三維虛擬仿真技術(shù)

三維虛擬仿真技術(shù)第1篇“虛擬仿真”又稱“虛擬現(xiàn)實”或“靈境技術(shù)”,是人們通過計算機對復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式。與傳統(tǒng)的人機界面以及流行的視窗操作相比,虛擬仿真在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。虛擬仿真的技術(shù)核心,是通過計算機將現(xiàn)實物體或環(huán)境以數(shù)字模型的方式展現(xiàn)出來。其中“虛擬”指的是通過計算機生成,而“仿真”又稱“現(xiàn)實”,泛指在物理意義上存在于世界的任何事物或環(huán)境,它可以是可實現(xiàn)的,也可以是難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。因此,通過數(shù)字技術(shù)的還原,再以屏幕或投射方式顯示出來,人們在其中可通過各種裝置操作、觀察與感受等體驗,以此達(dá)到特殊目的。因此,在整個過程中,人依舊是產(chǎn)品主宰者。二、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀早在上世紀(jì)60年代初,人們就將立體聲與三維立體顯示技術(shù)結(jié)合在計算機中。80年代由科學(xué)家在以前的基礎(chǔ)上將視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官利用模擬器的方式通過計算機的三維空間表現(xiàn)出來,創(chuàng)造真正的“身臨其境”,英文稱此技術(shù)為“VirtualReality”簡稱“VR”。虛擬仿真在國外發(fā)展十分成熟,以美國為代表的西方國家對仿真技術(shù)的應(yīng)用居于世界領(lǐng)先水平。中國由于起步較晚,除軍事和一部分高端工業(yè)會用到虛擬仿真之外,很多領(lǐng)域仍處在摸索階段。近些年,偶爾出現(xiàn)類似“曼恒數(shù)字”“水晶石數(shù)碼”這類專門研究虛擬仿真技術(shù)的公司,但還比較初級,主要以游戲或培訓(xùn)教育為主,并沒有將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實生活中。充利用虛擬仿真為人類造福,不僅是計算機工作者的首要任務(wù),同時也是三維動畫制作人員必須掌握的延伸技術(shù)。目前,國內(nèi)流行的虛擬仿真軟件主要有:“unity3D”“VirtualRealityPlatform”兩款軟件。前者是由UnityTechnologies開發(fā)的多功能三維動畫互動平臺工具,是一個全面整合的專業(yè)游戲平臺。軟件主要運行在Windows系統(tǒng)下,產(chǎn)品可以在Windows、iPhone、Windowsphone8和Android平臺上使用,是一款針對于專業(yè)人群使用的綜合性軟件。后者“VirtualRealityPlatform”簡稱“VRP”,是一款由中視典數(shù)字科技有限公司獨立開發(fā)的具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的直接面向三維美工的一款虛擬現(xiàn)實軟件,是目前中國虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域市場占有率最高的一款虛擬現(xiàn)實軟件。在制作上,首先用三維軟件制作虛擬環(huán)境中所需的物體及建筑的仿真模型,然后導(dǎo)入unity3D或VRP等仿真軟件進(jìn)行編程處理,讓動畫與環(huán)境氛圍盡量符合真實物理條件,并適當(dāng)添加人機互動方面的運算。最終在3D顯示器或投影儀上通過人機交互的形式展現(xiàn)出來,用最直接的手段傳播相關(guān)知識內(nèi)容。三、技術(shù)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的互動性和逼真性,給很多行業(yè)門類帶來了革命性升級。游戲從最初二維游戲到時下流行的網(wǎng)絡(luò)三維游戲,可以說游戲是與人類產(chǎn)生最直接交互行為的產(chǎn)物,而隨著科技的發(fā)展,游戲的逼真度和沉浸感也在逐漸加強,虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)必然會對未來的游戲產(chǎn)業(yè)做出巨大貢在醫(yī)學(xué)方面,可以建立人體模型,學(xué)生逐一了解人體模型內(nèi)部的器官構(gòu)造,這要比采用教科書的方式有效得多。另外,在真正手術(shù)之前,如果先在虛擬現(xiàn)實下模擬手術(shù),則會大大提高手術(shù)成功率。我國嫦娥三號登月計劃在實施之前,多次通過虛擬技術(shù)模擬登月場面,為登月計劃的成功奠定了基礎(chǔ)。美國國防部早在20世紀(jì)80年代就一直致力于虛擬戰(zhàn)場的研究,以提高多兵種協(xié)同作戰(zhàn)的能力。4.房地產(chǎn)開發(fā)與設(shè)計。隨著房地產(chǎn)業(yè)競爭加劇,傳統(tǒng)的展示手段如平面圖、沙盤、樣板房等已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足消費者的需要。虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為了集合廣告、動畫、效果圖、網(wǎng)絡(luò)多媒體于一身的新型展銷方式。虛擬現(xiàn)實已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個環(huán)節(jié),對企業(yè)提高開發(fā)效率,加強數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力,減少決策失誤,為降低企業(yè)風(fēng)險起到了重要的作用。各行各業(yè)都有一定的危險性,定期演練是極為有效的防患方式,虛擬現(xiàn)實的出現(xiàn)為應(yīng)急演練提供了一種全新的開展模式,將事故現(xiàn)場模擬到虛擬場景中去,人為的制造各種事故情況,組織參演人員做出正確響應(yīng)。這樣不僅可以大大節(jié)約投入成本,還能打破時間空間的限制,方便計劃的實施。通過虛擬培訓(xùn),不但可以加速學(xué)員對產(chǎn)品知識的掌握,提高從業(yè)人員的實際操作能力,大大降低公司的教學(xué)、培訓(xùn)成本。最主要的是,虛擬培訓(xùn)顛覆了原有枯燥死板的教學(xué)培訓(xùn)模式。虛擬商品三維展示系統(tǒng)的設(shè)計論文第2篇[摘要]針對目前電子商務(wù)中網(wǎng)絡(luò)商品展示方面的不足，對虛擬三維模型進(jìn)行了研究。設(shè)計了一個適合網(wǎng)絡(luò)商品三維展示的模型，研究了三維商品模型及網(wǎng)絡(luò)化展示的關(guān)鍵技術(shù)。[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實VRML三維展示目前，電子商務(wù)網(wǎng)站商品的展示是通過文字和二維圖像方式進(jìn)行，客戶不能像在實體店里一樣對商品進(jìn)行多角度的觀察和了解，這在很大程度上阻礙了網(wǎng)上交易的實現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實利用電腦模擬產(chǎn)生一個三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的對象。通過VRML可實現(xiàn)在電子商務(wù)網(wǎng)站中對商品的三維展示，給消費者提供了自由的觀察空間和互操作性，激發(fā)客戶的購買欲望，提高成二、商品三維模型建模VRML(VirtualRealityModelingLanguage，虛擬現(xiàn)實建模語言)是一種用于建立真實世界的場景模型或虛擬三維世界的場景建模語言。作為第二代Web語言的VRML，突破了網(wǎng)頁的平面結(jié)構(gòu)，改變了WWW上單調(diào)、交互性差的弱點，將人的行為作為瀏覽的主題，所有的表現(xiàn)都隨操作者行為的改變而改變。2.三維建模通過VRML建模語言創(chuàng)建出虛擬商品模型。根據(jù)商品的特征，用基本幾何節(jié)點IndexedLineSet節(jié)點、IndexedFaceSet節(jié)點，并結(jié)合擠出Extrusion節(jié)點，可實現(xiàn)商品的三維幾何模型。對于相對復(fù)雜的商品，還可使用原型機制實現(xiàn)各部分模型的創(chuàng)建和拼接。對于電子商務(wù)網(wǎng)站中，復(fù)雜而多變的商品模型，較有效的處理方法還是使用專業(yè)的三維設(shè)計軟件，如Rhino、3DMAX、Pro/ENGINEER、AUTOCAD等。首先，使用三維設(shè)計軟件將商品的三維模型設(shè)計出來;然后，將三維模型導(dǎo)出為VRML的文件。例如，在3DMAX中設(shè)計完三維模型后，執(zhí)行文件菜單下的“導(dǎo)出”菜單項命令，在導(dǎo)出的文件選擇為VRML(.wr1)即可。三、三維展示系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)1.展示系統(tǒng)的生成流首先，通過三維設(shè)計軟件制作出商品的.三維模型;然后，將三維模型導(dǎo)出為VRML文件，并調(diào)整商品的外觀效果;最后，完成VRML腳本在網(wǎng)頁中的嵌入，完成虛擬商務(wù)的發(fā)布。當(dāng)用戶在客戶端瀏覽含有三維商品的網(wǎng)頁時，系統(tǒng)會自動下載一個VRML播放器，如CosmoPlayer，并在客戶端安裝運行。此后，用戶即可看到三維虛擬商品，并可通過VRML瀏覽器提供的操作按鈕與三維商品2.展示系統(tǒng)的構(gòu)成(1)客戶端子系統(tǒng)包括Web瀏覽器和VRML瀏覽器插件兩部分。Web瀏覽器完成對網(wǎng)頁的解釋和執(zhí)行，將結(jié)果現(xiàn)實給用戶;VRML插件完成對VRML文件的語法分析、解釋和執(zhí)行，完成三維場景的生成和顯示。使得用戶能夠在二維網(wǎng)頁中實現(xiàn)三維商品查看和操作。