第一章:绪论
虚拟现实技术1.1.1虚拟现实的概念虚拟现实(VirtualReality)技术，是一项涉及计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能、计算机网络、并行处理技术和多传感器技术等领域的综合集成技术，最早在20世纪中期由美国VPL探索公司和它的创始人JaronLanier提出[‘]。虚拟现实技术旨在用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、嗅觉等各种感觉，使用户通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互操作，实现用户与环境的自然交互，给用户一种沉浸于虚拟环境的感觉，并可实时地操纵环境中的物体运动，在虚拟环境中漫步环顾。虚拟现实技术分为虚拟实景技术(如虚拟故宫博物馆)与虚拟虚景技术(如虚拟设计的波音777飞机、虚拟即将投入建设的工业园区等)两大类。虚拟现实技术的三个基本特征是:沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)和构想性(Imagination)，简称3I特性。沉浸感，是指计算机生成的虚拟世界能给人一种身临其境的感觉，如同进入了一个真实的客观世界;交互性，是指人能够很自然地跟虚拟世界中的对象进行交互操作或交流;构想性，是指虚拟环境可以使人沉浸其中，并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而深化概念并萌发新意。
1.1.2虚拟现实技术的研究现状及应用虚拟现实技术于20世纪50年代起源于美国，90年代得到迅速的发展，它所提供的多维信息空间有望为仿真和建模研究提供一个崭新的环境，同时也为人机交互和仿真系统的发展开辟了新的领域[[2]。虚拟现实技术在不同领域的应用，给人类带来了巨大的经济效益，发达国家如美、日、英、法、德等国政府都设立基金来资助虚拟现实技术及其应用系统的研究与开发，我国的863计划也将该技术作为关键技术展开研究。虚拟现实技术现已在军事、医疗、娱乐、制造业、教育、航天、通信和机器人等领域得到广泛的应用，同时在视觉通道、非视觉设备、高速网络、人的感知模型、VR软件、工程及医学等方面的研究也取得了巨大的进展。目前，美国在虚拟现实领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件方面。美国宇航局NASA己经建立了航空、卫星维护VR训练系统、空间站VR训练系统，以及可供全国使用的VR教育系统[[3]。北卡罗来纳大学(uNC)是最早进行VR研究的大学，主要进行分子建模、航空驾驶、外科手术仿真及建筑仿真方面的研究。LomaIAnda大学医学中心研究小组成功地将计算机图形及VR设备应用于神经疾病相关的研究，首创了VR儿科治疗法。
华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室(HITLab)，将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域[[4,5)。从90年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方面:虚拟战场环境、单兵模拟训练、诸军兵种联合演习和指挥员训练。英国在分布并行处理、辅助设备(包括触觉反馈)设计和应用研究等VR开发方面处于领先地位，主要有四个著名的VR技术研究中心，分别是:国际VR界著名的开发机构Windustries,BritishAerospace、桌面VR先驱DimensionInternational和DivisonLTD[6)o日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究，在虚拟现实三维游戏方面的研究也处于领先地位[f})。京都的先进电子通信研究所((ATR)致力于开发用图像处理来识别手势和面部表情的系统;富士通实验室有限公司在虚拟生物与VR环境的相互作用方面进行了深入研究，并开发了一套神经网络姿势识别系统，用来实现虚拟现实中的手势识别，该系统可以识别姿势，也可以识别表示词的信号语言。
日本奈良尖端技术研究生院教授千原国宏领导的研究小组于2004年开发出一种嗅觉模拟器，把虚拟空间里的水果放到鼻尖上闻，装置就会在鼻尖处放出水果的香味，这是虚拟现实技术在嗅觉研究领域的一项重大突破[[8)02009年3月25日，在第八届东京秋冬时装周上，日本研发的仿真“美女”机器人HRP-4C闪亮亮相，并向时装界人士鞠躬致意，HPR-4C是一个“黑发美女”，它的体内装有30个发动机，能够帮助它行走和移动手臂，面部的8个发动机则赋予它喜怒哀乐等表情，头部的计算机可识别人类语音，根据语音识别结果做出响应动作。与一些发达国家相比，我国VR技术起步比较晚，但目前已经受到政府有关部门和科学研究领域人士、以及各级企业的高度重视。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目，国内许多重点院校，都积极投入到了虚拟现实领域的研究，许多高新技术企业也相继加入了相关领域产品的开发研究队列中。