【正文】 良好的低層的 3D API，其運行平臺最為廣泛，為了獲得高質(zhì)量的三維圖形效果以及便于編程考慮，本文也是采用 OpenGL 作為開發(fā) 場景 系統(tǒng)平臺的三維圖形 API。由于與硬件的結(jié)合緊密，其執(zhí)行效率比 Direct3D 及 OpenGL 要高。 Visual C++ 支持Win32 平臺 (Windows 95， 98/， )應用程序 (Application)服務 (Service)和控件 (Control)的開發(fā)。 本科畢業(yè)設計論文 13 圖 虛擬場景仿真軟件的設計流程 仿真軟件實施方案論證 在軟件平臺上，整個 場景 仿真平臺系統(tǒng)的操作系統(tǒng)已經(jīng)選定為 Windows XP 操作系統(tǒng)。 第二步 :其次是將飛機模型文件格式進行轉(zhuǎn)換并導入工程。 特效系統(tǒng) 有了飛機模型，又有了環(huán)境背景的襯托，就已經(jīng)具備了 虛擬 場景 仿真 的 基本條件，但是飛行仿真的效果可能還不盡人意，因為在自然界中，除了一些有表面體積的物體以外，還有一些沒 有固定形體而又是自然界中固有的東西，比如空氣、陽光和霧。橫軸 OXt 與 YOZ 平面垂直，指向右翼為正。 虛擬場景 仿真系統(tǒng)程序中包含三種坐標系 :地面坐標系、機體坐標系和視點坐標系。 圖 虛擬場景仿真軟件的 整體 結(jié)構 模型系統(tǒng) 進行 飛行 仿真 首先是要繪制一個外型精細的飛機模型，而繪制飛機模型 的方法很多，即可以利用 OpenGL 圖形庫中的點、線、多邊形結(jié)合的方法來繪制，也虛虛擬場景仿真軟件 坐標系統(tǒng) 背景系統(tǒng) 特效系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 機場 和跑道 天空和 太陽 機體坐標系 視點坐標系 霧化效果 光 照效果 鍵盤控制 地面坐標系 模型系統(tǒng) 飛機三維模型 本科畢業(yè)設計論文 9 可以采用一些專業(yè)的三維建模軟件進行繪制。 基于以上考慮，提出了研究“ 基于 OpenGL 的虛擬 場景 仿真平臺”的開發(fā)。實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡設計，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，提供用于飛行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關單位的遠程連接。 日本是當前虛擬 場景 仿真技術的研究與開發(fā)領先的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模虛擬現(xiàn)實知識庫的研究。華盛頓大學華盛頓技術中心 的人機界面技術實驗室 (HIT Lab)進行感覺、知覺、認知和運動控制能力的研究?？梢暬抡婢褪菍?shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或動畫形式，使仿真結(jié)果可視化并具有直觀性 【 3】 。在航天領域， VR 技術也大有用武之地。 上述技術要素之間是相互關聯(lián)的，它們對于用戶的“存在”意識的影響，進而導致“沉浸感”的過程實際上是基于人的認知機理，因此可以說心理學是虛擬現(xiàn)實的物理學。導致 “ 沉浸感 ” ，其原因是用戶對計 本科畢業(yè)設計論文 3 算機環(huán)境的虛擬物體產(chǎn)生了類似于對現(xiàn)實物體的存在意識或幻覺 .為此，必須具備三種基本的技術要素 ： 1. 圖像 (Imagery) 虛擬物體要有三維結(jié)構的顯示，其中包括主要由以雙目視差、運動視差提供的深度信息，圖像顯示要有足夠大的視場，造成在圖像世界內(nèi)觀察 。 想象力是指用戶沉浸在 多維信息空間中，依靠自己的感知和認知能力全方位地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，尋求解答，形成新的概念。 VR具有三個最突出的特征，即三“ I”，特征可以由此來區(qū)分相鄰技術，如多媒體技術、科學計算可視化技術。 VR思想的起源可追溯到 1965 年 Ivan Sutherland 在 IFIP 會議上的 終極的 顯示 報告， 而 Virtual Reality 一詞是 80 年代初美國 VPL 公司的創(chuàng)建人之一 Jaron Lanier 提出來的。 3. 對 OpenGL 的紋理映射技術及原理進行闡述，并摸索出一套合理的紋理映射方法，在使用過程中實現(xiàn)了對 紋理的管理。 測試階段 5 月 8日 — 5 月 30日 進 行系統(tǒng)的測試。 