【正文】 。，將所有到達(dá)生命周期的粒子刪去。粒子系統(tǒng)充分體現(xiàn)了不規(guī)則模糊物體的運(yùn)動(dòng)性和隨機(jī)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。粒子系統(tǒng)函數(shù)是迄今為止用于描述不規(guī)則物體比較成功的函數(shù)之一，尤其是對(duì)邊界不明顯的模糊物體的模擬顯示有著獨(dú)特的優(yōu)越性。第3章 基于粒子系統(tǒng)的模糊景物的模擬粒子系統(tǒng)與傳統(tǒng)的圖形建模技術(shù)不同，物體由大量簡(jiǎn)單的粒子構(gòu)成。在此需求下對(duì)虛擬場(chǎng)景仿真平臺(tái)系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行了分析論證，并確定了合適的方案。虛擬場(chǎng)景仿真平臺(tái)中的地理景物必須與運(yùn)動(dòng)體的位置相匹配，并可容納仿真實(shí)體的布局和擺放。仿真時(shí)空表現(xiàn)集中體現(xiàn)在腳本上，腳本模型是虛擬場(chǎng)景仿真表現(xiàn)的一種常用模型，它是多媒體仿真模型的有機(jī)組成部分，是聯(lián)系抽象時(shí)空和形象時(shí)空的橋梁和紐帶。虛擬場(chǎng)景仿真對(duì)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(duì)象模型可以組裝成更大規(guī)模的組合對(duì)像模型，層次化的虛擬場(chǎng)景仿真對(duì)象構(gòu)成了系統(tǒng)的虛擬場(chǎng)景仿真模型。但它不是仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)的簡(jiǎn)單結(jié)合，虛擬場(chǎng)景仿真技術(shù)是一個(gè)自成體系的研究領(lǐng)域，有其自己的技術(shù)內(nèi)涵。場(chǎng)景設(shè)置模型調(diào)入地形調(diào)入天空實(shí)現(xiàn)特殊效果粒子系統(tǒng)場(chǎng)景刷新 單機(jī)模式下的場(chǎng)景顯示，進(jìn)行各個(gè)模型(模塊)的設(shè)置，通過人機(jī)交互的方式進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，來達(dá)到場(chǎng)景展示的一個(gè)功能。但是不能超過五個(gè)。主線程進(jìn)行場(chǎng)景顯示。主線程進(jìn)行數(shù)據(jù)條件判斷(即是否該仿真接點(diǎn)數(shù)據(jù)位都已具備)。網(wǎng)絡(luò)接口線程獨(dú)立于主線程工作，它接收來自其它幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。不同的運(yùn)行模式有不同的程序流程。本系統(tǒng)采用Visual C++ ，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(jì)而成。根據(jù)需求和上述的實(shí)施方案的選擇，虛擬場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的主要功能是能夠動(dòng)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(gè)逼真的仿真場(chǎng)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。MultiGen Creator系列軟件是美國MuttigenParadigm公司新一代實(shí)時(shí)仿真建模軟件，它在滿足實(shí)時(shí)性的前提下生成而向仿真的、逼真性好的大而積場(chǎng)景。3D Studio是Autodesk公司開發(fā)的一套用于微機(jī)上的制作動(dòng)畫及模型的應(yīng)用軟件。這些不足促使了專業(yè)建模工具軟件的迅速發(fā)展，模型建造完畢后可直接調(diào)入程序使用，完成了仿真系統(tǒng)和建模工具的直接交互。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(jìn)行繪制，然后導(dǎo)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(shí)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(shí)體。虛擬物體的三維造型可以借助于特殊的軟件自動(dòng)生成模型。本文中，主要涉及到對(duì)象物體的幾何建模。建模是通過獲取真實(shí)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。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(shì)。OpenGL提供一系列的三維圖形單元供開發(fā)者調(diào)用。OpenGL是由SGI公司開發(fā)的IRIS GL演變而來的復(fù)雜的3D圖形設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口。但其可移植性比較差，況且只能用在TNT系列顯卡上，所以應(yīng)用較少。3D Glide:其主要是同3D顯卡TNT系列結(jié)合。Direct3D: Microsoft推出的DirectX開發(fā)包中的3D圖形組件，是微軟公司于1996年為PC開發(fā)的API，與Windows95， Windows NT操作系統(tǒng)的兼容性好，可以繞過圖形顯示接口(GDI )直接進(jìn)行支持API的各種硬件的底層操作，大大提高游戲的運(yùn)行速度，是一系列高層與低層API的組合。Visual C++ :可以使用ODBC類(開放數(shù)據(jù)庫)和高性能的32位ODBC驅(qū)動(dòng)程序來訪問各種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)如Visual Foxpro 、Access SQL Sever等可以使用DAO類(數(shù)據(jù)訪問對(duì)象)通過編程語言來訪問和操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并管理數(shù)據(jù)庫對(duì)象與結(jié)構(gòu)。Visual C++ : C++ 集成開發(fā)環(huán)境(IDE)Visual C++ Studio是由Win32環(huán)境下運(yùn)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 Editor)項(xiàng)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。