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一，建立了分布式虚拟现实应用系统开发与运行支撑环境DVENET，可以全过程、全周期支持虚拟现实应用系统的开发，并稳定、可靠地支持较大规模跨路由分布交互仿真和分布式虚拟现实应用系统的运行，目前主要致力于虚拟现实中的建模理论和方法、增强现实与人机交互机制、分布式虚拟现实方法与技术、虚拟现实的集成环境与工具等的研究[[9];浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，采用了层面叠加绘制技术和预消隐技术，实现了立体视觉，同时还提供了方便的交互工具，使整个系统的实时性和的真实感达到了较高水平;哈尔滨工业大学成功地虚拟了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成;清华大学计算机科学和技术系在虚拟现实和临场感方面进行了研究;西安交通大
参考文献
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[2]Belhadj Fares, Audibert Pierre. Modeling Landscapes with Ridges and Rivers[J]. Proceedingsof the ACM Symposium, Nov. 200s
[3]蒋庆全.国外VR技术发展综述[[J]. _}航导弹，2002(1): 27-34
[4]吴迪，黄文赛.虚拟现实技术的发展过程及研究现状[[J].海洋测绘，2002, 22(6): 1s-17
[5]陈定方，罗亚波.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社，2002.8
[6]姜学智，李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[[J].辽宁工程技术大学学报，2003(2):238-240
[7]北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室[[EB/OL]. http:vrlab.buaa.edu.cn国内外虚拟现实技术的发展及应用现状[[EB/OL]., 2008.12.03
[8]朱晓东，周明全，耿国华等.西北大学考古数字博物馆的设计与建立[[J].西北大学学报，2004,34(s): s22-s26
[9]朱晓东，周明全，耿国华.虚拟博物馆开发模式研究[[J].计算机应用与软件，2006, 22(6):34-35
[10]孟伟臻.基于视频的流水和火焰特效合成〔D].杭州:浙江大学，2006
[11]李付鹏基于有限差分法和有限体积法的水流动画模拟[D].安徽:安徽大学，2004
[12]陈利平，王国才.基于粒子系统的蜡烛火焰实时模拟[[J].计算机技术与发展，2006,16(s):186-188
摘要 4-6
ABSTRACT 6-7
第一章 绪论 14-24
1.1 虚拟现实技术 14-17
1.1.1 虚拟现实的概念 14
1.1.2 虚拟现实技术的研究现状及应用 14-16
1.1.3 自然景物动画模拟研究现状 16-17
1.2 虚拟现实建模语言VRML 17-21
1.2.1 VRML概述 18-19
1.2.2 VRML的工作方式 19-21
1.3 课题组历史背景介绍 21
1.4 本课题的主要研究内容 21-24
第二章 风中麦浪波动效果的实时模拟 24-32
2.1 引言 24
2.2 相关工作 24-25
2.3 小麦建模 25
2.4 风中麦浪波动模型 25-29
2.4.1 风场模型 26
2.4.2 单株小麦的动态模型 26-28
2.4.3 整片麦田随风波动模型 28-29
2.5 实现 29-31
2.5.1 场景优化 29-30
2.5.2 实现和应用 30-31
2.6 本章小结 31-32
第三章 风中树木摇曳动画效果模拟 32-42
3.1 引言 32
3.2 相关工作 32-33
3.3 树木建模 33-34
3.4 风中树木摇曳动态模型的建立 34-37
3.4.1 树枝的运动 34-35
3.4.2 树叶的运动 35-37
3.5 风中树木摇曳动画的实现 37-39
3.5.1 三维分形树动画实现 37-39
3.5.2 多边形树木动画实现 39
3.6 本章小结 39-42
第四章 基于粒子系统的喷泉模拟 42-52
4.1 引言 42
4.2 相关工作 42-43
4.3 粒子系统 43-45
4.3.1 粒子系统的基本原理 43
4.3.2 粒子系统的基本模型 43-44
4.3.3 改进的粒子系统模型 44-45
4.4 喷泉系统基本模型 45-48
4.4.1 喷泉粒子 45-46
4.4.2 水柱形成 46-47
4.4.3 喷泉体 47-48
4.5 实现 48-51
4.5.1 粒子属性 48-49
4.5.2 水柱 49-50
4.5.3 喷泉实现 50-51
4.6 本章小结 51-52
第五章 海浪的实时模拟 52-58
5.1 引言 52
5.2 相关工作 52-53
5.3 海浪模拟算法 53-55
5.3.1 几何造型法 53-54
5.3.2 物理模型法 54
5.3.3 Perlin噪声合成 54-55
5.4 海浪实时模拟的实现 55-57