系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實的結(jié)合機(jī)制課件

系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實的結(jié)合機(jī)制第三講〖課前思考〗

1．系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實有什么聯(lián)系?2．了解都有些什么VR和仿真用的軟件?〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗

1．了解系統(tǒng)仿真的基本概念與知識要點。

2．了解有關(guān)VR與仿真常用的一些開發(fā)軟件?！紝W(xué)習(xí)指南〗

1．注意系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實的聯(lián)系與區(qū)別。

2．可視化仿真技術(shù)的知識要點。

3．各種仿真與VR軟件的基本使用。

3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識一、系統(tǒng)仿真的基本概念現(xiàn)代系統(tǒng)仿真是以系統(tǒng)理論、形式化理論、隨機(jī)過程與統(tǒng)計學(xué)理論和優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計算機(jī)為工具，對具有不確定性因素的現(xiàn)實系統(tǒng)或未來系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)實驗研究的理論和方法。1、系統(tǒng)仿真的特性1）系統(tǒng)仿真是一種實驗技術(shù)，它為一些復(fù)雜的系統(tǒng)創(chuàng)造了一種計算機(jī)實驗環(huán)境；2）系統(tǒng)仿真實驗需要在一定的語言支持下建立經(jīng)過抽象和簡化的仿真模型；3）系統(tǒng)仿真的輸出結(jié)果是在仿真實驗運行過程中不斷對系統(tǒng)行為和系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行觀察和統(tǒng)計而得到的；4）系統(tǒng)仿真研究的對象往往包含多種隨機(jī)因素的綜合作用，每次仿真運行只是對系統(tǒng)行為的一次隨機(jī)抽樣。3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識

1）認(rèn)識客觀世界規(guī)律性的新型手段，它可以將研制過程、運行過程和實施過程放在實驗室中進(jìn)行，具有良好的可控制、無破壞性、可復(fù)現(xiàn)性和經(jīng)濟(jì)性等特點；2）用它可以探索高技術(shù)領(lǐng)域和復(fù)雜系統(tǒng)深層次的運動機(jī)理和規(guī)律性，給出人們直觀邏輯推理不能預(yù)見的系統(tǒng)動態(tài)特征，具有科學(xué)的先驗性；2、系統(tǒng)仿真的優(yōu)點3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識3）系統(tǒng)仿真可根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯關(guān)系和數(shù)學(xué)關(guān)系，面向系統(tǒng)的實際過程和行為來構(gòu)造仿真模型，在很少假設(shè)或不作假設(shè)的前提下建立包括系統(tǒng)主要因素和具體細(xì)節(jié)的模型框架，并通過仿真實驗運行，得到復(fù)雜的解。4）系統(tǒng)仿真建模具有面向過程的特點，仿真模型與所研究系統(tǒng)的運行過程在形式上和邏輯上存在對應(yīng)性，避免了建立抽象數(shù)學(xué)模型的困難，顯著簡化了建模過程，具有直觀性。三、系統(tǒng)仿真的優(yōu)點3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識5）隨著系統(tǒng)仿真理論和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真已躋身于高新技術(shù)領(lǐng)域，使系統(tǒng)仿真與人工智能技術(shù)、并行處理技術(shù)、分布式仿真、優(yōu)化理論、三維圖像處理技術(shù)以及多媒體技術(shù)等融為一體，并逐步步入虛擬現(xiàn)實仿真、互聯(lián)網(wǎng)上仿真以及群決策仿真研討等領(lǐng)域。鑒于系統(tǒng)仿真的這些優(yōu)點，它已在工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、能源供應(yīng)、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、軍事作戰(zhàn)、制造過程以及社會服務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。三、系統(tǒng)仿真的優(yōu)點3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識系統(tǒng)模型是對實際系統(tǒng)的一種抽象、本質(zhì)的描述，是人們對客觀世界反復(fù)認(rèn)識、分析，經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換、整合等相似過程而形成的最終結(jié)果，它具有與系統(tǒng)相似的數(shù)學(xué)描述或物理屬性，以各種可用的形式，給出研究系統(tǒng)的信息二、系統(tǒng)仿真的建模和類別3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識1、模型要求1）模型必須是現(xiàn)實系統(tǒng)的一種抽象，它是在一定假設(shè)條件下對系統(tǒng)的簡化。2）模型中必須包含系統(tǒng)中的主要因素，模型不可能與實際系統(tǒng)完全對應(yīng)，只應(yīng)當(dāng)包含那些決定系統(tǒng)本質(zhì)屬性的重要因素。3）為了進(jìn)行定量分析，模型中必須反映出各主要因素之間的邏輯關(guān)系和數(shù)學(xué)關(guān)系，使模型對系統(tǒng)具有代表性。二、系統(tǒng)仿真的建模和類別3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識1、系統(tǒng)仿真的分類1）根據(jù)計算機(jī)分類模擬計算機(jī)仿真數(shù)字計算機(jī)仿真模擬數(shù)字混合仿真模擬計算機(jī)混合接口A/D、D/A控制邏輯數(shù)字計算機(jī)二、系統(tǒng)仿真的建模和類別3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識2）根據(jù)仿真時鐘與實際時鐘的比例關(guān)系分類實時仿真——仿真時鐘與實際時鐘是完全一致的。欠實時仿真——仿真時鐘比實際時鐘慢。超實時仿真——仿真時鐘比實際時鐘快。3）根據(jù)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)手段不同分類數(shù)學(xué)仿真物理仿真1、系統(tǒng)仿真的分類二、系統(tǒng)仿真的建模和類別3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識半實物仿真又稱硬件在回路中仿真。動力學(xué)系統(tǒng)三軸轉(zhuǎn)臺、目標(biāo)仿真器、水/動/靜壓仿真器執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服回路控制/制導(dǎo)/導(dǎo)航計算機(jī)探測器傳感器仿真計算機(jī)仿真環(huán)境圖：半實物仿真系統(tǒng)1、系統(tǒng)仿真的分類二、系統(tǒng)仿真的建模和類別3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識人在回路中的仿真。軟件在回路中的仿真。動力學(xué)模型人視景系統(tǒng)儀表顯示音響模擬多自由度運動系統(tǒng)操縱負(fù)載模擬系統(tǒng)仿真計算機(jī)仿真環(huán)境圖：人在回路中的仿真系統(tǒng)1、系統(tǒng)仿真的分類二、系統(tǒng)仿真的建模和類別3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識三、系統(tǒng)仿真的作用1）優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計；2）對系統(tǒng)或系統(tǒng)的某一部分進(jìn)行性能評價；3）節(jié)省經(jīng)費；4）重現(xiàn)系統(tǒng)故障，以便判斷故障產(chǎn)生的原因；5）可以避免試驗的危險性；6）進(jìn)行系統(tǒng)抗干擾性能的分析研究；7）訓(xùn)練系統(tǒng)操作人員；8）系統(tǒng)仿真能為管理決策和技術(shù)決策提供依據(jù)。3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識1）闡述問題和目標(biāo)設(shè)定；2）仿真建模；3）數(shù)據(jù)采集；4）仿真模型的確認(rèn)；5）仿真程序的編制和驗證；6）仿真模型的運行；7）仿真輸出結(jié)果的統(tǒng)計分析。四、系統(tǒng)仿真的基本步驟3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識問題描述確定仿真目標(biāo)仿真建模數(shù)據(jù)采集模型確認(rèn)？仿真程序的編制（生成）程序驗證？仿真實驗設(shè)計仿真試運行仿真再確認(rèn)正式仿真運行仿真輸出統(tǒng)計分析仿真報告是是是否否否3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識四、系統(tǒng)仿真的基本步驟五、現(xiàn)代仿真的基本框架現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展使仿真技術(shù)擴(kuò)展到系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗等三項活動中，使傳統(tǒng)意義上的仿真概念產(chǎn)生了變革。1984年Oren提出了現(xiàn)代仿真的基本概念框架：

