基于3D和Virtools技術(shù)的農(nóng)業(yè)視景仿真系統(tǒng)

1、基于3D和Virtools技術(shù)的農(nóng)業(yè)視景仿真系統(tǒng)摘要提出基于3D和Virtls技術(shù)的視景仿真系統(tǒng)的開發(fā)方法，以北京密云縣京承高速路二期都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走廊建立虛擬場景，實(shí)現(xiàn)了自動遨游、手動遨游、四季景觀、各種氣候效果、各種實(shí)體的動態(tài)效果，并根據(jù)道路做了詳細(xì)的碰撞檢測。同時(shí)根據(jù)視景仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)，在自動遨游和手動遨游過程中，以現(xiàn)有場景為根底，通過視頻、圖片、音樂對虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)做了補(bǔ)充。該系統(tǒng)具有真實(shí)性、交互性、簡單和易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞3D；Virtls；VirtlsSDK；視景仿真系統(tǒng)；碰撞檢測虛擬現(xiàn)實(shí)VR是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，用戶在此環(huán)境中利用設(shè)備與其進(jìn)展交互，產(chǎn)生身臨其境

2、的感覺。視景仿真是虛擬現(xiàn)實(shí)的根本表現(xiàn)形式，目前已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如：農(nóng)業(yè)景觀模擬、大型機(jī)械模擬、航天器模擬、地形地貌模擬、城市建筑模擬。農(nóng)業(yè)視景仿真系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的對外宣傳和招商引資中，能給許多不能親自參觀都市型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)走廊的人一種新的選擇和高度逼真的視覺體驗(yàn)。并且通過這種虛擬體驗(yàn)，促進(jìn)文化、經(jīng)濟(jì)交流，有利于招商引資，因此具有較高的實(shí)際價(jià)值。目前虛擬遨游系統(tǒng)也可以采用VRL技術(shù)1，因?yàn)閂RL技術(shù)支持在線仿問，動態(tài)更新等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于網(wǎng)絡(luò)的帶寬約束，不能支持像本系統(tǒng)這樣規(guī)模比擬大的系統(tǒng)，同時(shí)在效果方面，也不能做出這么多動態(tài)效果?；?D和Virtls技術(shù)2-5的遨游系統(tǒng)開發(fā)流程快，并且

3、仿真效果也非常好，具有更多交互形式等優(yōu)點(diǎn)。Virtls是一套整合軟件，可以將現(xiàn)有常用的檔案格式整合在一起，如3D模型、2D圖形或是音效等。Virtls不是3DEngine，Virtls是一套具備豐富的互動行為模塊的實(shí)時(shí)3D環(huán)境虛擬實(shí)境編輯軟件，可以制作出許多不同用處的3D產(chǎn)品，如因特網(wǎng)、計(jì)算機(jī)游戲、多媒體、建筑設(shè)計(jì)、交互式電視、教育訓(xùn)練、仿真與產(chǎn)品展示等。Virtls除了有編輯制作的界面外，也包含了SDK，可供程序設(shè)計(jì)人員開發(fā)新的功能、新的硬件驅(qū)動程序。Virtls的“互動行為模塊就像在堆積木一樣，可以利用DragrDrp拖放方式將互動行為模塊賦予在適當(dāng)?shù)膶ο蠡蚪巧?，以流程圖的方式?jīng)Q定行為模

4、塊的處理先后，逐漸編輯組合成一個(gè)完好的交互式虛擬世界。Virtls根本就擁有超過400個(gè)以上的互動模塊可供運(yùn)用，經(jīng)由編輯后的互動模塊群可以組合成一個(gè)新的單一互動模塊以方便重復(fù)使用、編輯，甚至可以交換或賣給需要的使用者。密云縣京承高速路二期都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走廊視景仿真系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上虛擬重構(gòu)出的三維景觀?；诰坝^的實(shí)景或規(guī)劃設(shè)想，系統(tǒng)首先繪制出景觀的三維地形圖；確定房屋、溫室、道路、水渠、農(nóng)田林地等的詳細(xì)位置；構(gòu)建農(nóng)林植物、房舍等的三維模型；生成景觀的三維場景；設(shè)置遨游道路，結(jié)合講解講解可將景觀逼真地展示出來，具有身臨其境的效果，在景觀的展示和宣傳等方面具有良好的應(yīng)用效果

5、。按照規(guī)劃方案，以高速路中心為軸線，沿途重點(diǎn)規(guī)劃的“一帶一河一園四區(qū)進(jìn)展外圍展示。詳細(xì)內(nèi)容包括：京承高速路二期密云段公路及兩旁主要景觀展示；外圍單獨(dú)展示：潮河生態(tài)公園、溫地公園、平頭高檔花卉展示區(qū)、新興村葡萄園、連花瓣村奧運(yùn)蔬菜及蘆筍種植基地、巨龍山莊景觀展示。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動遨游、手動遨游、視景特效、季節(jié)控制、時(shí)段控制、音樂控制、幫助模塊功能。為了表達(dá)虛擬性、交互性，增強(qiáng)臨場感、真實(shí)感，結(jié)合Virtls中有五個(gè)主要的元素：VirtlsLibrary：提供3D實(shí)時(shí)的互動行為，VirtlsDev的操作環(huán)境，VirtlsVieer：在這里是以eb形式發(fā)布的系統(tǒng)，VirtlsSDK：軟件開發(fā)包，可以通