(2)服務(wù)器端子系統(tǒng)包括模型的VRML文件、商品的查詢、管理和發(fā)布，以及VRML瀏覽器插件的下載。其中，VRML文件由三維設(shè)計軟件生成的商品模型導(dǎo)出得到，并根據(jù)實際顯示效果進(jìn)行調(diào)整，包括燈光、材質(zhì)、路由等處理。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)完成商品相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲。商品的查詢、管理和發(fā)布功能，則由動態(tài)網(wǎng)頁模塊完成。針對用戶對網(wǎng)絡(luò)上商品的展示缺乏真實感這一問題，展開對虛擬三維商品模型在網(wǎng)絡(luò)中的展示技術(shù)的研究。通過三維軟件對商品進(jìn)行建模，并利用虛擬現(xiàn)實中的VRML技術(shù)實現(xiàn)三維商品模型在網(wǎng)絡(luò)上的發(fā)布。既克服了二維展示的缺陷，又發(fā)揮了三維交互展示的效果。該方法具有良好的展示效果，對第二代WEB下的電子商務(wù)應(yīng)用有很好的應(yīng)用價值。參考文獻(xiàn):[1]段新昱:虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)與VRML編程[M].北京:高等教育出版社，虛擬三維場景下渲染技術(shù)的研究第3篇1.1三維的概念三維是指在平面二維系中又加入了一個方向向量構(gòu)成的空間系。所謂三維，按大眾理論來講，只是人為規(guī)定的互相交錯（垂直是一個很有特性的理解）的三個方向，用這個三維坐標(biāo)，看起來可以把整個世界任意一點的位置確定下來。原來，三維是為了確定位置。三維既是坐標(biāo)軸的三個軸，即x軸、y軸、z軸，其中x表示左右空間，y表示上下空間，z表示前后空間，這樣就形成了人的視覺立體感，三維動畫就是由三維制作軟件制作出來的立體動畫，實現(xiàn)再發(fā)展的趨勢。所謂的三維空間是指我們所處的空間，可以理解為有前后--上下--左右如果把時間當(dāng)作一種物質(zhì)存在的話再加上時間就是四維空間了。但是不難理解為，你可以在時間里任意往來回到過去，只是應(yīng)該理解為"剛才"和"現(xiàn)在"是不同的物質(zhì)存在，可是你不可能回到"剛才"和"過去"。三維是由二維組成的，二維即只存在兩個方向的交錯，將一個二維和一個一維疊合在一起就得到了三維。三維具有立體性，但我們俗語常說的前后，左右，上下都只是相對于觀察的視點來說。沒有絕對的前后，三維技術(shù)主要多運用于動漫產(chǎn)業(yè)，我國三維動畫主要有《探索地球村》（據(jù)說是中國第一部三維動畫），1.2三維地圖2004年11月，阿拉丁在全球創(chuàng)造性地提出三維仿真城市的概念，并推出全球首個三維仿真網(wǎng)絡(luò)城市-E都市杭州。公司從創(chuàng)辦之日起，憑借全球領(lǐng)先的三維仿真技術(shù)和工藝、一流的創(chuàng)業(yè)團隊和文化、巨額的風(fēng)險資通過三維實景模擬的表現(xiàn)方式，E都市網(wǎng)站無縫集成了城市電子地圖、三維電子黃頁、生活資訊、電子政務(wù)、同城電子商務(wù)、同城交友、虛擬社區(qū)等服務(wù)內(nèi)容。該平臺是以一種全新的人性化WEB界面表現(xiàn)，為城市百姓的生活、工作、旅游、出行參考、網(wǎng)上辦事、網(wǎng)上創(chuàng)業(yè)等活動提供便捷的解決方案；為城市政府機關(guān)、事業(yè)單位、商家企業(yè)提供面向市民宣傳互動的快速通道，從而更方便地實現(xiàn)電子政務(wù)、地圖查詢、黃頁查詢、電子商務(wù)、推廣宣傳等社會活動和經(jīng)濟活動。E都市的建立和發(fā)展，開拓了全球WEBGIS行業(yè)應(yīng)用的新方法和新思路，催生了一個新的技術(shù)領(lǐng)域，E都市模式已經(jīng)成為事實的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。作為中國目前最大的虛擬仿真電子地圖，E都市為普通人提供最優(yōu)秀的電子地圖和本地搜索服務(wù)；為眾多商家提供出了企業(yè)標(biāo)注、地圖廣告、定位廣告、商務(wù)地圖、API地圖租賃等多種產(chǎn)品服務(wù)；同時為3000多家合作網(wǎng)站提供了優(yōu)質(zhì)的三維位置地理信息服務(wù)。2渲染技術(shù)原理渲染，英文為Render，也有的把它稱為著色，但我更習(xí)慣把Shade稱為著色，把Render稱為渲染。因為Render和Shade值兩個詞在三維軟件中是截然不同的兩個概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。Shade是一種顯示方案，一般出現(xiàn)在三維軟件的主要窗口中，和三維模型的線框圖一樣起到輔助觀察模型的作用。很明顯，著色模式比線框模式更容易讓我們理解模型的結(jié)構(gòu)，但它只是簡單的顯示而已，數(shù)字圖像中把它稱為明暗著色法。在像Maya這樣的高級三維軟件中，還可以用Shade顯示出簡單的燈光效果、陰影效果和表面紋理效果，當(dāng)然，高質(zhì)量的著色效果是需要專業(yè)三維圖形顯示卡來支持的，它可以加速和優(yōu)化三維圖形的顯示。但無論怎樣優(yōu)化，它都無法把顯示出來的三維圖形變成高質(zhì)量的圖像，這時因為Shade采用的是一種實時顯示技術(shù)，硬件的速度限制它無法實時地反饋出場景中的反射、折射等光線追蹤效果。而現(xiàn)實工作中我們往往要把模型或者場景輸出成圖像文件、視頻信號或者電影膠片，這就必須經(jīng)過2.1.1渲染單元渲染管線也稱為渲染流水線，是顯示芯片內(nèi)部處理圖形信號相互獨立的的并行處理單元。在某種程度上可以把渲染管線比喻為工廠里面常見的各種生產(chǎn)流水線，工廠里的生產(chǎn)流水線是為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和效率，而渲染管線則是提高顯卡的工作能力和效率。渲染管線的數(shù)量是決定顯示芯片性能和檔次的最重要的參數(shù)之一，在相同的顯卡核心頻率下，更多的渲染管線也就意味著更大的像素填充率和紋理填充率，從顯卡的渲染管線數(shù)量上可以大致判斷出顯卡的性能高低檔次。但顯卡性能并不僅僅只是取決于渲染管線的數(shù)量，同時還取決于顯示核心架構(gòu)、渲染管線的的執(zhí)行效率、頂點著色單元的數(shù)量以及顯卡的核心頻率和顯存頻率等等方面。一般來說在相同的顯示核心架構(gòu)下，渲染管線越多也就意味著性能越高，例如16×1架構(gòu)的GeForce6800GT其性能要強于12×1架構(gòu)的GeForce6800，就象工廠里的采用相同技術(shù)的2條生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)能力和效率要強于1條生產(chǎn)流水線那樣；而在不同的顯示核心架構(gòu)下，渲染管線的數(shù)量多就并不意味著性能更好，例如4×2架構(gòu)的GeForce2GTS其性能就不如2×2架構(gòu)的GeForce4MX440，就象工廠里的采用了先進(jìn)技術(shù)的1條流水線的生產(chǎn)能力和效率反而還要強于只采用了老技術(shù)的2條生產(chǎn)流水線那樣。2.1.2像素渲染像素渲染可在功能上取代傳統(tǒng)的多紋理階段，它位于光柵化階段之后。它從光柵器、頂點渲染器、應(yīng)用程序、紋理貼圖幾處獲取數(shù)據(jù)。像素渲染器的計算結(jié)果可以寫入一個渲染目標(biāo)，然后將該渲染目標(biāo)設(shè)置為后續(xù)渲染的輸入紋理，這種技術(shù)稱為渲染到目標(biāo)。像素渲染器通常輸出一個float4類型的值。如果像素渲染器同時對幾個渲染目標(biāo)進(jìn)行渲染，則最多可以輸出4個float4值，這種技術(shù)稱為多渲染目標(biāo)。2.1.3頂點渲染頂點渲染可在功能上取代傳統(tǒng)的變換與光照階段，它位于鑲嵌階段之后，剔除與裁剪階段之前。鑲嵌階段結(jié)束后，便將一個頂點數(shù)據(jù)傳遞給頂點渲染器，頂點可能包含位置、紋理坐標(biāo)、頂點顏色、法線等數(shù)據(jù)。頂點渲染器不能創(chuàng)建或刪除頂點，它處理結(jié)束后至少要輸出頂點中的位置數(shù)據(jù)。2.1.4渲染紋理色彩是光的一種特性，我們通?？吹降纳适枪庾饔糜谘劬Φ慕Y(jié)果。但光線照射到物體上的時候，物體會吸收一些光色，同時也會漫反射一些光色，這些漫反射出來的光色到達(dá)我們的的眼睛之后，就決定物體看起來是什么顏色，這種顏色在繪畫中稱為“固有色”。這些被漫反射出來的光色除了會影響我們的視覺之外，還會影響它周圍的物體，這就是光能傳遞。當(dāng)然，影響的范圍不會像我們的視覺范圍那么大，它要遵循光能衰減的原理。另外，有很多資料把RADIOSITY翻譯成“熱輻射”，其實這也蠻貼切的，因為物體在反射光色的時候，光色就是以輻射的形式發(fā)散出去的，所以，它周圍的物體才會出現(xiàn)“染色”現(xiàn)象。三維虛擬仿真技術(shù)第4篇1三維虛擬環(huán)境框架虛擬環(huán)境的開發(fā)涉及了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、人工智能、高性能計算技術(shù)、模式識別、傳感技術(shù)、計算機圖形學(xué)、圖像處理等技術(shù),還涉及社會學(xué)、美學(xué)、氣象、通信、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科,復(fù)雜程度可想而知。虛擬現(xiàn)實要達(dá)到實現(xiàn)自然實時交互和逼真的多種感覺的要求,其組成主要應(yīng)包括幾方面:虛擬環(huán)境生成系統(tǒng),產(chǎn)生實時的圖像;用以確定參與者位置和動作的定位跟蹤系統(tǒng);提供虛擬空間多用戶協(xié)同交互功能的網(wǎng)絡(luò)接口;含有CAVE、PowerWall、立體顯示設(shè)備的沉浸式顯示系統(tǒng);提供立體聲源和判定空間位置的音效系統(tǒng);提供參與者感知力與壓力的反饋的觸覺和力反饋系統(tǒng)。