“建?！囼灐治觥薄７抡娴倪@一基本概念框架總結(jié)了仿真研究的三個基本要素：1）對仿真問題的描述；2）行為產(chǎn)生器；3）模型行為的處理。3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識模型行為及其處理

仿真問題的描述特定的模型：參數(shù)模型參數(shù)值試驗：實驗框架仿真運行控制行為產(chǎn)生模型行為（仿真數(shù)據(jù)）軌跡產(chǎn)生結(jié)構(gòu)行為行為處理：分析、顯示六、仿真研究的基本要素3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識1、對仿真問題的描述任何一個仿真問題都由模型與試驗兩部分組成。任何一個數(shù)學(xué)模型，不論采用什么樣的建模方法，又都由兩部分組成：一個參數(shù)模型及一組參數(shù)值。試驗也分為兩部分：試驗框架和仿真運行控制。2、行為產(chǎn)生器

行為產(chǎn)生器是一套對模型進(jìn)行試驗的軟件，由它可以產(chǎn)生一組系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時間變化的資料（稱為模型行為）。3、模型行為及其處理

有三種模型行為：點行為、軌跡行為、結(jié)構(gòu)行為。行為處理包括對行為進(jìn)行分析以及將行為顯示出來。六、仿真研究的基本要素3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識仿真算法是將系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成適合于計算機(jī)運行的模型（即計算機(jī)仿真模型）的一類算法。1、集中參數(shù)系統(tǒng)數(shù)字仿真算法集中參數(shù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常由一階常微分方程組表示。常用算法有：數(shù)值積分法、離散相似法、置換法、根匹配法、增廣矩陣法等。2、分布參數(shù)系統(tǒng)數(shù)字仿真算法分布參數(shù)系統(tǒng)是用偏微分方程描述的。常用方法：有限差分法、有限元法。3、離散事件系統(tǒng)數(shù)字仿真算法離散事件系統(tǒng)的仿真模型通常采用流圖或網(wǎng)絡(luò)圖描述。常用方法：面向事件的建模方法、面向活動的建模方法、面向進(jìn)程的建模方法。七、仿真研究的基本要素3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它的特點是面向問題、面向用戶。它的功能可概括為：1）模型描述的規(guī)范及處理；2）仿真試驗的執(zhí)行與控制；3）資料與結(jié)果的分析、顯示及文檔化；4）對模型、試驗程序、資料、圖形或知識的存儲、檢索與管理。根據(jù)實際情況，仿真軟件分為：

仿真程序、仿真語言、仿真環(huán)境三個不同的層次八、仿真軟件3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識1、虛擬現(xiàn)實建立三維實體和虛擬現(xiàn)實場景，提供給用戶一個瀏覽的空間，但在這樣的環(huán)境中用戶往往不能控制對象的運動。對象的運動軌跡和方式一般是在環(huán)境創(chuàng)建時預(yù)先設(shè)計好的。2、仿真為了在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中能夠得到身臨其境的感覺，仿真系統(tǒng)中的對象應(yīng)該是可控的，可以按照研究者的需要動態(tài)地產(chǎn)生或消除三維實體，而三維實體的運動也應(yīng)該按照仿真的需要進(jìn)行。3、結(jié)合虛擬現(xiàn)實給研究者一個仿真的空間，使仿真的結(jié)果更加真實可信，而仿真可實時地控制對象的運行，干預(yù)虛擬環(huán)境中系統(tǒng)的運行。九、系統(tǒng)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的比較3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識1、智能仿真系統(tǒng)如：知識庫仿真系統(tǒng)、仿真建模自動化、仿真程序自動生成和智能化仿真決策系統(tǒng)。2、面向?qū)ο蟮姆抡嫦到y(tǒng)比較突出的是由德國開發(fā)的SIPLE++面向?qū)ο蠓抡嫦到y(tǒng)軟件。3、分布式并行仿真適用于局域網(wǎng)內(nèi)不同節(jié)點上的分布式仿真和異地遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的仿真。在軍事作戰(zhàn)仿真中已得到應(yīng)用。4、Internet網(wǎng)上仿真如美國海軍研究院的Simkit可以在網(wǎng)上瀏覽器的支持下進(jìn)行分布式仿真。5、可視化交互式仿真系統(tǒng)（VIS）6、虛擬現(xiàn)實（VR）仿真十、仿真的研究熱點3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識十一、應(yīng)用實例