6、過開發(fā)包6開發(fā)3D引擎或VirtlsLibrary3D引擎，由此設(shè)定了圖1所示的架構(gòu)方案：先由各類素材模型、圖片組建虛擬場景。然后由SDK開發(fā)的引擎，和已有的引擎對場景進(jìn)展渲染等操作。然后結(jié)合VirtlsLibrary，和由SDK開發(fā)的互動行為引擎和輸入設(shè)備進(jìn)展交互開發(fā)，最后通過輸出設(shè)備進(jìn)展eb輸出。5.1模型的建立根據(jù)密云縣京承高速路都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走廊的航拍圖和規(guī)劃方案構(gòu)建3D地形場景。根據(jù)數(shù)碼采集的相片，制作工業(yè)區(qū)、高速路等3D模型。根據(jù)數(shù)字化儀，先得到花卉、蘆筍等植物的模型，然后通過3DAX進(jìn)展模型優(yōu)化。并對某些模型參加了動作。生成模型后，運(yùn)用以下的方法，生成Virtls可載入的文件。如

7、圖2所示。5.2模型的布局及優(yōu)化在場景布局方面，嚴(yán)格按照航拍圖和規(guī)劃方案進(jìn)展布局。和農(nóng)學(xué)專業(yè)合作，確定各種農(nóng)業(yè)相關(guān)物品的大小和比例。同時(shí)通過以下策略實(shí)現(xiàn)載入的優(yōu)化：對于重復(fù)出現(xiàn)一樣實(shí)體使其共用紋理和材質(zhì)。紋理圖片進(jìn)展優(yōu)化，在保持效果的前提下，縮小紋理的大小，這樣可以在程序運(yùn)行的時(shí)候盡可能少的占用顯存。實(shí)現(xiàn)動態(tài)載入技術(shù)，即當(dāng)場景中需要什么實(shí)體包括模型、圖片、音樂、視頻時(shí)動態(tài)載入。在紋理渲染方向，材質(zhì)渲染選擇最近的渲染方式，可以減少占用顯存。在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有功能的前提下，對消息控制和流程控制進(jìn)展優(yōu)化。1)手動遨游SithnKey、Translate：在SithnKey通過設(shè)定參數(shù)、四個(gè)按鍵消息，當(dāng)按、時(shí)

8、，啟動流程，然后Translate實(shí)現(xiàn)四個(gè)方向的挪動，從而實(shí)現(xiàn)對人行走的控制添加bjetKeepnFlrV2、bjetSlider同時(shí)對物體增加碰撞屬性，和地板屬性，設(shè)定bjetKeepnFlrV2的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)行走時(shí)保持在地板上，通過bjetSlider的設(shè)置實(shí)現(xiàn)碰撞處理，防止穿過碰撞物。添加useaerarbit實(shí)現(xiàn)用鼠標(biāo)控制鏡頭。流程圖如圖3所示。圖3手動遨游功能2)自動遨游aitessage、SetAsAtiveaera、Delayer：首先由aitessage接收到消息啟動流程，通過SetAsAtiveaera設(shè)定當(dāng)前活動的攝像機(jī)，然后反復(fù)運(yùn)用時(shí)間函數(shù)Delayer實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的動態(tài)交換

9、。aitessage、LkAt、SetPsitin：也是先由消息啟動流程，然后通過LkAt實(shí)現(xiàn)參考系的跟隨功能，最后通過SetPsitin確定參考系的位置。aitessage、BezierPrgressin、Psitinnurve：也是先由消息啟運(yùn)流程，然后通過BezierPrgressin產(chǎn)生貝賽爾函數(shù)的漸漸變化。最后Psitinnurve實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)跟隨事先設(shè)定好的軌跡運(yùn)動。流程圖如圖4所示。圖4自動遨游功能3)季節(jié)控制SithnParaeter、SeturrentSlt、Sh、Hide：缺省為春天，然后可以通過SithnParaeter選擇參數(shù)，啟動其它季節(jié)的流程。Text、SithnPa

10、raeter、ParaeterSeletr、SeasnSundinit、Hide、areplayer、Identity：沒有設(shè)定默認(rèn)值，通過SithnParaeter、ParaeterSeletr參數(shù)對應(yīng)的選擇，啟動四種季節(jié)語音介紹，然后通過自己開發(fā)的SeasnSundinit選擇好語音，最后通過areplayer播放。流程圖如圖5所示。圖5季節(jié)控制功能4)視景特效在模型中加了動作以后，車的行駛、魚的游弋、鳥的飛翔、都可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻巧珜ο螅梢酝ㄟ^Psitinnurve實(shí)現(xiàn)其功能。麥浪、睡蓮、在做模型時(shí)做成一個(gè)平面的模型，然后通過TextureSine實(shí)現(xiàn)紋理的流動，通過PlayAniatin3

11、DEntity實(shí)現(xiàn)模型的動作。河水流動也可以通過紋理的動作來實(shí)現(xiàn)。用粒子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)噴泉、雨點(diǎn)等特效。利用Virtls三維開發(fā)工具，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了密云縣京承高速路二期都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走廊視景仿真系統(tǒng)，見圖6.該系統(tǒng)虛擬場景逼真，功能齊全。并且以網(wǎng)頁形式發(fā)布，用戶可以通過運(yùn)行程序，自動通過網(wǎng)絡(luò)安裝閱讀器插件閱讀，同進(jìn)支持，多視點(diǎn)、多場景的閱讀，并且交互才能強(qiáng)，讓用戶有身臨其境的感覺，宣傳效果極佳。圖6應(yīng)用實(shí)例隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開展，它在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。本文采用Virtls技術(shù)進(jìn)展開發(fā)，側(cè)重于農(nóng)業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了密云縣京承高速路二期都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)走廊視景仿真系統(tǒng)。并且本系統(tǒng)仿真效果非常好，開發(fā)流程快，容易掌握