虛擬環(huán)境[2]框架的功能主要體現(xiàn)在:首先支持對象的屬性和交互的訂購發(fā)布,同時提供回調(diào)和事件的通知機制,支持HLA的各種時間管理策略,從而達(dá)到在全部聯(lián)邦范圍內(nèi)的對象可以根據(jù)已給定的時序和消息傳遞關(guān)系來工作;其次是提供與各種對象定位、創(chuàng)建、刪除等相關(guān)的服務(wù),并且分類、統(tǒng)一組織管理不同功能和不同性質(zhì)的仿真實體,即是對虛擬場景的結(jié)構(gòu)和組織管理;最后還可以通過事件驅(qū)動和回調(diào)函數(shù)機制和場景對象組織、仿真對象管理功能集成,沉浸式人機交互設(shè)備和接口的集成。根據(jù)軟件模塊[3]的分層結(jié)構(gòu),我們把系統(tǒng)分為三個層次,如圖2所示,即用戶界面層、交互層和數(shù)據(jù)服務(wù),虛擬環(huán)境和仿真管理層。界面層提供的用戶界面輸入可以接收用戶對數(shù)據(jù)的訪問請求,然后經(jīng)環(huán)境和仿真層的相關(guān)轉(zhuǎn)換成為對數(shù)據(jù)服務(wù)層的訪問請求,然后數(shù)據(jù)服務(wù)層將其處理后通過中間層傳送給界面層進(jìn)行最終的輸出。實現(xiàn)虛擬場景的基礎(chǔ)是三維圖形引擎?，F(xiàn)在,開發(fā)者較多使用可以提供功能強大模塊的較為流行的繪制引擎,例如OpenGVS、CG2公司的Vtree和Multigen公司的Vega等,但是它們也存在很多不足:商業(yè)引擎開發(fā)缺乏靈活性,因為其一般都不提供底層開發(fā)接口,從而限制功能的擴展;商業(yè)引擎無法渲染出較為逼真的場景效果,浪費GPU的處理能力從而影響系統(tǒng)實時性;由于其功能繁多,產(chǎn)生冗余代碼也多,影響其運行效率。介于以上圖形引擎的諸多不足,OpenSceneGraph(OSG)作為虛擬場景圖形引擎,是一個跨平臺的、開放源碼的、高效的三維圖形引擎,目前應(yīng)用于高性能圖形設(shè)計領(lǐng)域中,例如虛擬現(xiàn)實、游戲、仿真、科學(xué)可視化等。OSG不僅提供基于OpenGL的面向?qū)ο蟮目蚣?還有加快圖形應(yīng)用開發(fā)的附加功能模塊和可擴展接2基于情景上下文的虛擬交互隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展以及人機交互在其中所占有的重要地位,虛擬環(huán)境和其參與者的人機交互作用賦予了新的內(nèi)涵。沉浸式虛擬環(huán)境[4,5]讓用戶有一種“身臨其境”的感覺,這也正是用戶與對象之間進(jìn)行交互的過程,其歸根結(jié)底要解決如何操作和改造虛擬環(huán)境中的對象。2.1語義對象與交互行為“信息透鏡”概念指的是界面對象通過視圖的不同縮放比例來顯示相對應(yīng)的外觀信息,這是Jazz在可伸縮用戶界面中提出的早期語義對象的概念;再如“按需提供細(xì)節(jié)(themantraofdetail.on.demand)”的技術(shù)[6]是BenShneiderman在信息可視化系統(tǒng)中提出的。語義對象的定義可以從實現(xiàn)面向語義的高層交互隱喻的目標(biāo)這個角度來詮釋,一個語義對象由交互構(gòu)件(interactioncomponent)、圖形構(gòu)件(graphicscomponent)、規(guī)則構(gòu)件(rulecomponent)、和應(yīng)用構(gòu)件(applicationcomponent)行為構(gòu)件(behaviorcomponen0構(gòu)成.在虛擬環(huán)境中的虛擬對象,它的語義一般包括一系列行為狀態(tài)和規(guī)則事件。換句話說,存在于虛擬環(huán)境中為用戶所感知的對象或者物體(包含其交互上下文的語義信息和外觀幾何信息)按照相應(yīng)的規(guī)則反饋和相應(yīng)所發(fā)生的交互事件,繼而完成相應(yīng)任務(wù)。通過我們分析觀察的上文所提及的事件,在人機交互中多由用戶所觸發(fā),一般分為虛擬場景中用戶化身的位置變化即化身位置感應(yīng)(PositionRps)和用戶在虛擬對象[7]上進(jìn)行各種交互操作的用戶手勢操作(GestOpt)。語義模型可以很好的解決場景圖處理不好交互語義的問題,它是具有特定應(yīng)用含義和組織形式的場景構(gòu)成模式,達(dá)到易于操作處理用戶界面的目的。在實際操作中,我們一般會遇到的例如對象在化身可操作范圍內(nèi)時處于“可操作”狀態(tài),離開操作范圍后變?yōu)椤安豢刹僮鳌睜顟B(tài),或者鼠標(biāo)的各項操作和三維手勢等。1)規(guī)則構(gòu)件[8]:在我們的現(xiàn)實世界里,有很多操作都會有特定的先后順序,比如先倒水再喝水,在虛擬世界中我們把它看作是是否響應(yīng)事件和如何響應(yīng)事件,規(guī)則構(gòu)件則表達(dá)了虛擬對象的交互規(guī)則和約束。另外,在現(xiàn)實世界里某些對象具有特定的供給屬性,比方說人可以在水里游泳卻不可以在陸地上,這就說明了水具有可以游泳的供給,而陸地不具備,所以規(guī)則構(gòu)件還含有某些特定的供給屬性,這也同時決定了某些對象的交互特2)圖形構(gòu)件:在某些情況下,當(dāng)我們需要對圖形構(gòu)件進(jìn)行更進(jìn)一步的抽象來實現(xiàn)高層交互語義時,接收的輸入內(nèi)容含有復(fù)雜的交互行為指令,這時圖形構(gòu)件就發(fā)揮了作用。它包含了虛擬對象的諸如紋理、顏色、材質(zhì)、形狀等屬性、語音信息以及動態(tài)特征等,方便同一層次中的交互行為。3)應(yīng)用構(gòu)件:當(dāng)用戶和虛擬環(huán)境發(fā)生交互時,當(dāng)圖形構(gòu)件提供相應(yīng)的視聽覺方面的線索于反饋時,應(yīng)用構(gòu)件表達(dá)與之相關(guān)的應(yīng)用任務(wù),并由交互構(gòu)件觸發(fā)執(zhí)行。4)交互構(gòu)件:交互構(gòu)件可以處理基本的交互事件如點擊和拖拽等,還可以處理完成給復(fù)雜的例如三維手勢的交互性操作。它主要做了處理接收和交互分發(fā)的工作,處理接收轉(zhuǎn)化用戶的交互操作以及語義對象能夠相應(yīng)的交互事件,將其發(fā)送給行為構(gòu)件來執(zhí)行。為實現(xiàn)復(fù)雜的交互操作,分析和推理交互事件通過調(diào)用規(guī)則構(gòu)件5)行為構(gòu)件:行為構(gòu)件反應(yīng)了虛擬環(huán)境中相應(yīng)對象的各種行為,在人機交互的過程當(dāng)中,通過調(diào)用圖形構(gòu)件的功能來實現(xiàn)執(zhí)行對象的行為。這些行為描述了語義對象對對象狀態(tài)變化和語義對象對用戶交互動作的響應(yīng)。行為構(gòu)件接收交互構(gòu)件所發(fā)來的查詢命令,將反饋狀態(tài)的信息發(fā)送給交互構(gòu)件,交互構(gòu)件因此來分析判斷最終決定執(zhí)行何種交互行為。語義對象體系結(jié)構(gòu)[9]中的各個構(gòu)件之間通過查詢規(guī)則狀態(tài)、反饋對象的行為規(guī)則及狀態(tài)或者功能調(diào)用來實現(xiàn)它們之間的通信,實現(xiàn)從輸入“事件”到輸出“反饋”的流程。在虛擬環(huán)境中,通過加入交互語義IS=來識別虛擬對象需要執(zhí)行的交互任務(wù)。交互對象為Object,用謂詞邏輯演算表達(dá)式來描述的觸發(fā)交互行為的規(guī)則為rule,參與者和相應(yīng)的交互對象所產(chǎn)生的動作為action,交互結(jié)果即所執(zhí)行的交互任務(wù)為task,交互產(chǎn)后后的多感知通道級視聽覺和觸覺等的反饋為feedback。綜上所述,我們通過一張圖來說明語義對象解析和響應(yīng)交互事件的過程:首先,經(jīng)過系統(tǒng)的分析整合,用戶的實際操作封裝成交互事件傳遞給正在交互的虛擬對象;其次,語義動作的生成,通過查詢該虛擬對象的語義規(guī)則然后將交互事件附上特定的語義屬性;最后,系統(tǒng)判斷做動作反饋還是進(jìn)行導(dǎo)航,還是選擇、操作或者控制任務(wù),如果是反饋,則包括紋理、材質(zhì)或顏色等可視化表達(dá)信息和旋轉(zhuǎn)平移等幾何變換。如何讓用戶根據(jù)實際感知來和虛擬環(huán)境進(jìn)行交互?通過人機接口系統(tǒng)將虛擬環(huán)境中的壓力、音響、圖像等信息傳送到這個封閉回路系統(tǒng)中的重要角色用戶的感官,并及時的將用戶的行為反應(yīng)通過傳感器進(jìn)行測試來調(diào)所以,隨著技術(shù)的日益完善,人已不再是被動的接受者于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)相對立,而是一個不可或缺的關(guān)鍵角色,這種觀念引導(dǎo)著更加和諧的人與虛擬環(huán)境的關(guān)系,也讓人機交互更加的人性化、真實化。3結(jié)束語虛擬現(xiàn)實主要通過使用計算機及其外部設(shè)備生成虛擬環(huán)境,并且能夠?qū)崿F(xiàn)對其中的實體進(jìn)行控制和交互操作。操作者能夠很好地融入到虛擬環(huán)境中,達(dá)到一種身臨其境的感覺。它是集傳感器技術(shù)、計算機圖形學(xué)、計算機仿真、人工智能、人機接口等多種高科技為一體的人機交互技術(shù)。作為一種高級的人機交互技術(shù),虛擬現(xiàn)實的研究主要圍繞著提高系統(tǒng)的構(gòu)想性、沉浸感、交互性來進(jìn)行。隨著對人類感知系統(tǒng)的不斷深入研究,三維圖形技術(shù)和多傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展,虛擬現(xiàn)實作為一項實用技術(shù),廣泛的應(yīng)用于很多領(lǐng)域,例如娛樂、訓(xùn)練、產(chǎn)品原型設(shè)計、教育、醫(yī)療、遙控操作等。虛擬現(xiàn)實研究的熱點也是重要的研究領(lǐng)域為虛擬環(huán)境,它是通過計算機生成聽、視、觸覺等感覺作用于用戶,使用戶產(chǎn)生“身臨其境”感覺的交互式視景仿真系統(tǒng)。該文所構(gòu)建的仿真虛擬環(huán)境的沉浸感還不足,可以通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的傳感器技術(shù)、人工智能等技術(shù)來加強,考慮逐步增加其它交互通道。