1、美游戲機(jī)商為軍方研制駕駛

模擬器美國陸軍同游戲機(jī)生產(chǎn)商ZombieStudios公司簽署了一份總額為10萬美元的合同，將由后者為軍方研制一種新型的駕駛模擬器。美國軍方發(fā)言人介紹稱，軍方訂購這種新型訓(xùn)練設(shè)備的目的是為了盡可能模擬出一種貼近現(xiàn)實的環(huán)境，以幫助軍車駕駛員準(zhǔn)確識別可能隱藏在行進(jìn)路線上的爆炸裝置，并在發(fā)生爆炸或遭到攻擊時做出迅速而且準(zhǔn)確的反應(yīng)。訓(xùn)練過程中，士兵們將會坐在一部貨真價實的“悍馬”越野吉普車中。在車體的周圍將會設(shè)置6或者8部屏幕，可提供360°的視界。此外，模擬器還可產(chǎn)生非常逼真的響聲，讓參訓(xùn)士兵有種身臨其境的感覺。車上的士兵們將會攜帶安裝了激光器的自動步槍進(jìn)行模擬射擊。3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識十一、應(yīng)用實例二

2、德國的危機(jī)預(yù)防信息系統(tǒng)對巨大災(zāi)難的管理（包括自然和人為的災(zāi)難）要獲得高效、取得成功，決策者必須要及時獲取相關(guān)信息。2001年夏天德國內(nèi)政部門決定建立“危機(jī)預(yù)防信息系統(tǒng)”（GermanEmergencyPlanningInformationSystem/簡稱deNIS）。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的deNISII的目標(biāo)則是為市民和災(zāi)難反應(yīng)建立起一個網(wǎng)絡(luò)，作為聯(lián)邦和地方政府決策制訂者的信息溝通支持，更好地為自然災(zāi)害和技術(shù)事故等突發(fā)事件的援救提供信息服務(wù)。deNIS的主要任務(wù)即是支持災(zāi)難管理者的工作，相應(yīng)的deNISII系統(tǒng)只對一些授權(quán)的使用群體開放：主要是聯(lián)邦政府的內(nèi)務(wù)部門和災(zāi)難控制部門的運作中心。系統(tǒng)用以評估災(zāi)難的現(xiàn)狀情勢和面臨的問題，分析應(yīng)該采取什么樣的方法來保護(hù)公眾的人生安全，必須向州、聯(lián)邦政府或者外國申請哪些援助物資。3.1系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)知識3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.1可視化仿真技術(shù)簡介1、可視化技術(shù)一種用圖形或圖像來表征數(shù)據(jù)的計算方法，即利用計算機(jī)圖形圖像技術(shù)將一維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可觀察的二維或三維幾何表示，從而達(dá)到增強(qiáng)人們對抽象信息認(rèn)知的目的。2、分類：科學(xué)計算可視化和空間信息可視化可視化仿真應(yīng)用系統(tǒng)的組成仿真應(yīng)用程序：可視化仿真的驅(qū)動核心；圖像生成器：可視化仿真的硬件平臺；可視化數(shù)據(jù)庫：可視化仿真的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3、可視化仿真系統(tǒng)三維建模數(shù)據(jù)庫特點模型的多邊形數(shù)量要盡可能少模型數(shù)據(jù)的構(gòu)造要盡可能簡單模型數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)要便于進(jìn)行遍歷操作模型數(shù)據(jù)庫要能夠被應(yīng)用程序快速讀取模型數(shù)據(jù)庫可以包含各種約束限制信息4、可視化仿真與計算機(jī)動畫技術(shù)的區(qū)別仿真的畫面是“實時”生成的，而三維動畫的畫面是預(yù)先渲染好的。盡管它們最終在屏幕上顯示出來的效果都是連續(xù)的畫面。仿真具有高度的交互性，用戶可以主動參與到仿真的過程中，仿真系統(tǒng)還可以對用戶的各種輸入進(jìn)行實時的響應(yīng)而三維動畫因為只是連續(xù)播放渲染好的畫面幀序列，所以不具備任何的交互性，用戶只能被動參與或者欣賞。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.1可視化仿真技術(shù)簡介仿真的幀頻率一般是變化的，從每秒15幀（低于這個幀頻率時，視覺上就會感到不連貫）到每秒幾十或者上百幀不等，這跟仿真運行過程中的畫面復(fù)雜度有直接的關(guān)系；而三維動畫的幀頻道是事先設(shè)定好的畫面始終保持設(shè)定的幀頻率?？梢暬抡鎻?qiáng)調(diào)的是實時的交互性，而三維動畫強(qiáng)調(diào)的視覺效果。5、可視化仿真技術(shù)的獨特作用進(jìn)行商業(yè)和軍事事件的排練和演習(xí)模擬，如飛行訓(xùn)練仿真；對復(fù)雜事件進(jìn)行深入直觀的再現(xiàn)，如交通救護(hù)仿真；需要對突發(fā)事故進(jìn)行預(yù)排和演練，如消防救災(zāi)仿真；交互式三維視頻游戲仿真；對不確定事件進(jìn)行預(yù)覽。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.1可視化仿真技術(shù)簡介6、傳統(tǒng)建模軟件的不足傳統(tǒng)的三維模型數(shù)據(jù)庫由于應(yīng)用目的的限制，常常不能很好地滿足上述的一些特點。如CAD模型傳統(tǒng)的三維模型軟件雖可以方便的創(chuàng)建各種各樣的三維模型，但這些模型都不適用于可視化仿真應(yīng)用。7、在視景仿真中，會用到哪些元素？實時應(yīng)用程序；圖形生成器（IG）；視景數(shù)據(jù)庫；建模包；視覺真實度。