作者 簽名： 日 期： 本科畢業(yè)設計論文 III 畢業(yè) 任務書 一、題目 基于三維動畫的虛擬場景實現(xiàn) —— 動態(tài)實體的運動控制和特效 二、指導思想和目的要求 綜合運用所學的基礎理論知識和專業(yè)技術知識 ， 研究學習虛擬仿真技術 ，通過學習書本知識和網(wǎng)絡資源，分析并解決項目中遇到的各種問題，通過 對基于三維動畫的虛擬場景實現(xiàn)這個項目的開發(fā)，學習和掌握如何利用 OpenGL 進行三維仿真。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。 編碼階段 4 月 8日 — 5 月 7日 完成相應的編碼并開始準備測試。 2. 設計了基于粒子系統(tǒng)的特殊效果，把粒子系統(tǒng)的行為模型和幾何模型統(tǒng)一起來，對粒子系統(tǒng)的屬性及隨機性作了理論性的分析研究，并對粒子系統(tǒng)進行了參數(shù)化設計和實時繪制。 it shows the plane fly and the missile tracing. 2. Detailed analyzed the attribute and the realized process of particle system， had made theoretically the analysis to the randomness of the particle system， unified the particle system behavior model and the geometry model, and had realized the dynamic environment (rain， snow， mist and dust and so on)modeling by using the particle granule system. 3. Demonstrated the technology and theory of the texture mapping， established a reasonable method of texture mapping， and realized the 本科畢業(yè)設計論文 III management of texture in use. Utilized the technology to realize the texture mapping of the scene and object in the virtual scene. Key words Virtual Scene graph， OpenGL Texture mapping， Particle system， GBMR， IBMR 本科畢業(yè)設計論文 1 第 1 章 緒論 虛擬現(xiàn)實技術的概況 虛擬現(xiàn)實的概念及起源 虛擬現(xiàn)實 (Virtual Reality，簡稱 VR)，是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境，具體地說，就是采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互 作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。其技術實質(zhì)在于提供了一種高級的人與計算機交互的接口。例如，用戶可以用手直接抓取虛擬環(huán)境中的物體，這時手有觸摸感，并可以感覺物體的重量，場景中被抓的物體也立刻隨著手的移動而移動。他感到被虛擬景物所包圍，可以在這一環(huán)境中自由走動，與物體相互作用，如同在已有經(jīng)驗的現(xiàn)實世界中一樣。如當受到力的推動時，物 體會向力的方向移動、翻倒或從桌面落到地面等等。虛擬現(xiàn)實技術為人們提供了一種理想的教學手段，目前己被廣泛應用在軍事教學、體育訓練和醫(yī)學實習中，對于第一次走上手術臺的醫(yī)生來說，通過虛擬現(xiàn)實技術的幫助，他們可以在顯示器上一遍一遍的模擬手術，移動人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術方案，這種模擬器顯示的人體結(jié)構可以達到亂真的程度。 可視化仿真技術的目標是把由數(shù)值計算或?qū)嶒灚@得的大量數(shù)據(jù)按照其自身 本科畢業(yè)設計論文 5 的物理背景進行有機地結(jié)合，用圖像的方式來展示數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的內(nèi)容和相互關系，便于把握過程的整體演進，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律 ，豐富科學研究的途徑，縮短研究周期。美國宇航局 (NASA)研究的重點放在對空間站操縱的實時仿真上，他們大量運用了面向座艙的飛行模擬技術。