參考文獻(xiàn)[1]王曉偉.虛擬環(huán)境及其應(yīng)用[J].計算機工程與應(yīng)用,1994,16(4):60-63.[2]王紅兵.虛擬現(xiàn)實技術(shù)——回顧與展望[J].計算機工程與應(yīng)用,2001,37(1).[3]薛曉明,敬萬鈞,劉錦德.虛擬環(huán)境交互技術(shù)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2001(S2):549-552.[4]雷超,戴國忠.三維交互體系結(jié)構(gòu)的研究與實現(xiàn)[J].計算機研究與發(fā)展,2001,38(5):557-562.[5]李自力.虛擬現(xiàn)實中基于圖形與圖象的混合建模技術(shù)[J].中國圖象圖形學(xué)報,2001(1)..[6]劉賢梅.虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報,2002(2).[7]王煒,包衛(wèi)東.虛擬仿真系統(tǒng)導(dǎo)論[M].長沙:國防大學(xué)出版社,2007.[8]吳旭光,楊慧珍,王新民.計算機仿真技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005三維虛擬仿真技術(shù)第5篇中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X(2011)03(a)-0000-00長期以來，無人機裝備的操作訓(xùn)練一般依賴于實裝開展，受到場地、人員、裝備維護(hù)保養(yǎng)的限制，具有效率低、代價高、訓(xùn)練內(nèi)容片面的弊端。利用虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行無人機操作訓(xùn)練，能夠有效克服實裝訓(xùn)練中存在的問題，且經(jīng)濟、智能、可重用，具有廣闊的應(yīng)用前景。無人機虛擬仿真三維交互模型作為用戶訓(xùn)練中的直接操作對象，對整個虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，必須具備逼真的外觀形象和強大的交互功能，其設(shè)計實現(xiàn)涉及到計算機仿真與虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)和結(jié)合機制問題。采用Pro/E、3DSMAX及Cult3D軟件相結(jié)合的形式，利用三者之間的兼容性進(jìn)行優(yōu)勢互補，是解決上述問題的有效途徑[1-4]。在分別運用Pro/E和3DSMAX對無人機實現(xiàn)精確建模和動畫模擬的基礎(chǔ)上，借助Cult3D進(jìn)一步實現(xiàn)模型的交互功能，能夠有效確保無人機虛擬仿真三維交互模型的逼真度、沉浸感和可控性，對提高無人機虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練實效具有重要意義。1無人機三維實體模型的建立由于Cult3D本身沒有仿真建模功能，3DSMAX難以實現(xiàn)精確三維建模，故無人機三維實體仿真模型需借助Pro/E軟件來建立[5]。Pro/E是美國PIE公司推出的一款CAD/CAM/CAE集成解決方案，是目前應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)仿真設(shè)計軟件之一。它采用設(shè)置特征參數(shù)的建模方式，使用參數(shù)來描述零部件的形狀、尺寸和屬性，所建三維模型的精度較高。圖1所示為基于Pro/E軟件建立的無人機某零件三維模型。考慮到在無人機操作訓(xùn)練中，涉及大量的零部件的拆卸組裝以及配合運動過程，無人機三維實體模型的建立采用拼接法，即先建立各個零部件的獨立模型，再組裝成整體，具體過程為：首先，對無人機所含零部件進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計和尺寸測量，并予以標(biāo)識；其次，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和測量參數(shù)，使用Pro/MOLDESIGN模塊創(chuàng)建各個零部件的三維模型，并予以修改和完善。所建立的單個零件模型要進(jìn)行規(guī)范的命名編號，以方便后期的合成組裝；再利用Pro/ASSEMBLY模塊將所有零部件進(jìn)行組裝，形成無人機整體模型；最后將Pro/E生成的*.prt文件導(dǎo)出為*.stl格式文件。圖1基于Pro/E軟件建立的無人機某零件三維模型2無人機模型的渲染和動畫設(shè)計3DSMAX是Autodesk公司推出的一款三維動態(tài)仿真軟件[6]，具有強大的材質(zhì)編輯功能，能細(xì)膩模擬實物的質(zhì)地和紋理，在合理的燈光效果下可以渲染出逼真的視覺效果，給用戶帶來強烈的沉浸感。3DSMAX的動畫設(shè)計通過設(shè)置關(guān)鍵幀參數(shù)實現(xiàn)，操作方便簡潔，且?guī)缀跞魏螀?shù)都可作為關(guān)鍵幀參數(shù)，能夠生成多種復(fù)雜動畫[7]。3DSMAX與Pro/E相兼容，能夠?qū)ζ渖傻臒o人機三維模型進(jìn)行渲染加工和動畫設(shè)計，從而彌補Pro/E軟件的不足。圖2所示為基于3DSMAX軟件制作的無人機裝配三維動態(tài)模型。（b）無人機裝配圖2圖2基于3DSMAX建立的無人機裝配三維動態(tài)模型利用3DSMAX對無人機三維模型進(jìn)行渲染和動畫設(shè)計的具體步驟為：首先，將Pro/E導(dǎo)出的*.stl文件導(dǎo)入3DSMAX，對各個無人機零部件模型進(jìn)行材質(zhì)編輯、燈光效果設(shè)置。零部件模型使用實物照片進(jìn)行貼圖，并采用Ommi和Sky燈光作為背景燈光，力求渲染效果的逼真自然；其次，按照操作訓(xùn)練需求制作無人機模型動畫。按照具體操作步驟將動畫分解成若干階段，在每個階段規(guī)劃零部件的運行時間和順序，確保運動3無人機模型交互控制的設(shè)計Cult3D是由瑞典Cycore公司設(shè)計制作的一款三維虛擬仿真控制軟件，其基于“事件規(guī)劃窗口”的流程設(shè)計方式和圖形化編程模式，使得對三維模型復(fù)雜運動的交互設(shè)計變得十分簡單[8]。此外，Cult3D還提供了JavaAPI接口，用戶可以通過JAVA編程實現(xiàn)更強大、更復(fù)雜的控制功能。Cult3D與3DSMAX相兼容，能夠?qū)ζ渖傻臒o人機三維動態(tài)模型進(jìn)行交互功能設(shè)置，生成無人機虛擬仿真三維交互控制模型。借助Cult3DExport插件，在3DSMAX環(huán)境下將無人機三維動畫模型導(dǎo)出為*.c3d文件，再將*.c3d文件導(dǎo)入Cult3DDesigner中，即可進(jìn)行模型交互功能的設(shè)計制作，具體步驟為：首先，將所需的模型對象從“場景圖表”（參見圖3）中的拖入“事件規(guī)劃窗口”，并在“演示窗口”中設(shè)置好用戶視角；圖3Cult3D的“場景圖表”其次，將“世界啟動”和“計時器”圖標(biāo)拖入“事件規(guī)劃窗口”，并通過“計時器時間線編輯窗口”設(shè)置模型動畫的運行時序。設(shè)置模型運動時序是極為重要的步驟，要與3DSMAX中設(shè)置的動畫時間相兼容，否則將出現(xiàn)模型運動的錯亂。制作過程中，用戶可通過“演示窗口”對所設(shè)計的虛擬交互模型進(jìn)行預(yù)覽，查找錯誤并修正；然后，再將“點擊鼠標(biāo)左鍵”圖標(biāo)拖入“事件規(guī)劃窗口”，對模型對象運動的交互觸發(fā)進(jìn)行設(shè)置，直至訓(xùn)練操作運行完畢。最后，利用“文件發(fā)布對話框”將制作好的方案導(dǎo)出為*.co文件，作為虛擬仿真系統(tǒng)開發(fā)的無人機虛擬仿真三維交互控制模型素材。4結(jié)語利用Pro/E、3DSMAX及Cult3D軟件對無人機分別進(jìn)行三維實體建模、動畫設(shè)計、交互控制設(shè)計，最后生成了逼真的、可控的無人機虛擬仿真三維交互控制模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對無人機的三維運動仿真，操作訓(xùn)練模擬，大大提高了無人機虛擬仿真訓(xùn)練的可行性和實際效用。參考文獻(xiàn)[1]申蔚,夏立文.虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京:北京希望電子出版社,2002.[2]周曉琪.虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.三維全景技術(shù)——360°虛擬現(xiàn)實第6篇三維全景技術(shù)及其應(yīng)用全景也稱為全景攝影或虛擬實景,是基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術(shù)。是把相機環(huán)360°拍攝的一組照片拼接成一個全景圖像,用一個專用的播放軟件在互聯(lián)網(wǎng)上顯示,讓使用者能用鼠標(biāo)控制環(huán)視的方向,可左可右、可近可遠(yuǎn)觀看物體或場景。三維全景技術(shù)是一種桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù),并不是真正意義上的3D圖形技術(shù)。三維全景技術(shù)具有以下幾個特點:一是實地拍攝,有照片級的真實感,是真實場景的三維展現(xiàn)。二是有一定的交互性,用戶可以通過鼠標(biāo)選擇自己的視角,任意放大和縮小,如親臨現(xiàn)場般環(huán)視、俯瞰和仰視。三是不需要單獨下載插件,一個小小的JAVA程序,自動下載后就可以在網(wǎng)上觀看全景照片,或者使用QuickTime播放器直接觀看。并且,全景圖片文件采用先進(jìn)的圖像壓縮與還原算法,文件較小,一般只有100～150K,利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。四是素材的準(zhǔn)備工作簡單,制作容易,適于普通用戶。三維全景技術(shù)主要用于展示。