤生产力的一种活动[2]。
为了保证风沙区、山区水土流失现象的有效防治，保护、改良和合理利用水土资源，在落实水土保持治理措施的时候，必须遵循以下原则[3]：一是，强调地表径流的调节，尽可能增强土壤透水性与持水能力，在斜坡上建设拦蓄径流，或者利用植被调节安全排导的小地形，分散与吸收径流，降低径流侵蚀力。二是，增强土壤抗侵蚀能力，利用整地、种植根系固土作用强的植物、增施有机肥等措施，达到相应的效果。三是，增强植被防护作用，建设水土保持林，有效调节侵蚀、径流作用。四是，利用综合治理措施对水土流失予以防治，其措施主要有水土保持林草措施、水土保持农业措施、水土保持工程措施。五是，在已经受到侵蚀的土壤上采取水土流失防治措施的时候，一定要以土壤特性改良、土壤肥力提高等为辅助，这样才可以达到预期的防治效果。六是，因地制宜，对不同水土流失类型制定不同的治理方案。在确定治理方案之后，对方案实施效果予以评估，预测水土保持措施对成土的作用，以及所受自然环境因素的影响。
二、小流域环境修复与水土保持可视化信息管理
（一）项目概况
某河流域总面积654.0平方千米，一共可以划分成13条小流域。其水土流失总面积为592.8平方千米，占整个流域面积的90.6%。侵蚀类型主要以水力侵蚀为主，侵蚀形态包括沟侵蚀、面侵蚀，主要以面侵蚀为主，局部区域伴有重力侵蚀，根据有关调查测算，其面侵蚀占有水土流失总面积的90.5%，沟侵蚀占有9.5%。针对侵蚀强度而言，中度以下侵蚀面积占总面积的74.2%，强度侵蚀面积占总面积的18.2%，极强度侵蚀面积占总面积的7.6%。
（二）可视化信息管理
可视化主要就是借助计算机系统的图形学与图像处理技术，将数据转变为图形或者图像，显示在屏幕上，并且展开交互处理的一种理论、技术与方法[4]。其涉及内容主要有计算机图形学、计算机辅助设计、计算机视觉、图像处理技术等多个方面，成为了表达研究数据、处理数据、分析决策的一项综合技术[5]。
1.数据来源与采集
数据是整个体系运作的基础，数据采集主要涉及原始资料数据的整理、地形图数字化等。数据来源主要包括：一是，地形图数据。将1：10000的纸质地形图数字化，借助电子地形图予以流域地形情况的表达。二是，流域水土保持措施布置图。主要就是对整个项目水土保持分布、规划的概述，涉及了流域措施种类、实施年份、数量等信息。三是，流域水土保持措施信息来源。主要就是对竣工图纸信息的整理、分类、编辑、储存。
2.数据组织
针对图形数据组织结构而言，图形数据主要是以点、线、面的文件形式予以单独存放，将流域内原有水土保持措施、地物等，根据其特征予以分类，之后以图形的形式进行储存。其图形数据组织结构图见图1所示。
图1 图形数据组织结构图
3.数据分析
首先，植被存活率分析。植被存活率信息分析主要在项目后期管理中实施，通过分析，对流域植被存活状况、修补、增补等进行了解，得到可靠数据，为水土保持管理部门管理工作的开展提供参考依据。在此流域中，共种草3963.3hm2，乔木林1989.9hm2，灌木林10482.8hm2，经济林3852.9hm2。在计算存活率的时候，其计算方法为：
I=A存/A植
式中，I为植被存活率，A存为植被存活面积，A植为植被种植面积。
其次，工程措施信息分析。工程措施信息分析主要就是对已经建成工程措施特征信息的分析、汇总与利用情况的描述。工程措施信息主要包括：骨干坝；淤地坝；梯田、沟头、鱼鳞坑防护；谷坊；水窖、涝池。在工程措施信息分析中，加强对各种信息数量的统计与记录，为河流环境修复与水土保持措施的落实提供参考依据。
4.信息输出
在输出信息的时候，主要就是以电脑浏览、查询、打印设备的方式予以输出，在此流域环境修复与水土保持的可视化信息管理系统中，主要具备图形、数据浏览功能与图形打印、报表打印功能。图形打印主要有局部图形输出和全图输出。报表打印主要有项目汇总表、分区汇总表、植被存活率分析表、小流域汇总表、工程措施信息分析表等。
结束语：
综上所述，在小流域环境修复与水土保持中，通过可视化信息管理体系的运用，可以全面提高水土保持管理的科学化与高效化，为水土保持工程建设提供了有效手段；同时，也为地方政府的宏观调控与水土保持政策制定提供了科学、合理的依据。在小流域环境修复与水土保持中应用可视化信息管理，不仅可以降低人工查找、检索等工作的劳动强度，还可以提高工作人员工作的积极性，为防治工作的全面落实奠定了坚实的基础。
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计算机图形学关键技术范文6
关键词:虚拟现实(vr);虚拟环境人机交互
一、引言
在信息技术发展的今天,人们的交流越来越多的依靠网络、广播、电视等媒体得到相关的信息资料,但是这些媒体提供的信息往往是经过抽象的,在很大程度上人们不能及时有效的进行理解吸收,解决这一问题人们只能借助于实物模型,但随着计算机技术的迅猛发展,使得人与计算机的交互成为可能,虚拟现实(vr)技术就是借助于这个基础上实现了人机交互,操作者可以通过键盘、鼠标、头盔、数据手套等工具与计算机间的交互,真正成为虚拟环境中的一员,较真实的感知和操作虚拟世界中的各种对象,达到理解和掌握知识、为生产生活服务的目的。
二、虚拟现实技术简介
虚拟现实(简称vr),又称灵境技术, 是以浸没感、交互性和构想为基本特征的计算机高级人机界面,是迅速发展的一项综合性计算机、图形交互技术。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性,而且能够突破空间、时间以及其他客观限制,感受到在真实世界中无法亲身经历的体验。