3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.1可視化仿真技術(shù)簡介7、仿真模型的渲染過程

大體上要經(jīng)歷應(yīng)用(APP)、剔除（CULL）和繪制（DRAW）三個主要過程。APP①從控制設(shè)備中讀入輸入數(shù)據(jù)②加載模型數(shù)據(jù)③計算當(dāng)前視點位置和模型位置CULL①判斷當(dāng)前可視范圍內(nèi)的模型②從內(nèi)存中剔除當(dāng)前不可見的模型數(shù)據(jù)。DRAW①從顯示列表中讀出模型數(shù)據(jù)②繪制多邊形數(shù)據(jù)。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.1可視化仿真技術(shù)簡介3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)MultigenCreator系列軟件是Multigen-Paradigm公司專門針對可視化仿真行業(yè)應(yīng)用特點推出的實時可視化三維建模軟件系統(tǒng)，它提供了分別運行于高端SGI工作站和低端PC平臺的不同版本，可以最大限度地滿足不同的應(yīng)用需求。在SGI工作站的SGIIRIX操作系統(tǒng)上運行時Multigen軟件包可以充分利用SGI工作站超強(qiáng)的圖形功能，最大限度地利用多個處理器的強(qiáng)大計算功能，可以支持多線程和豐富的圖形音頻編程接口等。基于實時應(yīng)用環(huán)境的OpenFlight數(shù)據(jù)格式，Multigen提供了強(qiáng)大的多邊形建模、矢量建模以有大面積地形精確生成等功能，配合多種專業(yè)可選模塊及插件，用戶能夠高效地生成實時三維模型數(shù)據(jù)庫，并與后續(xù)的實時仿真軟件緊密結(jié)合。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件Creator可視化建模軟件包，將OpenFlight格式模型數(shù)據(jù)庫的層次視圖無縫地與建模環(huán)境集成在一起，使得用戶可以在創(chuàng)建虛擬三維模型的同時關(guān)注模型數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，可以實時地對模型進(jìn)行觀察、檢察和修改。用戶可以直接對模型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，通過簡單的移動和調(diào)整就可以達(dá)到優(yōu)化OpenFlight模型數(shù)據(jù)庫的目的。為了保證軟件良好的可擴(kuò)充性，Multigen采用了模塊化的開發(fā)和銷售方式，用戶可以根據(jù)實際需要選用合適的模塊進(jìn)行工作。主要的模塊包括：基本建模模塊（CreatorPro)、地形建模模塊（TerrainPro）、標(biāo)準(zhǔn)道路建模模塊（RoadTools）等。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件1、基本建模環(huán)境模塊其基本功能是為用戶提供一個功能強(qiáng)大、交互式的可視化建模環(huán)境，主要功能包括：

強(qiáng)大的多邊形建模功能；

強(qiáng)大的矢量化建模功能；

強(qiáng)大的模型數(shù)據(jù)庫控制功能；

強(qiáng)大的紋理映射和貼圖功能；

支持多種格式的三維模型格式轉(zhuǎn)換；

支持大面積地形的精確生成；

支持多細(xì)節(jié)層次（LOD）建模；

支持多自由度（DOF）建模；

支持光點系統(tǒng)模擬；支持序列動畫模擬；3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件2、地形建模模塊利用地形建模模塊可以快速創(chuàng)建大面積地形模型數(shù)據(jù)庫，通過自動化的層次細(xì)節(jié)設(shè)置和組篩選，能夠很容易地創(chuàng)建多種分辨率的地表特征，并能夠精確控制地表的面片數(shù)以及與原始數(shù)據(jù)的誤差值。該模塊主要功能包括：支持多種地形生成算法；

支持多種數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)；

支持?jǐn)?shù)字特征分析數(shù)據(jù)（DFAD）；

強(qiáng)大的批處理地形生成功能；

強(qiáng)大的整體紋理映射功能；

提供高級地形表面生成工具。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3、標(biāo)準(zhǔn)道路建模模塊標(biāo)準(zhǔn)道路建模模塊是利用高級算法快速生成符合美國國家高速公路與交通協(xié)會（AASHTO）標(biāo)準(zhǔn)的路面數(shù)據(jù)模型，特別適用于車輛設(shè)計、駕駛培訓(xùn)、事故重現(xiàn)等駕駛仿真應(yīng)用。其主要功能包括：自動多層次細(xì)節(jié)模型生成；自動路面紋理貼圖；支持自定義道路橫斷面；支持自定義道路中線及分道線；提供預(yù)定義的公路交通標(biāo)志、路燈模型；支持模擬駕駛預(yù)覽效果。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件4、基本建模技術(shù)設(shè)置參考網(wǎng)格

選擇模型對象使用顏色使用材質(zhì)使用紋理

使用燈光

下面介紹一下這幾個技術(shù)中一些比較重要的內(nèi)容。1）設(shè)置參考網(wǎng)格可以處于圖形視圖任一位置的一個參考平面，用戶在視圖中所有用鼠標(biāo)左鍵的輸入操作都是在這個參考平面上今次能夠在該參考平面上的一個二維網(wǎng)格，這個網(wǎng)格的作用只是為了讓用戶能夠在圖形視圖中看到參考平面的實際位置，從而方便的進(jìn)行各種操作。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件2）選擇模型對象