例如,采用三維全景技術(shù)建立虛擬藝術(shù)館,讓學(xué)生還可通過計算機參觀各個展館,每一個參觀點都可以在空間360°范圍內(nèi)觀察,對于感興趣的藝術(shù)品,還可以將它拿起來仔細(xì)觀看。在教育教學(xué)領(lǐng)域,主要有以下兩方面的應(yīng)用:(1)校園風(fēng)光、校園文化、數(shù)字博物館、重點實驗室(如歷史、考古、醫(yī)學(xué)、生物等)等的對外展示。例如,鄭州輕工業(yè)學(xué)院將三維全景虛擬校園展示制作系統(tǒng)軟件的效果先一步應(yīng)用于數(shù)字校園建設(shè),將校園的特色做成一個美輪美奐的虛擬漫游,使每一位瀏覽者都能身臨其境地感受到學(xué)校的各種特色和教學(xué)環(huán)境。(2)構(gòu)建文物、生物標(biāo)本、地貌、教學(xué)模型、產(chǎn)品、模具等的360°造型,用于教學(xué)等。例如,復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院將寶貴的人體基礎(chǔ)標(biāo)本資源用三維全景技術(shù)來保存,用于教學(xué)和展示。在“第十二屆全國小學(xué)信息技術(shù)與課程整合觀摩展示會”中,數(shù)學(xué)課《觀察物體》的授課教師就沒有制作常規(guī)的課件,而是讓學(xué)生直接在網(wǎng)上操作“清明上河圖”的全景圖,更好地實現(xiàn)了自主探究學(xué)習(xí),得到了很好的教學(xué)效果,同時也得到了在場教師和評委的廣泛好評。但目前網(wǎng)上這類集中提供全景圖的網(wǎng)站很少,筆者只了解到全景環(huán)視網(wǎng)的全景圖庫(/picbank/catalog.asp)和中國全景網(wǎng)(/chinese.htm)提供一些建筑、風(fēng)景之類的全景圖。一些和教學(xué)尤其是中小學(xué)密切相關(guān)的全景圖在網(wǎng)上只能零散地找到一些,并且需要教師有較高的信息素養(yǎng)和檢索能力。因此,如果教師能夠自己開發(fā)切合教學(xué)內(nèi)容的全景圖,將更方便于教學(xué)。下面筆者就介紹如何運用三維全景制作工具簡單、高效、低成本地開發(fā)適合教學(xué)內(nèi)容需要的全景三維全景圖課件的制作三維全景圖的制作工具有:臺灣Ulead公司的COOL360、上海杰圖軟件技術(shù)有限公司推出的一整套全景制作解決方案、Apple公司的全景視頻產(chǎn)品專業(yè)解決方案QuickTimeVR、IBM公司出品的HotMedia軟件等。2.三維全景圖課件制作基本步驟(1)拍攝素材照片,準(zhǔn)備文字介紹信息。如果是用傳統(tǒng)光學(xué)像機拍攝的照片,就應(yīng)當(dāng)先轉(zhuǎn)換為數(shù)碼照片。(2)使用圖像處理軟件對照片進(jìn)行加工處理,調(diào)整亮度、對比度、色彩飽和度。(3)使用全景制作工具制作三維全景。(4)進(jìn)行預(yù)覽和網(wǎng)上發(fā)布。分別將處理好的圖片用軟件處理,預(yù)先生成作品進(jìn)行預(yù)覽,如果不符合要求則進(jìn)行修改,直到符合要求。然后保存好文件,再嵌入到網(wǎng)頁中。3.三維全景圖教學(xué)示例開發(fā)虛擬儀器展示是比較典型的對象全景,主要是讓用戶旋轉(zhuǎn)、交互地觀看儀器。我們可以為儀器創(chuàng)作配以解說詞和文字說明的三維旋轉(zhuǎn)體圖片,讓學(xué)生在虛擬的實驗室中對虛擬儀器進(jìn)行隨意地旋轉(zhuǎn)和任何視覺角度的觀察,以便學(xué)生詳盡了解儀器的構(gòu)造、功能和使用方法,同時達(dá)到預(yù)習(xí)實驗、復(fù)習(xí)實驗的目的。更重要的是,教師和學(xué)生在三維全景技術(shù)創(chuàng)造的虛擬現(xiàn)實環(huán)境中,可以沉浸其中,全身心地投入教與學(xué),既生動了課堂教學(xué),又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與積極性。這里以上海杰圖軟件技術(shù)有限公司的造型師的演示版2.0為開發(fā)工具,介紹一下計算機CPU和羅技無線鼠標(biāo)360°全景展示的制作方法。最終效果如右上圖所示:(1)準(zhǔn)備好一套環(huán)繞計算機CPU和羅技無線鼠標(biāo)對象360°拍攝的實物照片,這里分別準(zhǔn)備了9張,置于同一目錄下。最好用圖像處理軟件加工一下,調(diào)節(jié)照片的基本參數(shù),如亮度,飽和度和對比度。本教學(xué)示例中的照片拍攝比較簡單,只是為了示范對象全景制作。作為真正的作品或課件,應(yīng)當(dāng)在拍攝上多下工夫。為使拍攝照片減少抖動,最好使用專業(yè)三腳架配合拍攝,另外使用專門拍攝物品的360°旋轉(zhuǎn)臺,此設(shè)備有刻度,可使被拍攝物品的中心點保持一致,便于完整有序地拍攝全景實物照片。(2)用杰圖造型師軟件。該軟件提供了3種導(dǎo)入圖像方式:打開現(xiàn)有的圖像文件、從影像文件中抓取圖像和通過數(shù)碼攝像機捕捉圖像。(3)從菜單“文件”中選擇“打開圖形文件”,打開相應(yīng)的對話框。瀏覽準(zhǔn)備好的素材圖像文件,將它們按順序添加到右側(cè)窗格列表中,單擊“確定”按鈕。(4)在出現(xiàn)的對話框中,可調(diào)整和裁剪圖像。在左側(cè)窗格中定義圖像區(qū)域,通過四方向箭頭來縮放區(qū)域。右側(cè)列出素材圖像的縮略圖,可選中后,根據(jù)需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn),可單擊“逆時針旋轉(zhuǎn)90°”或“順時針旋轉(zhuǎn)90°”,確認(rèn)無問題后,單擊“確定”按鈕。(5)進(jìn)入圖像參數(shù)設(shè)置窗口,調(diào)節(jié)圖像?？商砑踊騽h除文件,改變文件順序,還有一項比較重要的工作是圖像對齊。該軟件提供兩種對齊模式:一種是點對齊,這種方式是先在各幅圖像上定義一個光標(biāo)點,再移動各幅圖像,使各幅圖像的特征點均準(zhǔn)確對到光標(biāo)點上。另一種是評議對齊,先確定一幅基準(zhǔn)圖,該圖完全不透明且不可動,拖動鼠標(biāo)或使用鍵盤將其他圖移到與基準(zhǔn)圖對齊的最佳位置。(6)選擇菜單“輸出”中的“預(yù)覽360°虛擬物體”預(yù)覽效果,如果不滿意,可繼續(xù)調(diào)節(jié)。(7)確認(rèn)合格后,選擇菜單“輸出”中的“輸出360°虛擬物體”,打開對話框,設(shè)置輸出參數(shù)。除文件名外,可采用默(8)單擊“保存”按鈕,生成360°虛擬物體的網(wǎng)頁文件。虛擬現(xiàn)實中三維顯示技術(shù)探究第7篇關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實,三維現(xiàn)實,真實感,人機交互一、引言虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是通過計算機來構(gòu)建真實感強、接近自然的人物及場景模型,支持人機交互,同時產(chǎn)生和現(xiàn)實社會中類似的反饋信息,從而幫助人們獲得真實感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,它主要綜合了傳感技術(shù)、圖像處理、三維圖形、人機交互等多方面的技術(shù),在“合理虛擬現(xiàn)實”、“夸張?zhí)摂M現(xiàn)實”、“虛幻虛擬現(xiàn)實”等多種應(yīng)用場合有著廣泛的應(yīng)用,可以說虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。而影響虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的一個重要因素就是顯示技術(shù),因為顯示技術(shù)直接影響到交互系統(tǒng)的整體效果,文中對此展開了討二、虛擬現(xiàn)實顯示技術(shù)影響因素一般情況下,典型的虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)主要包括:計算機硬件、虛擬交互程序、輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)五個部分,下面只針對影響顯示技術(shù)的重要影響因素進(jìn)行討論。1.計算機硬件在虛擬現(xiàn)實交互式系統(tǒng)中,計算機硬件是基礎(chǔ),尤其是顯示硬件;計算機硬件全面提供虛擬交互畫面以及交互功能的實現(xiàn),同時支持復(fù)雜的場景對象繪制以及數(shù)據(jù)計算。計算機硬件質(zhì)量的高低差異將直接影響到交互式系統(tǒng)的顯示效果和性能。2.虛擬交互程序虛擬交互程序是虛擬交互系統(tǒng)的核心,它定義了虛擬交互場景,包括各種人物模型、場景對象以及模型的的幾何模型、運動模型;同時交互程式定義了人機交互及響應(yīng)模式,也定義了運行時的顯示效果。三、三維圖形處理技術(shù)三維圖形處理技術(shù)是虛擬現(xiàn)實、計算可視化操作的基礎(chǔ),它主要涵蓋了圖形輸入、圖形表示、圖形變換、紋理貼圖、圖像輸出等內(nèi)容。1.三維幾何建模在虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)中,往往包括大量的場景對象以及人物模型,而這些虛擬對象模型是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對虛擬對象進(jìn)行建模主要包括三維聽覺建模、視覺建模兩個方面,其中視覺建模的主要內(nèi)容是三維幾何建模,也是構(gòu)建虛擬場景的基礎(chǔ)。三維幾何建模的工作內(nèi)容是通過三維建模軟件來描述現(xiàn)實世界中的物體,而三維建模軟件通常使用大量的細(xì)化的三角形來描述物體的表面,同時支持精確的坐標(biāo)表示,還可以使用貼圖來表示物體表面的紋理和樣式,從而增加物體的真實感。這種使用基于三維坐標(biāo)系的方式來構(gòu)建物體三維模型的過程就是三維幾何建模。幾何建模的主要內(nèi)容是完成物體在幾何層面的結(jié)構(gòu)表示,保護(hù)基本的圖形數(shù)據(jù)及其表示結(jié)構(gòu)。三維幾何建從最初的線框模型發(fā)展到曲面模型,再到后來的實體模型。2.