虚拟环境下物体间交互关系研究

In a virtual environment, the relationship attributes is the base of 3D scene construction, simulation of the real world, and support of the higher dimensional media research. To solve the problem of lacking interactive reality in VR systems, this study focus on the expression, understanding and simulation of the interactive relationships between 3D models. Research on relationships between objects is the basis of 3D rapid construction. And research on physical relation property simulation is critical for the realistic rendering of the VR environment. This study breaks through the bottleneck of traditional processing 3D models individually for the existed 3D model database. ①This study will research on the virtual engineering theoretical framework of extrinsic property representation, intrinsic property mining, semantic representation, intelligent processing and model creating. ②This study will establish the technology systems of intelligent semantic relation mining, data-driven relation generating, physical simulation. ③This study will construct the supporting platforms of 3D scenes building, physical simulation and virtual matching for subcomponent of models. ④ This system propose an intelligent, automatizing and engineering 3D model design system, which will provide technical supports for industries demand.

虚拟环境下，模型的关系属性是其构成三维场景、模拟现实世界、支持高维媒体研究的基础。为解决目前虚拟现实系统缺乏交互真实感问题，本项目开展三维模型交互关系表达、理解、模拟的科学问题研究，提高虚拟现实系统物体之间以及与环境之间的拟真表现能力。物体间交互关系研究，是三维快速建模的前提；物体交互关系的物理属性模拟，决定其所在虚拟环境的真实感呈现。本研究基于自有海量模型库环境，①研究模型关系信息表示、内在属性发掘、语义表达、智能处理、场景生成的虚拟工程理论方法；②建立模型语义关系智能挖掘、模型与规则驱动的关系生成、模型互作用下几何关系属性模拟的技术体系；③构建基于研究成果的场景快速生成、模型破碎模拟、子部件虚拟拼接服务支撑平台；④形成支持几何关系精确化、场景生成自动化、属性模拟真实化的新方法。利用工程体系方法研究可视化、可感知、可交互的真实感场景建模，提供行业服务技术支撑，科学意义深远，应用前景广泛。

虚拟环境下的模型属性表达、理解、模拟、交互是模拟现实世界，构成三维场景、研究高维媒体的基础。为解决目前虚拟现实系统欠缺理解、交互模拟等问题，本项目开展三维模型交互关系表达、理解、模拟的科学问题研究，提高虚拟现实系统物体之间以及与环境之间的拟真表现能力。物体间属性关系的研究，是三维快速建模的前提；模型关系信息表示、内在属性发掘是模型理解的关键；破碎模型的拼接是虚拟模拟现实的体现。本项目在构建大型三维模型数据平台的基础上，从虚拟环境中三维模型的不同关系属性入手，研究不同粒度下关系属性的表达、理解与模拟，构建语义关系表达，形成三维模型关系的图数据网络，用于模型数据挖掘分析、模型结构重复集挖掘；构建场景生成的虚拟工程理论方法，研究了智能三维模型检索方法，支持三维模型快速查找，实现真实感场景场景构建的自动化，数据驱动的模型间规则的学习方法支持古建筑虚拟场景构建，基于草图的三维场景构建，赋予模型物理属性实现对现实世界的真实模拟，提出的风格迁移技术更丰富了虚拟表现；研究场景中的模型个体的破碎、拼接模拟，实现单个模型子部件的关系属性改变，提出基于热核签名特征的三维模型匹配算法，并研究压缩传感信号的恢复方法提升传输效率。成果支持几何关系精确化、场景生成自动化、属性模拟真实化的新方法。项目形成的虚拟环境下三维模型关系属性的三维场景快速构建、物体破碎模拟、虚拟拼接应用平台，应用在兵马俑故宫文物修复过程，支持文物破碎模拟、碎片拼接、古建场景快速生成范例。研究的可视化、可感知、可交互的真实感场景建模技术，提供行业服务技术支撑，提出三维模型与关系驱动设计方法，改变传统场景建模模式，实现设计普适化，成果超出项目计划。本研究作用于虚拟现实及运动控制等领域，为国内虚拟现实产业化提供理论支持与应用示范，应用前景广阔。