在創(chuàng)建模型數(shù)據(jù)庫過程中，對模型對象進(jìn)行任何操作之前都要選擇該模型對象。遵循原則和常用技巧：在圖形視圖中選擇模型對象的結(jié)果取決于當(dāng)前的建模模式。在圖形視圖中通過單擊左鍵進(jìn)行選擇，只能選擇到面向視點的模型對象，不能選擇到模型幾何體的背面在層級視圖中進(jìn)行選擇時，可以不考慮當(dāng)前的建模方式。在層級視圖中進(jìn)行選擇時，不能同時選擇父節(jié)點和它的子節(jié)點。在選擇模型對象的同時按下Alt鍵，被選擇的模型對象對應(yīng)的節(jié)點就會成為當(dāng)前父節(jié)點。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3）使用紋理紋理：指那些被映射到三維模型表面的二維圖像，使用紋理可以在不增加多邊形的前提下，使模型對象獲得照片級的真實感視覺效果。紋素：二維紋理圖像在紋理空間的最小單位被稱為紋素映射到模型表面的紋理在實際渲染過程中會出現(xiàn)三種情況：一個紋素恰好對應(yīng)屏幕上一個像素；多個紋素映射到同一個屏幕像素中，壓縮過濾；一個紋素映射到幾個屏幕像素中，放大過濾。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件紋理映射的步驟：準(zhǔn)備紋理圖像；將紋理的u，v坐標(biāo)映射為屏幕空間坐標(biāo)；將紋理顏色與多邊形顏色和材質(zhì)顏色融合；進(jìn)行適當(dāng)?shù)募y理過濾處理，優(yōu)化紋理映射效果。紋理圖像要求：Creator支持多種通用標(biāo)準(zhǔn)圖像格式，常用的主要格式包括：INT，INTA，RGB，RGBA，TGA，JPEG，BMP，GIF等：使用紋理前，必須將響應(yīng)紋理圖像加載到紋理內(nèi)存中；紋理圖像在兩個方向上的尺寸必須是2的冪次大小，但不要求長寬相同。3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件5、高級建模技術(shù)LOD技術(shù)DOF技術(shù)動畫序列技術(shù)聲音建模技術(shù)光點建模技術(shù)儀表建模技術(shù)

3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件

下面介紹其中的一些關(guān)鍵技術(shù)：1）LOD技術(shù)在可視化仿真運行的過程中，實時系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前視點位置距模型對象的距離選擇其中一個LOD來顯示模型對象。如果視點離物體較遠(yuǎn)，則使用多邊形較少的低LOD顯示模型對象，隨著視點向物體移動，實時系統(tǒng)會逐漸用越來越復(fù)雜的LOD代替，反之亦然。2）DOF技術(shù)DOF技術(shù)可以使模型對象具有活動的能力，DOF節(jié)點可控制它的所有子結(jié)點按照自由度范圍進(jìn)行移動或者旋轉(zhuǎn)運動。注意問題：DOF節(jié)點和組節(jié)點的級別是相同的，在創(chuàng)建DOF節(jié)點時，必須以組節(jié)點或其他同級別的節(jié)點（如LOD）作為父節(jié)點。為模型對象定義自由度，必須創(chuàng)建相應(yīng)的局部坐標(biāo)系，因為模型對象的所有運動都是相對于該局部坐標(biāo)系進(jìn)行的。要使DOF節(jié)點下模型對象能夠運動，除了設(shè)置局部坐標(biāo)系外，還必須設(shè)定模型對象的自由度范圍3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3）動畫序列技術(shù)

動畫序列模擬傳統(tǒng)二維動畫創(chuàng)作方法，通過連續(xù)播放一系列動畫畫面以產(chǎn)生運動的效果，Creator則通過按照指定的順序依次顯示組節(jié)點下的單個子節(jié)點來實現(xiàn)這個過程。4）模型數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)調(diào)整數(shù)據(jù)庫層級結(jié)構(gòu)減少多邊形數(shù)量使用邊界體活用剪裁面3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件示例演示光滑面的制作過程建彎道的方法3.2.2Creator——可視化仿真建模技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具

Vega是Multigen-Paradigm公司推出的先進(jìn)軟件環(huán)境。它主要用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的實時視景仿真、聲音仿真以及科學(xué)計算可視化等領(lǐng)域。它支持快速的復(fù)雜的視覺仿真程序，為用戶提供一個處理復(fù)雜仿真應(yīng)用的便捷手段。Vega主要包括兩部分：一個是被稱為LynX的圖形用戶界面，另一個則是基于C語言的Vega函數(shù)調(diào)用庫。Vega及其相關(guān)模塊支持Unix和WindowsNT/2000平臺。用Vega寫的應(yīng)用程序可以99%地兼容跨平臺使用，支持OpenFlight、3DStudio和VRML2.0等數(shù)據(jù)庫格式。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件Vega目前有以下附加模塊：

AudioWork2：音響環(huán)境生成

SpecialEffects：特殊效果

LADBM：大地景數(shù)據(jù)庫管理

Marine：海洋仿真

DIS/HLA：分布交互仿真

DI-Guy：人體運動仿真

Symbology：儀表和控制面板仿真

LightLobes：移動光源照明

NavigationandSignalLighting：導(dǎo)航及信號燈模塊

Non-LinearDistortionCorrection：非線性失真矯正3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件CloudScapeVR：云彩、塵土仿真SimSmithVehicleObjects：車輛物體仿真