真實感圖形顯示技術(shù)真實感圖形繪制與顯示技術(shù)最早起步于20實際70年代,而隨著計算機硬件以及光柵器的出現(xiàn),提高了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的真實感效果。在真實感顯示技術(shù)中,主要包括光照計算、紋理映射。但是僅僅使用簡單的光照計算模型,并不能得到較好的圖像顯示效果,主要是因為它忽視了場景中光線傳播對各個場景對象的影響,這樣就使得場景畫面過于呆滯,忽視了光線追蹤的光影效果。四、三維顯示技術(shù)1.三維顯示技術(shù)變革隨著光柵顯示器件性能的提升,已經(jīng)實現(xiàn)了在CRT顯示設(shè)備上顯示三維的立體圖像,但是需要經(jīng)過透視變換之后并且經(jīng)過真實感光照計算才行。但是這種圖像是經(jīng)過投影變換處理過的,實際上圖像還是二維的圖像,只是投影到了二維平面,因此只能稱之為“偽三維圖像”,一旦場景中對象的幾何形狀復(fù)雜或者深度遮擋要求較高時,這種顯示效果就不那么理想了。而目前,這種偽三維圖像處理技術(shù)應(yīng)用較為廣泛,而隨著技術(shù)的創(chuàng)新和變革,出現(xiàn)了真正的三維立體顯示技術(shù),即3D技術(shù)。這種3D技術(shù)是基于體視圖形技術(shù),它通過將左右眼的透視圖像表示成具備一定視差的“圖像對”,然后借助于立體眼鏡來查看,從而促使“圖像對”對應(yīng)左右眼的圖像在空間上融合,產(chǎn)生立體視圖,這樣就恢復(fù)了原來的立體效果。2.三維顯示技術(shù)分類目前來說,三維現(xiàn)實技術(shù)根據(jù)顯示效果和實現(xiàn)原理可以劃分為:偽三維圖像處理、3D技術(shù)、三維圖像處理。3.立體顯示技術(shù)投影原理立體顯示技術(shù)主要應(yīng)用了體視圖變換,這種投影方式主要是把人的雙眼各看做是一個點,生成兩幅不同視差的透視圖像,即體視圖;左眼對應(yīng)的簡稱左視圖,位于右眼的視圖稱為右視圖。在進(jìn)行觀察投影時,如果左眼可以看到左邊的的視圖,右眼看到右視圖,將這兩個視圖融合在一起形成立體視圖。根據(jù)投影平面的不同的位置不同,立體視圖分為水平面立體視圖和正立面立體視圖。由于在觀察水平面視圖時,圖像似乎是“躍然而起”;在觀察正立面視圖時,可以將視覺延伸到場景畫面的深處,從而產(chǎn)生良好的深度感,這樣立體畫面的趕緊4.三維圖像處理技術(shù)雖然目前偽三維圖像處理技術(shù)應(yīng)用較為廣泛,但是有理由相信真正的三維圖像處理技術(shù)必將取代這種偽三維圖像處理技術(shù),而這種技術(shù)有望出現(xiàn)在3D瀏覽器應(yīng)用領(lǐng)域。3D瀏覽器可以提供立體的網(wǎng)頁瀏覽方式,可以讓用戶體念全方位的資源搜索服務(wù),改善用戶體念。它可以讓用戶選擇立體的中心面網(wǎng)頁鏈接,讓新的網(wǎng)頁打開后處于立方體的右側(cè),并不會打擾正在瀏覽的頁面。五、結(jié)語虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種新型技術(shù),主要用于現(xiàn)實場景仿真,在軍事、游戲動漫等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,涉及層面廣。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是三維現(xiàn)實技術(shù)和三維建模技術(shù),也是主要的研究方向,研究和探討虛擬現(xiàn)實技術(shù),在科學(xué)研究、模擬仿真、軍事訓(xùn)練等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)[1]李晶.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用探索[J].裝備制造.2010(04)[2]許云,曲雙為,尹雅琪.面向未來的技術(shù)——虛擬現(xiàn)實[J].藝術(shù)與設(shè)計(理論).2011(05)[3]李菲.虛擬仿真中基于粒子系統(tǒng)的碰撞檢測算法研究[D].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)2012[4]付帥.X3D環(huán)境下的工控界面構(gòu)件封裝技術(shù)研究[D].武漢工程大學(xué)2012三維虛擬仿真技術(shù)第8篇地理信息系統(tǒng)(簡稱GIS)是人們將計算機引入與地理相關(guān)的學(xué)科后出現(xiàn)的一項新的技術(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展與普及,GIS技術(shù)也逐漸成熟。虛擬現(xiàn)實(VirtualReality,簡稱VR),又稱靈境技術(shù),其特征是沉浸性、交互性和多感知性,是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)[1]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入,在GIS中引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為當(dāng)前近幾年,數(shù)字校園作為整個數(shù)字城市的重要組成部分,越來越受到人們的關(guān)注。而虛擬校園GIS是數(shù)字校園的基礎(chǔ)和平臺。因此,通過VR-GIS為基礎(chǔ)來開展虛擬校園GIS及相關(guān)課題的研究適應(yīng)了信息社會發(fā)展的趨勢,具有重要的理論和現(xiàn)實意義[2]。虛擬漫游是在一個以逼真的視覺、聽覺和觸覺為一體的仿真虛擬空間,用戶可以借助一定的裝備在虛擬環(huán)境中從任意角度對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行觀察,從而產(chǎn)生身臨其境的真實感覺[3]。1虛擬漫游的實現(xiàn)虛擬漫游的實現(xiàn)一般可分為兩個部分:場景建模與場景漫游。場景建模是將所要仿真的場景與對象通過數(shù)學(xué)方法表達(dá)成存儲在計算機內(nèi)的三維圖形對象的集合,包括模型的建立,紋理的獲取和處理等。漫游是在所建立的場景的基礎(chǔ)上,利用漫游平臺提供的直觀的編程環(huán)境,通過適當(dāng)漫游算法,碰撞檢測來實現(xiàn)三維場景漫游。本文對目前主要的幾種實現(xiàn)工具進(jìn)行分類討論,介紹不同工具的特點和關(guān)鍵技術(shù),并舉例說明:1.1基于OpenGL與VisualC++6.0虛擬漫游技術(shù)開放式圖形庫(OpenGraphiclibrary)簡稱OpenGL,是美國SGI公司推出的開放式三維圖形軟件接口工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),它通過集成強大的可視化函數(shù)和其他大量的渲染、紋理影像、特殊效果,使其能繪制三維物體,生成三維場景。要實現(xiàn)虛擬漫游,必須有驅(qū)動工具。目前,國內(nèi)有許多專業(yè)的實時場景驅(qū)動工具。但也可以結(jié)合可視化編程工具如VC為平臺,利用OpenGL建立三維場景,調(diào)用3dsMAX建模的建筑模型,實現(xiàn)虛擬漫游。OpenGL自身可以繪制比較簡單或大場景的三維物體?？梢酝ㄟ^OpenGL提供的基本二維圖形的方法及三維圖形的函數(shù)庫等方法來建模型,如采用三角形網(wǎng)格表達(dá)地形景觀對象,然后采用紋理映射技術(shù)來增強視覺效果。同時對復(fù)雜地物可以采用專用的3dsMAX建模工具。而在建好的OpenGL場景中調(diào)用這些復(fù)雜模型就可以了。美國的Richards.S和Wright.J等人結(jié)合VC++在其著作《OpenGL超級寶典》中給出一個通用的方法[4]:…IntGetString(char*);讀入字符串VoidReadChunk(tchunk*);讀入下一個塊VoidProcessNextChunk(t3DModel*pModel,tChunk*);處理塊VoidProcessNextChunk(t3DModel*pModel,t3DObject*pObject,tChunk*)處理物體塊VoidProcessNextMaterialchunk(t3DModel*pModel,tChunk*);處理材質(zhì)塊VoidReadColorChunk(tMateriInfo*pMaterial,tChunk*pChunk);讀入顏色VoidReadVertices(t3Dobject*pObject,tChunk*)讀入object的頂點…也可以通過轉(zhuǎn)換工具將模型轉(zhuǎn)換成OpenGL格式的文件,如View3ds是把3dsMAX制作的3ds格式的三維模型轉(zhuǎn)換成OpenGL格式的較好的軟件。1.2基于VRML與Java虛擬漫游技術(shù)VRML可以運行在多種平臺之上,能夠更好地為虛擬現(xiàn)實環(huán)境服務(wù)。它提供對三維世界及其內(nèi)部基本對象的描述。可以結(jié)合3dsMAX強大的三維建模功能來建模。但VRML自身的交互能力并不是很強,要想創(chuàng)造出復(fù)雜的交互式的三維場景,它必須和其它的語言相結(jié)合。而Java是非常適合于開發(fā)跨平臺應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)編程語言,將VRML和JavaSAI腳本編程接口相結(jié)合,可以提供給用戶和VRML場景之間更加豐富、便捷的人機交要實現(xiàn)用戶和場景的基本的交互功能,就要利用Java與VRML的結(jié)合以構(gòu)建一個生動的、交互式的虛擬世界。通過兩種方法實現(xiàn):使用JSAI實現(xiàn)VRMI和使用EAI控制VRML。VRML的語法雖然并不復(fù)雜,但對一個大規(guī)模場景來說,其代碼量是相當(dāng)可觀的。為減少文件體積,加快瀏覽速度。在創(chuàng)建場景的同時必須要考慮對場景的優(yōu)化這個關(guān)鍵技術(shù),采用LOD的方法可以實現(xiàn)。以校園建筑為例其基本的LOD模型層次可分為[5]:LOD1:以建筑物的簡單外形,如包圍盒,作為建筑物的第1個LOD層,只指定表面材質(zhì)或采用小紋理重復(fù)。