【正文】 3. 特殊效果的處理 經(jīng)過大量的模擬可知，導(dǎo)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)生動感。 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。 }。 記 T2 ∈ B 則 :T2x = (x%c + d)/m， 適當(dāng)?shù)倪x取 c ， m就可以將 x ∈ [al ， b1]轉(zhuǎn)化為 T2x ∈ [a2 ， b2]。 ，將所有到達生命周期的粒子刪去。但它不是仿真技術(shù)與多媒體技 術(shù)的簡單結(jié)合，虛擬 場景 仿真技術(shù)是一個自成體系的研究領(lǐng)域，有其自己的技術(shù)內(nèi)涵。 本科畢業(yè)設(shè)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。OpenGL 提供一系列的外部設(shè)備訪問函數(shù)，使開發(fā)者可以方便地訪問鼠標(biāo)、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(shù)優(yōu)勢。 MFC 是 Visual C++的核心，稱為“ 應(yīng)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(yīng)用程序的其他對象。 虛擬 場景 仿真軟件的設(shè)計流程 本文開發(fā) 虛擬 場景 仿真軟件，其設(shè)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。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 。 每 個系統(tǒng)又由 一個或 多個功能模塊組成，整體結(jié)構(gòu)如圖 所示。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(guān)算 法及實現(xiàn)方法 。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(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為人們提供了一種理想的教學(xué)手段，目前己被廣泛應(yīng)用在軍事教學(xué)、體育訓(xùn)練和醫(yī)學(xué)實習(xí)中，對于第一次走上手術(shù)臺的醫(yī)生來說，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的幫助，他們可以在顯示器上一遍一遍的模擬手術(shù)，移動人體內(nèi)的器官，尋找最佳手術(shù)方案，這種模擬器顯示的人體結(jié)構(gòu)可以達到亂真的程度。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。其技術(shù)實質(zhì)在于提供了一種高級的人與計算機交互的接口。 2. 設(shè)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(shè)計和實時繪制。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 測試階段 5 月 8日 — 5 月 30日 進 行系統(tǒng)的測試。 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。 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。 上述技術(shù)要素之間是相互關(guān)聯(lián)的，它們對于用戶的“存在”意識的影響，進而導(dǎo)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(xué)是虛擬現(xiàn)實的物理學(xué)。可視化仿真就是將數(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】 。 日本是當(dāng)前虛擬 場景 仿真技術(shù)的研究與開發(fā)領(lǐng)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。 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)。 虛擬場景 仿真系統(tǒng)程序中包含三種坐標(biāo)系 :地面坐標(biāo)系、機體坐標(biāo)系和視點坐標(biāo)系。 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。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 圖 虛擬場景仿真軟件的設(shè)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)。由于與硬件的結(jié)合緊密，其執(zhí)行效率比 Direct3D 及 OpenGL 要高。 上述方法要 花費大量的工作時間，且其建模過程的可見性和可操作性較差。