计算机技术的迅速发展为我们提供了许多解决问题的新方法。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此,目前虚拟现实系统的研究现状主要涉及到三个研究领域:依靠计算机图形方式建立实时的三维视觉效果、构建对虚拟世界的观察界面和使用虚拟现实技术加强其在现实世界中的应用。
三、虚拟现实技术特征及其系统的关键技术
从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段、最大限度地方便用户的操作,从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。因此虚拟现实技术具有以下四个重要特征。
（一）多感知性
所谓多感知性就是指导包括视觉感知外, 还包括听觉、力觉、触觉和运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。
（二）存在感
又称临场感,它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。
（三）交互性
它是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。我们借助与我们8的感觉器官,在虚拟的环境中体验真实的环境。
（四）自主性
是指虚拟环境中物体依据物理定律进行动作的程度。虚拟现实系统的关键技术主要由动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用系统开发工具和系统集成技术等五个方面组成。其中动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据, 并利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。而三维图形的生成技术关键是如何实现“实时”生成。立体显示和传感器技术是虚拟现实中实施交互能力的关键。
四、当今虚拟现实技术的应用领域
虚拟现实技术的应用前景十分广阔。目前在娱乐、教育及艺术领域的应用占据主流,其次是军事与航空、医学领域,机器人和商业领域都占有一定比例,另外在可视化计算、制造业等领域也有相当的比重。下面简要介绍其部分应用。
（一）娱乐、艺术与教育领域
丰富的感觉能力与3d显示环境使得vr 成为理想的视频游戏工具。如chicago(芝加哥) 开放了关于3025 年的一场未来战争的世界上第一台大型可供多人使用的vr娱乐系统;1992年的一台称为“legealqust”的系统由于增加了人工智能功能,使计算机具备了自学习功能,大大增强了趣味性及难度,使该系统获该年度vr 产品奖。
作为传输显示信息的媒体,vr所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术转化为动态的,可以使观赏者更好地欣赏作者的思想艺术,提高了艺术表现能力。
（二）军事与航天工业领域
模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题,这为vr提供了广阔的应用前景。美国国防部高级研究计划局darpa自80年代起一直致力于研究称为sim net的虚拟战场系统,以提供坦克协同训练,该系统可联结200多台模拟器。另外利用vr技术,可模拟零重力环境,以代替现在非标准的水下训练宇航员的方法。
（三） 医学领域
vr在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,借助于跟踪球、hmd、感觉手套,学员们可以很容易了解人体内部各器官结构,这比现有的采用教科书的方式要有效得多。
pieper及satara等研究者在90年代初基于两个sgi工作站建立了一个虚拟外科手术训练器,用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯,虚拟的外科工具(如手术刀、注射器、手术钳等),虚拟的人体模型与器官等。借助于hmd及感觉手套,使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。
另外,在远距离遥控外科手术,复杂手术的计划安排,手术过程的信息指导,手术后果预测及改善残疾人生恬状况,乃至新型药物的研制等方面,vr技术都有十分重要的意义。
（四）管理工程领域
vr 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性。如设计一新型建筑物时,可以在建筑物动工之前用vr技术显示一下;当财政发生危机时,可以帮助分析大量的股票、债券等方面的数据以寻找对策等等。
以上仅列出虚拟现实的部分应用前景,可以预见,在不久的将来,虚拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯, 并将深入到人们的日常工作与生活。
五、虚拟现实技术的进一步展望
虚拟现实从其萌芽到今天的日渐成熟已经走过了相当长的一段风雨历程。目前它的研究内容涉及到多项学科领域。我们同时也认识到,这个领域的技术具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