LOD2:以建筑物的三維模型附加表面材質(zhì)作為建筑物的第2個LOD層。LOD3:以建筑物的三維附加重復(fù)小紋理作為建筑物的第3個LOD層。LOD4:以建筑物的詳細(xì)外形作為建筑物的第4個LOD層。在充分利用LOD技術(shù)的同時,也要綜合地應(yīng)用多種方法。如對象的重用;使用原型;用gzip壓縮文件實現(xiàn)優(yōu)化;有節(jié)制地使用碰撞檢測等[6]。1.3基于VRmap或IMAGIS虛擬漫游技術(shù)VRmap或IMAGIS都是國產(chǎn)的優(yōu)秀的三維GIS軟件,其中VRMap是北京靈圖軟件技術(shù)有限公司擁有的完全自主知識版權(quán)的核心技術(shù),是國際領(lǐng)先的三維地理信息系統(tǒng)平臺軟件,提供從底層引擎到專業(yè)應(yīng)用的全面解決方案;由武漢適普軟件有限公司發(fā)行的IMAGIS國產(chǎn)3DGIS軟件性能好、價格適中,是一套復(fù)合型的GIS平臺。本文僅對IAMGIS進(jìn)行論述。在模型建立后,用戶可以利用三維場景實時漫游系統(tǒng)(IMAGIS3DBrowser)建立一個三維校園的場景,將所建立的校園三維模型以及相對應(yīng)的數(shù)字高程模型加入該場景中。以河南理工大學(xué)虛擬校園漫游系統(tǒng)為例,其漫游實現(xiàn)方法主要步驟如下:(1)設(shè)置新創(chuàng)建場景名稱并確認(rèn)存放路徑。(2)調(diào)入DEM,調(diào)整采樣方式。(3)疊加正射影像,支持多種圖形圖像格式。(5)添加建筑物模型文件,完成場景的生成。(6)在場景中創(chuàng)建編輯飛行路線及查詢[7]。1.4基于MultiGenCreator與Vega虛擬漫游技術(shù)建模工具M(jìn)ultiGenCreator和開發(fā)工具Vega為Paradigm公司提供了一套功能強大的虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具。其中MultiGenCreator是一個實時建模和圖形數(shù)據(jù)庫生成工具。Vega是應(yīng)用于實時視景仿真、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的世界領(lǐng)先的軟件環(huán)境平臺。在MultiGenCreator對于建筑模型建模的過程中,除了使用強大的MultiGen自帶的工具,如類似于函數(shù)調(diào)用的createexternalreference,可調(diào)用一個已經(jīng)做好的模型以外,還可以使用其他輔助工具建模,如AutoCAD等。最后進(jìn)行模型整理和紋理映射。場景模型建模完成后,對場景進(jìn)行實時漫游。Vega提供了兩種系統(tǒng)設(shè)計模式。一是使用Vega的lynx圖形用戶界面配置系統(tǒng),二是運用Vega提供的API函數(shù)(C語言)進(jìn)行程序開發(fā)。在虛擬漫游的校園GIS中,必須實時,準(zhǔn)確地判斷虛擬物體之間是否發(fā)生了碰撞,這樣才能用戶感覺到虛擬對象是真實存在的。通過Vega的Lyxn工具,基本可以不用編寫代碼而實現(xiàn)碰撞檢測功能。該方法簡單易實現(xiàn),但對于自定義的運動模型起不到實質(zhì)的作用。而采用常用的基于視線的碰撞檢測可以達(dá)到良好的效果,其檢測過程包括[8]:(1)設(shè)視點為V(即虛擬人的頭部位置)。(2)取視線上沿運動方向距離為d的點M。(3)連接V和M形成線段。(4)判斷為無碰撞,計算碰撞距離。2結(jié)束語著重討論了目前漫游校園GIS的實現(xiàn)技術(shù)。對各種不同的方法進(jìn)行分類,闡述了建模和漫游這兩個主要過程,并列舉實例說明其關(guān)鍵技術(shù)與方法。不同方法和技術(shù)有著不同的優(yōu)點,其適應(yīng)領(lǐng)域范圍也有所不同,如VRmap與IMAGIS,作為一個集成性開發(fā)平臺,它們提供了從數(shù)據(jù)處理,建模到漫游系統(tǒng)構(gòu)建一系列工具,適用于大景觀如三維城市,旅游系統(tǒng)等;而VRML與Java相結(jié)合適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,VRML文件數(shù)據(jù)量小,具有降低傳輸量的優(yōu)點與Java平臺無關(guān)性,交互性強的特點使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)來瀏覽訪問虛擬三維場景,這是其他開發(fā)工具所不具備的優(yōu)點。而VegaPrime是專門應(yīng)用于實時視景仿真、聲音仿真和VR等領(lǐng)域,特別是在戰(zhàn)場、武器仿真方面。同時,各種工具的使用也不是相互孤立的,如MultiGenCreator和3dsmax做為通用的專業(yè)建模工具,可以將創(chuàng)建的復(fù)雜模型轉(zhuǎn)換為適當(dāng)格式后,被其他開發(fā)工具調(diào)用。在國內(nèi)外的應(yīng)用發(fā)展中,VRmap和IMAGIS是國內(nèi)優(yōu)秀的三維GIS平臺軟件,在國內(nèi)各個領(lǐng)域GIS開發(fā)中逐漸成為主流工具,并受到國外的青睞。OpenGL做為開放性三維圖形軟件接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),無論是在圖形與動畫制做,VR技術(shù)還是可視化應(yīng)用中都起到重要的作用,并將更深入、更廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。摘要：目前地理信息系統(tǒng)(GIS)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VR)相結(jié)合是研究的熱點之一,利用三維技術(shù)在校園GIS中實現(xiàn)虛擬漫游能使用戶通過交互的方式,以不同角度對場景進(jìn)行全方位漫游及分析查詢。對現(xiàn)有的實現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行分類,并分析討論了它們的基本特點和關(guān)鍵技術(shù)。最后分析總結(jié)并簡述國內(nèi)外發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：三維技術(shù),虛擬漫游,校園GIS參考文獻(xiàn)[1]TheVirtualRealityModelingLanguageInternationalStandard[S].ISO/IEC14772,1997.[2]徐峰,陳智敏.虛擬校園三維仿真系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007(4).[3]曾芬芳.虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2002.[4]RichardsS,WrightJ,等.OpenGL超級寶典[M].蕭湘工作室,譯.北京:人民郵電出社,200:600-612.[5]孫博玲,劉子強,等.校園漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].應(yīng)用科技,2004(5).[6]王洪,朱清新.用VRML實現(xiàn)虛擬校園的實時漫游[J].計算機應(yīng)用,2004,24(12):141-142.[7]向中林,王潤懷.IMAGIS下虛擬校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報,2006(4).虛擬現(xiàn)實場景中三維建模技術(shù)研究第9篇虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指利用計算機模擬現(xiàn)實世界,為用戶提供身臨其境的視覺、聽覺和觸覺感官模擬技術(shù),因其具有感知性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性的特點[1],近年發(fā)展迅速,如今已被廣泛應(yīng)用于建筑項目的視景演示,城市規(guī)劃,文物保護(hù),飛行和駕駛訓(xùn)練模擬,軍事武器研發(fā)、試驗,虛擬動漫游戲,遠(yuǎn)程教育以及醫(yī)學(xué)手術(shù)等領(lǐng)域[2]?；趯嵕暗娜S場景建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實研究的基礎(chǔ),是國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實研究領(lǐng)域的研究熱點。美國北卡羅來那大學(xué)(UNC)計算機系在分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真有國際領(lǐng)先成果[3]。日本在基于虛擬現(xiàn)實的游戲方面處于領(lǐng)先地位[4]。和國外相比,國內(nèi)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面的研究起步較晚,不過近年來,已經(jīng)取得了一定的成績,比如浙江大學(xué)CAD&CG國家重點實驗室研究開發(fā)的桌面型“虛擬故宮”實時漫游系統(tǒng)[5];北京新奧特成功開發(fā)了虛擬演播室系統(tǒng)等項目[6]均是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用實例。二、虛擬現(xiàn)實三維建模的主要內(nèi)容隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,作為其技術(shù)基礎(chǔ)的虛擬三維空間場景的建模,越來越多的受到人們的關(guān)注和重視。本文以校園場景為建模對象來加以討論。首先,對校園內(nèi)各個場景進(jìn)行數(shù)字化處理,結(jié)合數(shù)字化處理結(jié)果,利用3Dmax技術(shù)進(jìn)行建模和貼圖處理,然后借助于Virtools平臺進(jìn)行模型和貼圖信息的整合處理,從而形成虛擬三、虛擬現(xiàn)實三維場景建模方法及流程本文以校園場景為例著重討論三維場景的建模過程,結(jié)合校園場景的地形和建筑特點,將三維模型結(jié)構(gòu)劃分為三大部分,如圖1所示。