若 滿足 ， 判斷線程同步標(biāo)記 是否為 0， 接收 數(shù)據(jù) 模型 1 節(jié)點 模型 2 節(jié)點 模型 3 節(jié)點 模型 4 節(jié)點 模型 5 節(jié)點 線程同步 場景控制 參數(shù) 場景刷新 本科畢業(yè)設(shè)計論文 17 若否，則等待，傳輸完畢，若是則將其置為 2，進行數(shù)據(jù)傳輸判斷線程同步標(biāo)記(文檔類中數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭晥D類中 )，在程序設(shè) 計中，則線程同步標(biāo)記還原為 0。最后，給出了虛擬 場景 仿真平臺的總體概述，包括虛擬 場景 仿真平臺的工作方式和表現(xiàn)手法。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 20 在實際應(yīng)用過程中，為了減輕計算機圖像生成系統(tǒng)的負擔(dān)，可以采用頂點數(shù)組來提高粒子系統(tǒng)的繪制效率，在取得同樣效果的情況下，有時用線段、 Billboard作粒子會比用點作粒子需要的粒子數(shù)量少，繪制負擔(dān)輕，因此，合理選擇粒子是提高繪制效率的重要環(huán)節(jié)。//粒子的生命期 float v。尾焰粒子集定義為上述尾焰粒子的有限集合，其中每一個粒子都具有上述的這些性質(zhì)和狀態(tài)，所有這些屬性都是時間 t的函數(shù)，粒子的初始屬性由隨機過程產(chǎn)生，通過粒子的狀態(tài)隨時間變化表示出動態(tài)的尾焰。 視線跟蹤技術(shù)的使用避免了這種情況的出現(xiàn)，該技術(shù)的原理是 :通過計算視點和粒子的相對位置，得到視線向量，然 后對該粒子的紋理映射平面進行一定的旋轉(zhuǎn)，使其垂直于視線向量。 4. LOD ( Level Of Detail)細節(jié)層次技術(shù) 層次細節(jié)模型思想是指對同一個場景或景物中的物體使用具。為了增強真實感，可以采用紋理映射技術(shù)為每個粒子貼上紋理圖。 。在本文中，粒子系統(tǒng)的屬性包括粒子的位置信息、速度信息、顏色信息以及生命周期等。粒子的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存著粒子在當(dāng)前時刻的 各種屬性，這些屬性在每個幀周期內(nèi)動態(tài)更新。 本章小結(jié) 本章根據(jù) 虛擬 場景 仿真系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)提出了飛機飛行仿真的整體結(jié)構(gòu)圖，即說明了此仿真軟件的基本構(gòu)成模塊，以及各模塊在仿真軟件中的作用，確 定了各坐標(biāo)系之間的相對運動關(guān)系，然后結(jié)合選用的工具軟件和課題實際要求，設(shè)計出 虛擬場景 仿真軟件的設(shè)計流程，根據(jù)其設(shè)計思路以此實現(xiàn)仿真。如果收到數(shù)據(jù)，則判斷線程同步標(biāo)記是否為 0，若是置其為 1，進行數(shù)據(jù)傳輸 (輔助線程到主程序文檔結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)傳輸 )傳輸完畢，線程同步標(biāo)記還原為 0。 早期的方法是在仿真程序中完成幾何建模，借助 OpenGL 豐富的圖形處理功能，結(jié)合計算機圖形學(xué)成熟的 Bezier， NURBS 等樣條曲面理論設(shè)計完成。但其移植性比較差，考慮到與各方面的兼容性，用起來比較麻煩，執(zhí)行效率上也未見得最優(yōu)。由于計算機的計算速度較快，所以可以實現(xiàn)顯示圖像的連續(xù)變化，達到平滑的動畫效果。它們是構(gòu)成飛機飛行運動三維圖形仿真軟件的基本場景。因此建立飛機模型是進行 虛擬場景 仿真軟件設(shè)計的第一步，也是構(gòu)成飛行仿真系統(tǒng)的必不可少的一部份。 ，這就大大降低了模型的三維表現(xiàn)效果。德國國家數(shù)學(xué)與計算機研究中心 (GMD)專門成立了一個部門，研究虛擬現(xiàn)實表演，沖突檢測，裝訂在箱子中的物體的移動，高速變換以及運動控制。它以仿真的形式給用戶創(chuàng)造一個反映實體對象變化與相互作用的三維圖形環(huán)境，通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設(shè)備，使人可以“進入”這種虛擬的環(huán)境直接觀察事物的內(nèi)在變化，并與事物發(fā)生相互作用，給人一種“身臨其境”的真實感。自主性是指虛擬環(huán)境中物體依據(jù)物理定律動作的程度。因此， VR 技術(shù)將從根本上改變?nèi)伺c計算機系統(tǒng)的交互操作方式。 shading， hidden surface removal，and texture mapping etc. It’ s main research work and results are as follows: 1. The virtual scene simulation platform is a software development environment based on OpenGL。 