实时渲染技术对增强虚拟环境沉浸性研究

论文摘要

实时三维虚拟环境在网络、游戏、交互式媒介等各个数字娱乐领域被广泛应用。沉浸性是虚拟环境的重要特性,沉浸性保证了用户将注意力持续融入到当前的视觉画面中。实时渲染作为构建虚拟环境的关键技术,负担了大部分可视化内容。因此,如何利用实时渲染技术增强虚拟环境沉浸性是本文研究的重点。本文对增强沉浸性的研究主要由两部分组成:方法与意义。方法是基础,主要包括如何利用视觉经验增强沉浸性以及其技术实现等;意义是拓展,包括沉浸性增强后所带来的审美体验、艺术性等。首先,本文介绍了如何利用可编程图形处理器对光照、着色、纹理和阴影等各个方面进行控制,并按照我们的意图实现各种各样的效果。然后对虚拟环境与电影的沉浸性进行比较研究,通过分析它们在视觉沉浸、行为沉浸和心理沉浸上的特征性,对比了这两种媒介在沉浸特征上的区别与联系。基于对这两个方面的认识,本文探讨了技术应用的角度。接下来,本文利用人在现实生活、电影中积累的视觉经验,应用实时渲染技术以真实感和电影化的表现方式增强用户在虚拟环境中的空间感、色彩感以及视觉的习惯性反应,进而增强虚拟环境的沉浸性,并探讨了这些方法所产生的审美意义。最后,本文对能有效增强虚拟环境沉浸性的特效进行了研究,探讨了如何利用非均匀介质雾化效果增强空气透视作用、利用基于纹理的辉光效果增强光线真实感和利用可变焦距的景深效果增强空间层次感,以达到增强虚拟环境沉浸性的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 虚拟环境与实时渲染技术
• 1.1.2 沉浸与虚拟环境的沉浸性
• 1.1.3 虚拟环境沉浸性增强方法中的技术难题
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容与框架
• 第2章 实时渲染关键技术与虚拟环境沉浸特征分析
• 2.1 实时渲染关键技术分析
• 2.1.1 视觉效果的渲染
• 2.1.2 可编程图形处理器
• 2.2 虚拟环境沉浸特征分析
• 2.2.1 视觉沉浸特征
• 2.2.2 行为沉浸特征
• 2.2.3 心理沉浸特征
• 2.3 技术应用角度分析
• 2.3.1 以作者为中心
• 2.3.2 以用户为中心
• 2.4 本章小结
• 第3章 虚拟环境沉浸性的增强方法与技术研究
• 3.1 增强虚拟环境的空间感
• 3.1.1 空间对沉浸感的影响
• 3.1.2 利用视觉经验增强空间感
• 3.1.3 增强空间感的审美意义
• 3.2 增强虚拟环境的色彩感
• 3.2.1 色彩对沉浸感的影响
• 3.2.2 利用视觉经验增强色彩感
• 3.2.3 增强色彩感的审美意义
• 3.3 增强用户在虚拟环境中的视觉习惯
• 3.3.1 视觉习惯对沉浸感的影响
• 3.3.2 利用视觉经验增强视觉习惯
• 3.3.3 增强视觉习惯的审美意义
• 3.4 本章小结
• 第4章 有效增强虚拟环境沉浸性的特效研究
• 4.1 利用雾化增强空气透视效果
• 4.1.1 空气透视
• 4.1.2 非均匀介质雾化模拟
• 4.2 利用实时辉光增强光线真实感
• 4.2.1 亮度暗示
• 4.2.2 基于纹理的辉光模拟
• 4.3 利用实时景深增强空间层次感
• 4.3.1 空间层次
• 4.3.2 可变焦距的景深模拟
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