根據(jù)圖1的劃分,將校園場景的三維模型轉(zhuǎn)化為對圖1中三大結(jié)構(gòu)的三維建模,從而對這三大結(jié)構(gòu)的三維場景建模方法及流程進(jìn)行討論。數(shù)據(jù)采集是虛擬現(xiàn)實場景建模中的重要環(huán)節(jié)之一,同時也是一項任務(wù)量十分繁重的工作。數(shù)據(jù)采集的結(jié)果將直接影響虛擬三維場景模型的逼真度和沉浸感[9],如何進(jìn)行數(shù)據(jù)采集能最大限度的保證建模的逼真度是本文研究的重要問題之一。本文結(jié)合圖1中的模型結(jié)構(gòu),針對每部分模型的特點,采用不同的方法對各部分模型結(jié)構(gòu)分類進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。(1)建筑物模型教學(xué)樓、宿舍樓等這類建筑物是校園場景中的主體,這些主體對象建模質(zhì)量的好壞關(guān)系到整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的好壞,如何更真實更逼真的反應(yīng)這些主體對象,是整個系統(tǒng)建模的關(guān)鍵之處,因此,對這些對象建模時,需要掌握較為準(zhǔn)確的尺寸信息,包括各個建筑物自身的比例以及相互之間的比例情況,那么,這些場景對象的數(shù)據(jù)采集主要是來自學(xué)校施工單位提供的建筑圖紙并輔以人工測量的數(shù)據(jù),這樣最大限度的保證建筑模型在框架和結(jié)構(gòu)上和實景有相似的比例,最大限度的為后面的建模的逼真度提供保障。(2)不規(guī)則物模型樹木、草坪這類不規(guī)則的物體雖然不是校園的主體,但是正是因為有了這些不規(guī)則物,才能更真實的呈現(xiàn)和校園地形環(huán)境相符合的特點,同時也更近一步提高了校園場景主體的虛擬逼真度,因此,對這類不規(guī)則物的數(shù)據(jù)采集采用的是近距離的拍攝,通過拍攝來獲取二維圖片,從而進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集。(3)遠(yuǎn)景模型在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中,離開了遠(yuǎn)景會顯得不夠真實和逼真,因此,遠(yuǎn)景模型的建設(shè)也必不可少。由于遠(yuǎn)景離主體距離較遠(yuǎn),在建模時對尺寸的要求不高,比如天空和山脈,作為場景的一部分出現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中時,對其尺寸的精確度要求不高,只需要呈現(xiàn)一種視覺上的協(xié)調(diào)效果,因此,對遠(yuǎn)景數(shù)據(jù)的獲取相對容易。對于不同類型的模型采用不同的數(shù)據(jù)采集方法,大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率,節(jié)省了數(shù)據(jù)采集的時間,同時也兼顧了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)建模的逼真性要求。2、紋理處理紋理處理是場境建模中的另一個重要環(huán)節(jié),紋理處理的效果也會直接影響場景模型的逼真度。本文結(jié)合圖1中的模型結(jié)構(gòu)圖,引入紋理處理的技術(shù),分類對模型采用不同的紋理處理方式。(1)建筑物的紋理處理學(xué)校的教學(xué)樓、宿舍和食堂這類建筑物的表面不是一個簡單的形狀,為了讓虛擬現(xiàn)實場景中的這類建筑物模型看起來更加逼真,需要通過紋理映射的方式來實現(xiàn)這些建筑物表面諸如房屋結(jié)構(gòu)、門窗等這些模型,同時還要調(diào)節(jié)紋理光線的明暗度,對紋理進(jìn)行拼接和鈍化處理等。(2)不規(guī)則物的紋理處理校園中的樹木、草坪、路燈等這些不規(guī)則物體是夠成虛擬校園場景的必要組成部分,這些不規(guī)則物體的逼真度也很大程度上反映出虛擬校園三維場景的逼真度。由于不規(guī)則物的數(shù)據(jù)獲取主要來源于相機拍攝的圖片,因此在拍攝照片時應(yīng)盡可能多的獲取場景信息,然后使用專業(yè)軟件,比如phtoshop軟件,對紋理的亮度、對比度、色調(diào)和密度等進(jìn)行統(tǒng)一編輯和處理。另外,在對不規(guī)則物體的紋理處理中采用了拼接技術(shù),大大簡化了處理的難度,提高了工作效率。比如使用紋理拼接技術(shù)在處理草坪時,使用用幾種草坪的小紋理模型就可以映射出一片草坪模型。(3)遠(yuǎn)景模型的紋理處理本文中涉及到的遠(yuǎn)景模型最典型的是天空,其特點是與視點的距離遠(yuǎn),在模型中重在體現(xiàn)視覺效果。對天空的處理,可以采用紋理變換的方法實現(xiàn)動態(tài)移動的云彩效果,增加視覺上的動感和沉浸感。將不同的紋理處理方法分類應(yīng)用于不同類型的模型結(jié)構(gòu)中,提高了建模的效率,增強了建模的效果。三維虛擬仿真技術(shù)第10篇關(guān)鍵詞：三維虛擬技術(shù)；自動變速器課程；可視化目前，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。自動變速器因其操作的便利性以及使用的舒適性，在現(xiàn)代汽車配置中顯示出檔次，在車輛中占用的比例也越來越高。自動變速器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，集機、電、液技術(shù)于一體，包含液力變矩器、行星齒輪組、電氣控制部分、換擋執(zhí)行機構(gòu)等。機械部分包含了離合器、制動器、活塞機構(gòu)等，而其中的油路尤為復(fù)雜，使得拆裝難度加大，導(dǎo)致教師在授課過程中講述原理及應(yīng)用時捉襟見肘，在一定程度上影響課堂教學(xué)效果。將三維虛擬技術(shù)廣泛范圍應(yīng)用于汽車的設(shè)計裝配中，極大地提高了生產(chǎn)設(shè)計效率。本文則將三維虛擬技術(shù)應(yīng)用到自動變速器檢測與維修課程的日常教學(xué)中，以增強可視化效果。一、目前存在的問題1.拆裝過程演示困難目前自動變速器檢測與維修教學(xué)中，普遍是教師先示范。因為學(xué)生人數(shù)眾多，導(dǎo)致示范的過程中很多學(xué)生看不清楚。因此，在拆裝過程當(dāng)中由于操作的不規(guī)范或操作不得要領(lǐng)導(dǎo)致設(shè)備損壞，造成教學(xué)上設(shè)備的浪費；或者學(xué)生通過查詢維修手冊進(jìn)行拆裝，形成了一道難以逾越的藩墻。例如，自動變速器拆裝部分順序是這樣描述：首先取下B2、K2、K1、K32，拆下后端蓋及輸出軸固定螺栓，然后取出輸出軸、花鍵轂、太2.原理演示不直觀自動變速器是集機電液一體的合成體，其結(jié)構(gòu)原理相對復(fù)雜，學(xué)生無法多視圖地觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更難以理解其中的原理，因此，將其中的原理表達(dá)清楚比較困難。以自動變速器中的K2離合器為例，現(xiàn)在很多教學(xué)采用的是靜態(tài)的圖片演示或二維圖片動畫，內(nèi)容不夠形象。二、實施方法針對零部件和模型等表達(dá)不夠清晰的問題，我們引入三維虛擬技術(shù)。1.零部件模型建立對自動變速器零部件進(jìn)行建模是最關(guān)鍵的一步。本例中大部分零部件采用簡單測繪技術(shù)重構(gòu)，再導(dǎo)入SolidWorks中。變速器模型主要由以下部分組成：（1）行星齒輪組。行星齒輪組主要用來改變速度比和力矩的執(zhí)行機構(gòu)，通過離合器制動器等對其進(jìn)行驅(qū)動或制動，來獲得不同的速比和輸出轉(zhuǎn)速的方向。其中的大部分齒輪是斜齒輪，但是對斜齒輪的測量有一定的難度，如果知道斜齒輪的基本參數(shù)測量也是可以得到順利解決的。（2）制動器和離合器。制動器和離合器是變速器中用來實現(xiàn)不同擋位的零部件。其中01M等采用的結(jié)構(gòu)基本都是摩擦片和鋼片的組合，結(jié)構(gòu)比較簡單。（3）滑閥箱。這是變速器的控制部分，是切換油路的執(zhí)行元件，里面包含各種液控閥和電磁閥。（4）油泵。其作用是為變速箱變矩器提供液壓油，其中結(jié)構(gòu)主要是通過吸油和壓油兩個動作來完成。2.三維虛擬裝配采用SolidWorks里面的各種功能，如爆炸視圖，動畫仿真，視圖渲染等三維虛擬技術(shù)來實現(xiàn)教學(xué)中的各種目標(biāo)。以K2的活塞為例，簡要說明三維虛擬技術(shù)在自動變速器檢測維修教學(xué)中的優(yōu)勢。即可以利用其中爆炸圖的功能，做出動畫來說明其中的拆裝順序步驟；可以通過三維虛擬技術(shù)來簡要說明其原理圖，如工作時，活塞在液壓油由1-油孔進(jìn)入，由K2殼體和活塞形成空腔，進(jìn)而推動3-活塞往下運動。當(dāng)執(zhí)行動作結(jié)束時，活塞在4-回位彈簧作用下回位。（如圖1）三、結(jié)束語通過三維虛擬技術(shù)可以多視角地觀察每個零部件的結(jié)構(gòu)，甚至可以通過剖視圖來看清內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過動畫形象直觀地說明拆卸和安裝；同時，可以擴充到汽車檢測維修其他部分的機械拆裝維修教學(xué)，進(jìn)而提高教學(xué)和維修入門的效率。參考文獻(xiàn)：[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造：下冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.[2]郭龍.基于π演算的汽車底盤測功機智能主體VR系統(tǒng)的研究[D].天津：天津大學(xué)，2009.三維虛擬仿真技術(shù)第11篇關(guān)鍵詞：虛擬校園,建模,漫游動畫,交互虛擬現(xiàn)實是通過計算機來模擬一個三維空間的虛擬世界,為使用者創(chuàng)建一個具有身臨其境感覺的環(huán)境。三維虛擬校園正是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)