虚拟现实系统的虚拟场景显示方法技术方案

本发明专利技术提出的虚拟现实系统的虚拟场景显示方法，属于立体显示技术领域，在虚拟现实系统中，虚拟场景的显示对于用户来说是非常重要的，只有屏幕中显示的虚拟场景符合真实的自然规律，才能使用户真正体验到真实的感觉。模型的显示需要经过几个变换过程，这些变换过程主要用于将三维模型从一个坐标系转换到另一个坐标系。根据DirectX11的显示过程，三维模型主要需要经过世界变换、视图变换、投影变换和是视口变换，其坐标系的转换经过本地坐标系、世界坐标系、视图坐标系、投影坐标系和视口坐标系。

【技术实现步骤摘要】
虚拟现实系统的虚拟场景显示方法
本专利技术属于立体显示
，尤其是虚拟现实系统的虚拟场景显示方法。
技术介绍
目前，随着计算机图形图像处理技术的快速发展，由于三维虚拟场景可以将平面场景图片以形象、生动的再现现实场景，给人们带来很好的视觉效果、以及视觉体验，从而对三维可视化技术的需求呈现明显的增长趋势，因而，如何创建出所需的三维场景得到越来越广泛的关注与研究，并且已在各种行业得到广泛的应用。当前，相关技术中创建三维虚拟场景的过程主要是用户使用专门的三维建模软件来创作三维场景，例如，3Dmax三维建模软件，在实现本专利技术的过程中，申请人发现相关技术中至少存在以下问题：由于需要使用专门的三维建模软件来制作三维场景，对制作者的专业性要求高；且首先需要制作者绘制平面图像，制作流程复杂、效率低，只有专业的三维场景制作者才能制作出所需三维场景，即相关技术中的创建三维虚拟场景的方式比较复杂、难度大、效率低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种虚拟现实系统的虚拟场景显示方法，以解决上述问题。本专利技术具体采用如下技术方案实现：步骤1、模型读取：DirectX11要渲染出逼真复杂的图像，需要前期使用三维建模软件建立好三维模型，然后把有关模型的信息读取到系统中，主要信息包括模型的顶点坐标，顶点引和纹理；步骤2、世界变换：三维模型读入系统以后，其各个顶点的坐标值为本地坐标系中的值，也就是局部坐标系中的数值，若想模型能够在虚拟空间中正确的显示，需要将模型各顶点的坐标系通过一定的计算变换到世界坐标系中；步骤3、视图变换：由于虚拟环境中各个物体和摄像机的位置都是相对于世界坐标系而言的，而最终用户观看到的物体是与摄像机的位置相关的，这就需要把物体转换到以摄像机为原点的一个坐标系中，该坐标系即为视图坐标系，其Z轴方向为朝向屏幕里面的方向；步骤4、背面剔除：在观看一个物体时，其背面是看不到的，在虚拟环境中的每个多边形也是分为正反两个面的，若对多边形的背面不进行渲染，会极大的提高系统的渲染效率，在DirectX11中通过不渲染多边形背面的方法来提高渲染速度的；步骤5、光照处理：虚拟环境与现实环境一样，若没有光照，是看不到任何物体的，所以需要在虚拟环境中添加各种光源，使得虚拟环境的渲染效果更加真实，一般情况下能够添加的光源主要有：点光源、平行光和聚光灯；步骤6、裁剪：由于摄像机的视角是有一定范围的，超出视角范围的物体用户是看不到的，所以根据摄像机的视角情况，将虚拟场景中超出视角范围的区域裁剪掉；步骤7、投影变换：将视棱锥变换为一个立方体，视棱锥的近端小远端大，转换为立方体以后，其近端相对于远端被放大，便会产生近大远小的感觉，符合在真实环境中人们观察物体的感觉；步骤8、视口变换：把虚拟物体的坐标系变换到显示器坐标系中，把虚拟环境中的图像最终渲染到用户的显示器中去；步骤9、光栅化处理：光栅化处理的过程是确定图像中的像素及其颜色的过程，使用图形硬件来完成；步骤10、屏幕输出：把之前处理好的虚拟场景的图像显示到用户显示器中。图1是本专利技术的虚拟场景显示方法流程图；图2是世界坐标系示意图；图3是投影变换示意图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。在虚拟现实系统中，虚拟场景的显示对于用户来说是非常重要的，只有屏幕中显示的虚拟场景符合真实的自然规律，才能使用户真正体验到真实的感觉。本实施例提供的虚拟现实系统的虚拟场景显示方法，使用微软公司创建的多媒体编程接口DirectX11作为图形渲染引擎，从读取三维模型数据到把该模型显示到屏幕上需要的流程如图1所示。模型的显示需要经过几个变换过程，这些变换过程主要用于将三维模型从一个坐标系转换到另一个坐标系。根据DirectX11的显示过程，三维模型主要需要经过世界变换、视图变换、投影变换和是视口变换，其坐标系的转换经过本地坐标系、世界坐标系、视图坐标系、投影坐标系和视口坐标系。具体流程如下：步骤1、模型读取：DirectX11要渲染出逼真复杂的图像，需要前期使用三维建模软件建立好三维模型，然后把有关模型的信息读取到系统中，主要信息包括模型的顶点坐标，顶点引和纹理；步骤2、世界变换：三维模型读入系统以后，其各个顶点的坐标值为本地坐标系中的值，也就是局部坐标系中的数值，若想模型能够在虚拟空间中正确的显示，需要将模型各顶点的坐标系通过一定的计算变换到世界坐标系中，世界坐标系是虚拟环境中所有物体公用的坐标系，如图2所示，这一变换过程为世界变换；步骤3、视图变换：由于虚拟环境中各个物体和摄像机的位置都是相对于世界坐标系而言的，而最终用户观看到的物体是与摄像机的位置相关的，这就需要把物体转换到以摄像机为原点的一个坐标系中，该坐标系即为视图坐标系，它的Z轴方向为朝向屏幕里面的方向，这一坐标变换过程称为视图变换；步骤4、背面剔除：一般情况下在观看一个物体时，它的