SimSmithVehicleControls：車輛物體控制

Immersive：增加沉浸感

SensorVision：傳感器圖像仿真

SensorWorks：增加對實際傳感器效果的模擬

RadarWorks：基于物體機(jī)制的雷達(dá)圖像仿真

TMM：紋理材料圖生成器

MAT：大氣工具VCR：實時場景記錄和播放3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件Vega視景仿真開發(fā)流程3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件Vega的編輯環(huán)境Vega對于程序員和非程序員都是稱心如意的。它提供的LynX，一種基于X/Motif技術(shù)的點擊式圖形環(huán)境，使用LynX可以快速、容易、顯著地改變應(yīng)用性能、視頻通道、多CPU分配、視點、觀察者、特殊效果、一天中不同的時間、系統(tǒng)配置、模型、數(shù)據(jù)庫及其它，而不用編寫源代碼。LynX可以擴(kuò)展成包括新的、用戶定義的面板和功能，快速地滿足用戶的特殊要求。事實上，LynX是強(qiáng)有力的和通用的，能在極短時間內(nèi)開發(fā)出完整的實時應(yīng)用。用LynX的動態(tài)預(yù)覽功能，您可以立刻看到操作的變化結(jié)果。LynX的界面包括您應(yīng)用開發(fā)所需的全部功能。3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件Vega還包括完整的C語言應(yīng)用程序接口，為軟件開發(fā)人員提供最大限度的軟件控制和靈活性。Vega提供了穩(wěn)定、兼容、易用的界面，使開發(fā)、支持和維護(hù)工作更快和高效。LynX界面使用戶能對交付的系統(tǒng)重新配置，它的實時交互性能為開發(fā)系統(tǒng)提供更經(jīng)濟(jì)的解決方案。Vega支持多種數(shù)據(jù)調(diào)入，允許多種不同數(shù)據(jù)格式綜合顯示，Vega還提供高效的CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在開發(fā)人員、工程師、設(shè)計師和規(guī)劃者可以用最新的實時模擬技術(shù)將他們的設(shè)計綜合起來。3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件Vega開發(fā)產(chǎn)品有兩種主要的配置：

VEGA-MP(Multi-Process)為多處理器硬件配置提供重要的開發(fā)和實時環(huán)境。通過有效地利用多處理器環(huán)境，Vega-MP在多個處理器上邏輯地分配視覺系統(tǒng)作業(yè)，以達(dá)到最佳性能。Vega也允許用戶將圖像和處理作業(yè)指定到工作站的特定處理器上，定制系統(tǒng)配制來達(dá)到全部需要的性能指標(biāo)。

VEGA-SP(Single-Process)是Paradigm特別推出的高性能價格比的產(chǎn)品，用于單處理器計算機(jī)，具備所有Vega的功能，而且和所有的Paradigm附加模塊相兼容。3.2.3Vega——構(gòu)建高級實時仿真的高效工具3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件OpenGraphicsLibrary，是一個三維的計算機(jī)圖形和模型庫。3.2.4OpenGL3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件它是應(yīng)用程序編程接口（API），不是編程語言。具有高度的可移植性，并且具有非常快的速度。獨立于硬件，獨立于窗口系統(tǒng)，在運行各種操作系統(tǒng)的各種計算機(jī)上都可用，并能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下以客戶/服務(wù)器模式工作。OpenGL的核心庫包括100多個用于3D圖形操作的函數(shù)，主要負(fù)責(zé)處理對象外形描述、矩陣變換、燈光處理、著色、材質(zhì)等和三維圖形圖像密切相關(guān)的事情。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL1、OpenGL的主要功能：模型繪制模型觀察顏色模式的指定光照應(yīng)用圖像效果增強(qiáng)位圖和圖像處理紋理映射實時動畫交互技術(shù)3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL2、OpenGL的處理結(jié)構(gòu)首先，在OpenGL中允許視景對象用圖形方式表達(dá)，有針對三維坐標(biāo)表示的頂點的幾何變換，通過該變換可使頂點在三維空間內(nèi)進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)，對于由頂點的集合表達(dá)的物體則可以實現(xiàn)其在空間的各種運動。其次，OpenGL通過光照處理能表達(dá)出物體的三維特性，其光照模型是整體光照模型，它把頂點到光源的距離、頂點到淘汰的方向向量以及頂點到視點的方向向量等參量代入該模型，計算頂點顏色。另外，為彌補(bǔ)圖形方法難于生成復(fù)雜的自然背景的不足，OpenGL提供了對圖像數(shù)據(jù)的使用方法，即直接對圖像數(shù)據(jù)讀、寫和拷貝，或者把圖像數(shù)據(jù)定義為紋理與圖形的結(jié)合，以生成視景圖像和增強(qiáng)效果。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL一個完整的窗口系統(tǒng)的OpenGL圖形處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：最底層為圖形硬件第二層為操作系統(tǒng)第三層為窗口系統(tǒng)第四層為OpenGL第五層為應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件OpenGL窗口系統(tǒng)操作系統(tǒng)圖形硬件3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL3、OpenGL提供的基本操作1）繪制物體

OpenGL提供了豐富的基本圖元繪制命令，從而可以方便地繪制物體。2）變換

OpenGL提供了一系列基本的變換，如取景變換、模型變換、投影變換及視口變換。3）光照處理繪制有真實感的三維物體必須做光照處理。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL4）著色OpenGL提供了兩種物體著色模式：一種是rgba顏色模式，另一種是顏色索引模式。5）反走樣在OpenGL繪制圖形過程中，由于使用的是位圖，所以繪制出的圖像的邊緣會出現(xiàn)鋸齒形狀，稱為走樣。了消除這種缺陷，opengl提供了點、線、多邊形的反走樣技術(shù)。6）融合

