1）真实感绘制技术

真实感绘制是指在计算机中重现真实世界场景的过程。真实感绘制的主要任务是要模拟真实物体的物理属性，即物体的形状、光学性质、表面的纹理和粗糙程度，以及物体间的相对位置、遮挡关系等等。

实时绘制是指当用户视点发生变化时，所看到的场景需要及时更新，这就要保证图形显示更新的速度必须跟上视点的改变速度，否则就会产生迟滞现象，一般来说要消除迟滞现象，计算机每秒钟必须生成10～20帧图像，当场景很简单时，例如仅仅有几百个多边形，要实现实时显示并不困难，但是为了得到逼真的显示效果，场景中往往有上万个多边形，有时多达几百万个多边形。此外，系统往往还要对场景进行光照明处理、反混淆处理及纹理处理等，这就对实时显示提出了很高的要求。

与传统的真实感图形绘制有所不同，传统的真实感图形绘制的算法追求的是图形的高质量与真实感，对每帧画面的绘制速度并没有严格的限制。而在虚拟现实系统中的实时三维绘制要

求图形实时生成，可用限时计算基数来实现，同时由于在虚拟环境中所涉及的场景常包含着数十万甚至上百万个多边形，虚拟现实系统对传统的绘制技术提出严峻的挑战。就目前计算机图形学水平而言，只要有足够的计算时间，就能生成准确得像照片一样的计算机图像。但虚拟现实系统要求的是实时图形生成，由于时间的限制，使人们不得不降低虚拟环境的几何复杂度和图像质量，或采用其他技术来提高虚拟环境的逼真程度。

为了提高现实的逼真度，加强真实性，常采用下列方法。

（1）纹理映射。纹理映射是将纹理图像贴在简单物体的几何表面，以近似描述物体表面的纹理细节，加强真实性。贴上图像实际上是个映射过程。映射过程应按表面深度，调节图像大小，得到正确透视。用户可在不同的位置和角度来观察这些物体，在不同的视点和视线方向上，物体表面的绘制过程实际上是纹理图像在取景变换后的简单物体几何上重投影变形的过程。

纹理映射是一种简单有效改善真实性的措施。它以有限的计算量，大大改善现实逼真性。实际上，它用二维的平面图像代替三维模型的局部。

（2）环境映射。在纹理映射的基础上出现了环境映射的方法，它是采用纹理图像来表示物体表面的镜面反射和规则透视效果。具体来说，一个点的环境映照可通过取这个点为视点，将周围场景的投影变形到一个中间面上来得到的，中间面可取球面、立方体、圆柱体等。这样，当通过此点沿任何方向视线方向观察场景时，环境映照都可以提供场景的完全、准确的视图。

（3）反走样。绘图中的一个问题是走样，它会造成显示图形的失真。

由于计算机图形的像素特性，所以显示的图形是点的矩阵。若像素达到500k，则人眼不会感到不连续性。但有些图形中会出现假象，特别是对于接近水平或垂直的高对比的边，它会显示成锯齿状。若在图形中显示小的特征或三角形的边，就会有问题。小的特征可能小于显示分辨率，造成显示近似性。此外，纹理映射中包含细节，这会造成纹理状，使人感到纹理在运动。这些情况称之为走样。

反走样算法试图防止这些假象。反走样的实质是提高像素的密度。在图形绘制中，光照和表面属性是很难模拟的。为了模拟光照，已有各种各样的光照模型。从简单到复杂排列分别是：简单光照模型、局部光照模型和整体光照模型。从绘制方法上看，有模拟光的实际传播过程的光线跟踪法，也有模拟能量交换的辐射度方法。除了在计算机中实现逼真物理模型外，真实感绘制技术的另一个研究重点是加速算法，力求能在比较短的时间内绘制出比较真实的场景。

2）基于几何图形的实时绘制技术

实时三维图形绘制技术指利用计算机为用户提供一个能从任意视点及方向实时观察三维场景的手段，它要求当用户的视点改变时，图形显示速度也必须跟上视点的改变速度，否则就会产生迟滞现象。

3）基于图像的实时绘制技术

基于几何模型的实时动态显示技术其优点主要是观察点和观察方向可以随意改变，不受限制。但是，同时也存在一些问题，如三维建模费时费力、工程量大，对计算机硬件有需要较高的要求，漫游时在每个观察点及视角实时生成时数据量较大。因此，今年来很多学者正在研究直接用图像来实现复杂环境的实时动态显示。

实时的真实感绘制已经成为当前真实感绘制的研究热点，而当前真实感图形实时绘制的其中一个热点问题就是基于图像的绘制（IBR）。IBR 完全摒弃传统的先建模、后确定光源的绘制方法，它直接从一系列已知的图像中生成未知视角的图像。这种方法省去了建立场景的几何模型和光照模型的过程，也不用进行如光线跟踪等费时的计算。该方法尤其适用于野外极其复杂场景的生成和漫游。

基于图像的绘制技术是基于一些预先生成的场景画面，对接近于视点或视线方向的画面进行变换、插值与变形，从而快速得到当前视点处的场景画面。

与基于几何的传统绘制技术相比，基于图像的实时绘制技术的优势在于以下3方面。

·计算量适中，采用IBR方法所需的计算量相对较小，对计算机的资源要求不高，因此，可以在普通工作站和个人计算机上实现复杂场景的实时显示，适合个人计算机上的虚拟现实应用。

·作为已知的源图像既可以是计算机生成的，也可以是用相机从真实环境中捕获，甚至是两者混合生成，因此可以反映更加丰富的明暗、颜色、纹理等信息。

·图形绘制技术与所绘制的场景复杂性无关，交互显示的开销仅与所要生成画面的分辨率有关，因此IBR能用于表现非常复杂的场景。

目前，基于图像的绘制的相关技术主要有以下两种。

（1）全景技术。全景技术是指在一个场景中的选择一个观察点，用相机或摄像机每旋转一个角度拍摄得到一组照片，再采用各种工具软件拼接成一个全景图像，它所形成的数据较小，对计算机要求低，适用于桌面型虚拟现实系统中，建模速度快，但一般一个场景只有一个观察点，因此交互性较差。

（2）图像的插值及视图变换技术。研究人员研究相据在不同观察点所拍摄的图像，交互地给出或自动得到相邻两个图像之间对应点，采用插值或视图变换的方法求出对应于其他点的图像，生成新的视图，根据这个原理可实现多点漫游。

注：本文出自《多媒体应用设计师教程》，清华大学出版社出版，李振华主编。我在这里分享是因为它深深触动了我，并希望更多人能够受益于它的智慧和启发。请尊重原创者的知识产权并前往原文阅读完整内容。