完成設(shè)計階段 3 月 2日 — 4 月 7日 完成系統(tǒng)的設(shè)計。 三、主要技術(shù)指標(biāo) 1. 研究基于 OpenGL 的軟件開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)飛機飛行及導(dǎo)彈飛 行實時動畫。利用紋理映射技術(shù)實現(xiàn)了虛擬場景中場景和物體的貼圖。這三個特征是交互性 (Interaction)、想象 本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 性 (Imagination)和沉浸感 (Immersion)。而不是窗口觀察的感覺 ； 顯示畫面符合觀察者當(dāng)前的視點，能跟隨視線變化 。例如，失重是航天技術(shù)中的一個必須克服的困難，因為在失重情況下物體的運動難以預(yù)測，因此為了在太空中進行精確的操作，需要進行長時間的仿真訓(xùn)練，以適應(yīng)失重時操作的特點。 Dave Sims 等人研制出虛擬現(xiàn)實撤退模型來觀看系統(tǒng)如何運作。浙江大學(xué)CADamp。由于使用 OpenGL 程序構(gòu)建飛機模型外觀上比較粗糙，建模時的直觀性較差，建模后必須通過程序的運行才能看到效果，這樣在建模的過程中不得不反復(fù)的運行程序來看模型圖像，將會有許多時間浪費在反復(fù)運行程序上，而且修改模型時的效率較低。本文將飛機原點取在飛機質(zhì)心，而各軸平行于地面坐標(biāo)系的三個軸，這種機體坐標(biāo)系為飛機牽連地面坐標(biāo)系，如圖 所示。雖然 3DS MAX 建模方便，效果逼真，但是用 3DS MAX 制作的動畫沒有交互性，無法實時控制，而OpenGL 的實時控制功能強大，因此需要將 3DS MAX 建立的飛機模型文件進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后將新模型文件添加到仿真程序工程中。 Visual C++ 還有以下特點 : C++ 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) Visual C++ 開發(fā)環(huán)境 Developer Studio 是由 Win32 環(huán)境下運行的一套集成開發(fā)工具所組成，包括文本編輯器 (Text Editor)資源編輯器 (Resource 本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 Editor)項目建立工具 (Project Build Facilities)優(yōu)化編譯器 (Optimizing Compiler)增量連 接器 (Incremental Linker)源代 碼瀏覽 器 (Source Code Browser)集成調(diào)試器 (Integrated Debugger)等 。 三維物體幾何建模技術(shù)和工具的選擇 建模是通過獲取真實環(huán)境的各種數(shù)據(jù)，然后根據(jù)應(yīng)用的需要，利用這些數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的虛擬模型。 虛擬 場景 仿真 軟件 的兩種工作方式 本系統(tǒng)采用 Visual C++ 作為仿真開發(fā)平臺 DirectSound 作為音效設(shè)計引擎，結(jié)合 Creator 或者使用 OpenGL 作為三維引擎， 3D Max 三維建模軟件，綜合設(shè)計而成。虛擬 場景 仿真對象模型之間具有分層的狀態(tài)和消息組合關(guān)系，若干基本對象模型 可以組裝 成更大 規(guī)模的組合 對像 模型 ，層次 化 的 虛擬 場景 仿真 對象 構(gòu)成了 系統(tǒng)的虛擬 場景 仿真模型。 。粒子系統(tǒng)實現(xiàn)的難點也在于此，可以說設(shè)置好了粒子系統(tǒng)的初始屬性，粒子系統(tǒng)的實現(xiàn)就完成了一半。在這里，把粒子系統(tǒng)的實現(xiàn)分成四部分 :【 8】 。 2) 粒子由于運動而超出了給定的邊界而中途天折。 融合就是指兩種圖案顏色的各分量依據(jù)一定的比例合二為一。按照粒子系統(tǒng)繪制流程，狀態(tài)刷新后的粒子將被逐一地映射到屏幕上，逐一對粒子進行計算和映射是十分耗時的過程，因此使用顯示列表技術(shù)處理粒子，維護和控制系統(tǒng)中的粒子老 化和消隱過程，可以大大減少繪制時間。而對形態(tài)的控制是通過改變相應(yīng)的參數(shù)來實現(xiàn)的。 //粒子類型 (運動或淡化 ) float a。這就需要將一個范圍內(nèi)的隨機數(shù)轉(zhuǎn)化到另外的范圍內(nèi)，具體而言，有如下數(shù)學(xué)描述 : Vx ∈ [al ， b1]，通過算子 T 的變換，使得 Tx ∈ [a2 ， b2]。粒子系統(tǒng)充分體現(xiàn)了不規(guī)則模糊物體的運動性和隨機性，符合物體物理本質(zhì)，從而能很好地模擬火、云、水、森林和原野等自然景觀。 圖 單機模式下的場景顯示 如圖 ，進行各個模型 (模塊 )的設(shè)置，通過人機交互的方式進