背面是看不到的，在虚拟环境中的每个多边形也是分为正反两个面的，若对多边形的背面不进行渲染，会极大的提高系统的渲染效率，在DirectX11中就是通过不渲染多边形背面的方法来提高渲染速度的，这一过程称为背面剔除；步骤5、光照处理：虚拟环境与现实环境一样，若没有光照，是看不到任何物体的，所以需要在虚拟环境中添加各种光源，使得虚拟环境的渲染效果更加真实，一般情况下能够添加的光源主要有：点光源、平行光和聚光灯；步骤6、裁剪：由于摄像机的视角是有一定范围的，超出视角范围的物体用户是看不到的，所以根据摄像机的视角情况，将虚拟场景中超出视角范围的区域裁剪掉，可以提升系统计算速度，这一过程称为裁剪；步骤7、投影变换：由于最终虚拟环境的图像是显示在二维屏幕中，这就需要一个将场景的三维图像转换成二维图像的过程，也就是投影变换的过程，投影变换的方法有很多，典型的方法为透视投影，虚拟场景中摄像机的视域可以被认为是一个视棱锥，投影变换的过程就是将该视棱锥变换为一个立方体的过程，因为视棱锥的近端小远端大，转换为立方体以后，其近端相对于远端被放大，便会产生近大远小的感觉，符合在真实环境中人们观察物体的感觉，如图3所示；步骤8、视口变换：为了把虚拟环境中的图像最终渲染到用户的显示器中去，需要把虚拟物体的坐标系变换到显示器坐标系中，这一过程称为视口变换；步骤9、光栅化处理：光栅化处理的过程是确定图像中的像素及其颜色的过程，由于其计算量非常巨大，一般情况下使用图形硬件来完成；步骤10、屏幕输出：这是虚拟场景显示的最后一个过程也是虚拟场景显示的最终目的，即把之前处理好的虚拟场景的图像显示到用户显示器中。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本专利技术，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本专利技术的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本专利技术做出各种变化，均为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟现实系统的虚拟场景显示方法，其特征在于，具体的算法步骤如下：步骤1、模型读取：DirectX11要渲染出逼真复杂的图像，需要前期使用三维建模软件建立好三维模型，然后把有关模型的信息读取到系统中，主要信息包括模型的顶点坐标，顶点引和纹理；步骤2、世界变换：三维模型读入系统以后，其各个顶点的坐标值为本地坐标系中的值，也就是局部坐标系中的数值，若想模型能够在虚拟空间中正确的显示，需要将模型各顶点的坐标系通过一定的计算变换到世界坐标系中；步骤3、视图变换：由于虚拟环境中各个物体和摄像机的位置都是相对于世界坐标系而言的，而最终用户观看到的物体是与摄像机的位置相关的，这就需要把物体转换到以摄像机为原点的一个坐标系中，该坐标系即为视图坐标系，其Z轴方向为朝向屏幕里面的方向；步骤4、背面剔除：在观看一个物体时，其背面是看不到的，在虚拟环境中的每个多边形也是分为正反两个面的，若对多边形的背面不进行渲染，会极大的提高系统的渲染效率，在DirectX11中通过不渲染多边形背面的方法来提高渲染速度的；步骤5、光照处理：虚拟环境与现实环境一样，若没有光照，是看不到任何物体的，所以需要在虚拟环境中添加各种光源，使得虚拟环境的渲染效果更加真实，一般情况下能够添加的光源主要有：点光源、平行光和聚光灯；步骤6、裁剪：由于摄像机的视角是有一定范围的，超出视角范围的物体用户是看不到的，所以根据摄像机的视角情况，将虚拟场景中超出视角范围的区域裁剪掉；步骤7、投影变换：将视棱锥变换为一个立方体，视棱锥的近端小远端大，转换为立方体以后，其近端相对于远端被放大，便会产生近大远小的感觉，符合在真实环境中人们观察物体的感觉；步骤8、视口变换：把虚拟物体的坐标系变换到显示器坐标系中，把虚拟环境中的图像最终渲染到用户的显示器中去；步骤9、光栅化处理：光栅化处理的过程是确定图像中的像素及其颜色的过程，使用图形硬件来完成；步骤10、屏幕输出：把之前处理好的虚拟场景的图像显示到用户显示器中。...

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实系统的虚拟场景显示方法，其特征在于，具体的算法步骤如下：步骤1、模型读取：DirectX11要渲染出逼真复杂的图像，需要前期使用三维建模软件建立好三维模型，然后把有关模型的信息读取到系统中，主要信息包括模型的顶点坐标，顶点引和纹理；步骤2、世界变换：三维模型读入系统以后，其各个顶点的坐标值为本地坐标系中的值，也就是局部坐标系中的数值，若想模型能够在虚拟空间中正确的显示，需要将模型各顶点的坐标系通过一定的计算变换到世界坐标系中；步骤3、视图变换：由于虚拟环境中各个物体和摄像机的位置都是相对于世界坐标系而言的，而最终用户观看到的物体是与摄像机的位置相关的，这就需要把物体转换到以摄像机为原点的一个坐标系中，该坐标系即为视图坐标系，其Z轴方向为朝向屏幕里面的方向；步骤4、背面剔除：在观看一个物体时，其背面是看不到的，在虚拟环境中的每个多边形也是分为正反两个面的，若对多边形的背面不进行渲染，会极大的提高系统的渲染效率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海盟云移软网络科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31