英國的 Bristol 有限公司發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實應 本科畢業(yè)設計論文 6 用的焦點應該集中在軟件與整體綜合技術上，該公司將 VIZ 分成三大類別 :實際環(huán)境檢測、虛擬環(huán)境控制、虛擬環(huán)境顯示。在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關算 法及實現(xiàn)方法 。 三 維軟件主要 擅長 對 三維模型 的建立 ，而沒有將各種三維建模與虛擬 場景 仿真等高新技術手段結(jié)合在一起的直觀展示的軟件。 每 個系統(tǒng)又由 一個或 多個功能模塊組成，整體結(jié)構如圖 所示。 坐標系統(tǒng) 虛擬 場景 仿真軟件 中，坐標系統(tǒng)是場景繪制和管理的基礎。立軸 OYt 也在飛機對稱平面內(nèi)并垂直于 OZt，指向座艙蓋為正 。設計中應用了 OpenGL 強大的渲染功能，如生成紋理，混合操作、紋理映射等，從而將各種環(huán)境背景高效的融合到一起，實現(xiàn)飛行仿真軟件中環(huán)境背景的模擬。 虛擬 場景 仿真軟件的設計流程 本文開發(fā) 虛擬 場景 仿真軟件，其設計流程主要包含 三個步驟 : 第一步 :首先利用專業(yè)建模軟件 3DS MAX 來建立飛機模型。 虛擬 場景 仿真軟件的設計流程如圖 所示。 MFC 是 Visual C++的核心，稱為“ 應用程序框架”，它一方面封裝了Windows95 API，另一方面使用稱為“消息映射”的機制把 Windows 消息和命令傳遞到窗口、文檔、視圖以及 MFC 應用程序的其他對象。 3D Glide:其主要是同 3D 顯卡 TNT 系列結(jié)合。OpenGL 提供一系列的外部設備訪問函數(shù)，使開發(fā)者可以方便地訪問鼠標、鍵盤、空間球、數(shù)據(jù)手套等這種直觀的三維圖形開發(fā)環(huán)境體現(xiàn)了 OpenGL 的技術優(yōu)勢。后來出現(xiàn)了仿真程序和特定的建模工具交互地建立，先使用傳統(tǒng)的 CAD 軟件 (如IDEAS， AutoCAD 或 3D Studio MAX)進行繪制，然后導出為 ads 文件，最后將ads 文件轉(zhuǎn)換成 OpenGL 可用的顯示列表，在需要顯示時調(diào)用顯示列表即可經(jīng)過一定的圖形格式轉(zhuǎn)換調(diào)入到仿真環(huán)境中，形成仿真系統(tǒng)中的實體。 本科畢業(yè)設計論文 16 虛擬 場景 仿真 軟件 的總體概述 根據(jù)需求和上述的實施方案的選擇，虛擬 場景 仿真系統(tǒng)的主要功能是能夠動態(tài)地調(diào)入物體模型，并加以修改，增添周邊環(huán)境和特殊效果，營造出一個逼真的仿真場景，并配以一定的聲音效果，使觀察者沉浸在逼真的虛擬仿真 環(huán)境中。主線程進行數(shù) 據(jù)條件判斷 (即是否該仿真接點數(shù)據(jù)位都已具備 )。但它不是仿真技術與多媒體技 術的簡單結(jié)合，虛擬 場景 仿真技術是一個自成體系的研究領域，有其自己的技術內(nèi)涵。 在此需求下對虛擬 場景 仿真平臺系統(tǒng)的各個實施方案進行了分析論證，并確定了合適的方案。 ，將所有到達生命周期的粒子刪去。 通過設定粒子的運動方式和屬性的動態(tài)變化過程，可以模擬多種自然現(xiàn)象。 記 T2 ∈ B 則 :T2x = (x%c + d)/m， 適當?shù)倪x取 c ， m就可以將 x ∈ [al ， b1]轉(zhuǎn)化為 T2x ∈ [a2 ， b2]。粒子系統(tǒng)元素的屬性定義 如下所示 : struct particle { float t。 }。 飛機尾焰仿真 飛 機尾焰的粒子系統(tǒng)模型 1. 飛機尾焰的定義 定義尾焰粒子數(shù)據(jù)結(jié)構為實數(shù)域上的一個 n維向量，如公式 (31)所示 : Rn={Pos， Spe， Aspe， Col， Lif ， Alp} (31) 它是組成尾焰的基本粒子， Rn 表示某一粒子的性質(zhì)和狀態(tài)，包括粒子的空間位置、運動速度、 加速度、顏色、壽命、淡化速度。 4. 尾焰粒子的消亡 尾焰粒子的消亡有以下兩種情況 : 1) 生命到了盡頭而自然熄滅。雖然粒子在三維空間中運行，其位置分布也是三維的，但是由于通常的紋理映射技術都是二維的，所以當粒子或者視點在場景當中運動時，可能由于相互角度的關系而發(fā)生失真現(xiàn)象，當視線平行于紋理映射平面時，甚至完全看不到紋理的存在。 3. 特殊效果的處理 經(jīng)過大量的模擬可知，導彈尾焰除了具有一般模糊景物的隨機性和動態(tài)性外，其特殊性是對色彩的模擬要求很高，尤其是尾部火焰的噴射效果，必須使尾部參差不齊，才能產(chǎn)生動