為了使三維圖形更加具有真實感，經(jīng)常需要處理半透明或透明的物體圖像，這就需要用到融合技術(shù)。3、OpenGL提供的基本操作3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL7）霧化8）位圖和圖像9）紋理映射在計算機(jī)圖形學(xué)中，把包含顏色、alpha值、亮度等數(shù)據(jù)的矩形數(shù)組稱為紋理。而紋理映射可以理解為將紋理粘貼在所繪制的三維模型表面，以使三維圖形顯得更生動。l0）動畫出色的動畫效果是opengl的一大特色，opengl提供了雙緩存區(qū)技術(shù)來實現(xiàn)動畫繪制。3、OpenGL提供的基本操作3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGLGL_POLYGONGL_POINTSGL_LINESGL_LINE_LOOPGL_LINE_STRIPGL_QUAD_STRIPGL_TRIANGLE_STRIPGL_TRIANGLE_FANGL_TRIANGLESGL_QUADS１）基本圖元繪制頂點glVertex3f(x,y,z)：glBegin(GL_MODE)和glEnd()繪制復(fù)雜圖元4、世界坐標(biāo)系中３Ｄ圖形描繪3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL2）復(fù)雜圖元

頂點數(shù)組 使用數(shù)組存放頂點坐標(biāo)，法線，顏色…

使用指針來獲取數(shù)據(jù)，一次函數(shù)調(diào)用完成

voidglVertexPointer(GLintsize,GLenumtype,GLsizeistride,constGLvoid*pointer)

voidglDrawElements(GLenummode,GLsizeicount,GLenumtype,constGLvoid*indices)4、世界坐標(biāo)系中３Ｄ圖形描繪3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL3）坐標(biāo)變換平移：glTranslate{fd}(x,y,z)

旋轉(zhuǎn)：glRotate{fd}(angle,x,y,z)

縮放：glScale{fd}(x,y,z)

4、世界坐標(biāo)系中３Ｄ圖形描繪3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL真實感圖形是通過景物表面的顏色和明暗色調(diào)來表現(xiàn)景物的幾何形狀、空間位置以及表面材料的，而一個物體表面所呈現(xiàn)的顏色是由表面向視線方向輻射的光能決定的。物體本身的材質(zhì)構(gòu)成；光的顏色和位置；具有四種光照效果：

輻射光、環(huán)境光、鏡面光漫反射光；兩種顏色模式：

——RGBA模式

——顏色表模式。5、材質(zhì)和光照3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL紋理映射基本步驟：1）定義紋理;2）控制濾波;3）說明映射方式;4）繪制場景，給出頂點的紋理坐標(biāo)和幾何坐標(biāo)注意：紋理映射只能在RGBA方式下執(zhí)行，不能運用于顏色表方式。6、紋理映射3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL映射方式:

voidglTexEnv{if}[v](GLenumtarget,GLenumpname,TYPEparam);//設(shè)置紋理映射方式。參數(shù)：target必須是GL_TEXTURE_ENV；若參數(shù)pname是GL_TEXTURE_ENV_MODE，則參數(shù)param可以是GL_DECAL、GL_MODULATE或GL_BLEND，以說明紋理值怎樣與原來表面顏色的處理方式；若參數(shù)pname是GL_TEXTURE_ENV_COLOR，則參數(shù)param是包含四個浮點數(shù)（分別是R、G、B、A分量）的數(shù)組,這些值只在采用GL_BLEND紋理函數(shù)時才有用。6、紋理映射3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL1）三維圖形顯示流程

世界坐標(biāo)系中的三維物體三維幾何變換投影三維剪裁視口變換屏幕坐標(biāo)系中的圖形顯示8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL2）從三維空間到二維平面

2D＋透視＝3Dcameratripodmodelviewingvolume8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL視點變換

視點變換是在視點坐標(biāo)系中進(jìn)行的。視點坐標(biāo)系于一般的物體所在的世界坐標(biāo)系不同，它遵循左手法則，即左手大拇指指向Z正軸，與之垂直的四個手指指向X正軸，四指彎曲90度的方向是Y正軸。而世界坐標(biāo)系遵循右手法則的。8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL3）幾何變換模型變換是在世界坐標(biāo)系中進(jìn)行的。在這個坐標(biāo)系中，可以對物體實施平移glTranslatef()、旋轉(zhuǎn)glRotatef()和放大縮小glScalef()。實際上，視點變換和模型變換本質(zhì)上都是一回事，即圖形學(xué)中的幾何變換。視點變換一般只有平移和旋轉(zhuǎn)，沒有比例變換。4）投影變換

投影變換是一種很關(guān)鍵的圖形變換，OpenGL中只提供了兩種投影方式，一種是正射投影，另一種是透視投影。

8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL正射投影（OrthographicProjection）

正射投影，又叫平行投影。這種投影的視景體是一個矩形的平行管道，也就是一個長方體，如圖所示。正射投影的最大一個特點是無論物體距離相機(jī)多遠(yuǎn)，投影后的物體大小尺寸不變。這種投影通常用在建筑藍(lán)圖繪制和計算機(jī)輔助設(shè)計等方面，這些行業(yè)要求投影后的物體尺寸及相互間的角度不變，以便施工或制造時物體比例大小正確。8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL4）投影變換透視投影（PerspectiveProjection）

透視投影符合人們心理習(xí)慣，即離視點近的物體大，離視點遠(yuǎn)的物體小，遠(yuǎn)到極點即為消失，成為滅點。它的視景體類似于一個頂部和底部都被切除掉的棱椎，也就是棱臺。這個投影通常用于動畫、視覺仿真以及其它許多具有真實性反映的方面。8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL4）投影變換

在OpenGL中，空間物體的三維裁剪變換包括兩個部分：視景體裁剪和附加平面裁剪。視口變換就是類似于照片的放大與縮小。在計算機(jī)圖形學(xué)中，它的定義是將經(jīng)過幾何變換、投影變換和裁剪變換后的物體顯示于屏幕窗口內(nèi)指定的區(qū)域內(nèi)，這個區(qū)域通常為矩形，稱為視口。OpenGL中相關(guān)函數(shù)是：

glViewport(GLintx,GLinty,GLsizeiwidth,GLsizeiheight);

這個函數(shù)定義一個視口。函數(shù)參數(shù)(x,y)是視口在屏幕窗口坐標(biāo)系中的左下角點坐標(biāo)，參數(shù)width和height分別是視口的寬度和高度。缺省時，參數(shù)值即(0,0,winWidth,winHeight)指的是屏幕窗口的實際尺寸大小。8、如何在OpenGL中建立一個3D物體3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.2.4OpenGL5）裁剪變換投影變換6）、視口變換3.2.5VRML——虛擬現(xiàn)實造型語言VRML：“VirtualRealityModelingLanguage”VRML被稱為繼HTML之后的第二代Web語言，它本身是一種建模語言，也就是說，它是用來描述三維物體及其行為的，可以構(gòu)建虛擬境界（VirturalWorld),可以集成文本、圖像、音響、MPEG影像等多種媒體類型，還可以內(nèi)嵌用Java、ECMAScript等語言編寫的程序代碼。VRML的基本目標(biāo)是建立因特網(wǎng)上的交互式三維多媒體，基本特征包括分布式、三維、交互性、多媒體集成、境界逼真性等。3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件VRML是一種用在Internet和Web超鏈上的，多用戶交互的，獨立于計算機(jī)平臺的，網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實建模語言。虛擬世界的顯示、交互及網(wǎng)絡(luò)互連都可以用VRML來描述。

VRML文件：VRML定義了一種把3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從語法角度看，VRML文件是顯式地定義和組織起來的3D多媒體對象集合；從語義角度看，VRML文件描述的是基于時間的交互式3D多媒體信息的抽象功能行為。VRML文件描述的基于時間的3D空間稱為虛擬境界(VirtualWorld)，簡稱境界，所包含的圖形對象和聽覺對象可通過多種機(jī)制動態(tài)修改。1、VRML的工作原理3.2.5VRML——虛擬現(xiàn)實造型語言3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件VRML文件可以包含對其他標(biāo)準(zhǔn)格式文件的引用可以把JPEG、PNG和MPEG文件用于對象紋理映射，把WAV和MIDI文件用于在境界中播放的聲音。還可以引用包含Java或ECMAScript代碼的文件，從而實現(xiàn)對象的編程行為。所有這些都是由其他標(biāo)準(zhǔn)提供的，之所以在VRML中選用它們，是因為它們在Internet上的廣泛應(yīng)用。場景圖VRML使用場景圖（SceneGraph）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3D實境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以SGI開發(fā)的OpenInventor3D工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)格式。VRML的場景圖是一種代表所有3D世界靜態(tài)特征的節(jié)點等級：幾何關(guān)系、質(zhì)材、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有生產(chǎn)廠商，無論是CAD、建模、動畫、VR，還是VRML，他們的結(jié)構(gòu)核心都有場景圖。1、VRML的工作原理3.2.5VRML——虛擬現(xiàn)實造型語言3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件境界中的對象及其屬性用節(jié)點(Node)描述，節(jié)點按照一定規(guī)則構(gòu)成場景圖(SceneGraph)，即場景圖是境界的內(nèi)部表示：場景圖中的第一類節(jié)點用于從視覺和聽覺角度表現(xiàn)對象，它們按照層次體系組織起來，反映了境界的空間結(jié)構(gòu)。另一類節(jié)點參與事件產(chǎn)生和路由機(jī)制，形成路由圖(RouteGraph)，確定境界隨時間的推移如何動態(tài)變化。VRML文件的解釋、執(zhí)行和呈現(xiàn)通過瀏覽器實現(xiàn)，這與利用瀏覽器顯示HTML文件的機(jī)制完全相同。瀏覽器把場景圖中的形態(tài)和聲音呈現(xiàn)給用戶，這種視聽覺呈現(xiàn)即所謂的虛擬世界(境界)。用戶通過瀏覽器獲得的視聽覺效果如同從某個特定方位體驗到的，境界中的這種位置和朝向稱為取景器(Viewer)。1、VRML的工作原理3.2.5VRML——虛擬現(xiàn)實造型語言3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件訪問方式

VRML的訪問方式是基于客戶/服務(wù)器模式的。其中服務(wù)器提供VRML文件及支持資源(圖像、視頻、聲音等)，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器交互式地訪問該文件描述的虛擬境界。由于瀏覽器是本地平臺提供的，從而實現(xiàn)了平臺無關(guān)性。下圖描述了VRML的工作方式。1、VRML的工作原理3.2.5VRML——虛擬現(xiàn)實造型語言3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件1）典型的應(yīng)用領(lǐng)域(1)教育應(yīng)用(2)工程應(yīng)用(3)商業(yè)應(yīng)用(4)娛樂應(yīng)用2）成功案例(1)科技探索(2)商業(yè)宣傳(3)電子購物(4)文物保護(hù)(5)娛樂業(yè)2、VRML應(yīng)用3.2.5VRML——虛擬現(xiàn)實造型語言3.2可視化仿真及相關(guān)應(yīng)用軟件3.3虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)仿真的結(jié)合VRML是一個簡單實用的虛擬現(xiàn)實建模平臺,在VRML的基礎(chǔ)上開發(fā)仿真程序可以快速地建立虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)。利用VRML建立具有交互能力和仿真功能的虛擬現(xiàn)實仿真環(huán)境，通常有以下幾種方法：1）利用VRML內(nèi)部的VRMLScript節(jié)點實現(xiàn)較為簡單的交互與動畫；2）利用JavaScript嵌入VRM