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(jī)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(duì)象。仿真軟件開發(fā)環(huán)境工具選定為Microsoft公司的Microsoft Visual C++ Visual C++ ，它不僅支持ANSI標(biāo)準(zhǔn)C，C++而且還支持微軟的擴(kuò)展C， C++，以及Unix的C， C++，是Windows 9X上操作最方便，功能最強(qiáng)大的C和C++編譯平臺(tái)。Windows XP操作系統(tǒng)是PC平臺(tái)窗口環(huán)境事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Windows XP操作系統(tǒng)所提供的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)有以下幾種:。再利用雙緩存技術(shù)(后臺(tái)緩存中執(zhí)行繪制指令，在前臺(tái)緩存中進(jìn)行圖像顯示)在屏幕上顯示飛機(jī)飛行三維圖形仿真過程。當(dāng)飛機(jī)模型能正常顯示時(shí)，再利用OpenGL中的強(qiáng)大繪制及渲染功能為飛機(jī)飛行運(yùn)動(dòng)三維圖形仿真程序添加場(chǎng)景，結(jié)合霧化、燈光等特效處理，使場(chǎng)景顯示效果更加逼真。雖然3DS MAX建模方便，效果逼真，但是用3DS MAX制作的動(dòng)畫沒有交互性，無法實(shí)時(shí)控制，而OpenGL的實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)大，因此需要將3DS MAX建立的飛機(jī)模型文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后將新模型文件添加到仿真程序工程中。本文開發(fā)虛擬場(chǎng)景仿真軟件，其設(shè)計(jì)流程主要包含三個(gè)步驟:第一步:首先利用專業(yè)建模軟件3DS MAX來建立飛機(jī)模型。虛擬場(chǎng)景仿真軟件的控制系統(tǒng)包括鍵盤控制。另外，向場(chǎng)景中添加霧，除了給人帶來真實(shí)的霧感之外，它還可以模糊遠(yuǎn)處的物體，使它們隨著觀察者的靠近而逐漸的清晰起來。我們之所以能看到物體，能分辨出物體的形狀和顏色，其實(shí)就是因?yàn)橛泄獾拇嬖?，光照的重要性不僅僅是因?yàn)樗谷丝梢钥匆娢矬w，而且它和反光表面、顏色和各種其它的特殊視角效果一起使三維圖形更加具有真實(shí)感。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了OpenGL強(qiáng)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(shí)現(xiàn)飛行仿真軟件中環(huán)境背景的模擬。本文中的環(huán)境背景主要包括草地、山脈、機(jī)場(chǎng)、跑道、太陽、天空和水。本文采用的是飛機(jī)跟蹤視角，即視點(diǎn)坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系的兩坐標(biāo)原點(diǎn)固聯(lián)，即兩原點(diǎn)始終保持一段固定的距離，也即視點(diǎn)坐標(biāo)系隨機(jī)體坐標(biāo)系進(jìn)行移動(dòng)，機(jī)體坐標(biāo)系相對(duì)于視點(diǎn)坐標(biāo)系沒有位移運(yùn)動(dòng)，只有繞各軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此在三維圖形仿真視窗中可以看見飛機(jī)飛行時(shí)的姿態(tài)變化，而地面坐標(biāo)系在XOZ平面內(nèi)有位移運(yùn)動(dòng)，仿真程序中通過飛行場(chǎng)景的移動(dòng)來體現(xiàn)飛機(jī)的飛行運(yùn)動(dòng)。本文將飛機(jī)原點(diǎn)取在飛機(jī)質(zhì)心，而各軸平行于地面坐標(biāo)系的三個(gè)軸，這種機(jī)體坐標(biāo)系為飛機(jī)牽連地面坐標(biāo)系。立軸OYt也在飛機(jī)對(duì)稱平面內(nèi)并垂直于OZt，指向座艙蓋為正。 圖22 地面坐標(biāo)系機(jī)體坐標(biāo)系主要用來描述飛機(jī)飛行姿態(tài)角以及實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的跟蹤視角。地面坐標(biāo)系原點(diǎn)A固定在地面的某點(diǎn)，鉛垂軸AYd向上為正，橫軸AXd與縱軸AZd為水平面內(nèi)互相垂直的兩軸。地面坐標(biāo)系主要用于繪制地形時(shí)確定大地的位置坐標(biāo)，它是與地球固連的坐標(biāo)系。虛擬場(chǎng)景仿真軟件中，坐標(biāo)系統(tǒng)是場(chǎng)景繪制和管理的基礎(chǔ)。飛機(jī)模型是虛擬場(chǎng)景仿真系統(tǒng)中的主體，它繪制的越精細(xì)，外形和真正的飛機(jī)實(shí)體越接近，就越能給人以更加逼真的視覺效果。而利用一些專業(yè)的三維建模軟件建模時(shí)不僅不需要編程而且可以很直觀的構(gòu)造模型，模型的外觀也更為精細(xì)。由于使用OpenGL程序構(gòu)建飛機(jī)模型外觀上比較粗糙，建模時(shí)的直觀性較差，建模后必須通過程序的運(yùn)行才能看到效果，這樣在建模的過程中不得不反復(fù)的運(yùn)行程序來看模型圖像，將會(huì)有許多時(shí)間浪費(fèi)在反復(fù)運(yùn)行程序上，而且修改模型時(shí)的效率較低。每個(gè)系統(tǒng)又由一個(gè)或多個(gè)功能模塊組成?？紤]到目前的投資能力和技術(shù)可行性，日前系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為AMD Athlon ，內(nèi)存DDR1G， XP，編程環(huán)境可視化的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言Microsoft Visual C++ 。文中根據(jù)一定的飛機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律模擬特定飛行器的運(yùn)動(dòng)，可以進(jìn)行手動(dòng)控制飛機(jī)的飛行，三維場(chǎng)景繪制主要用來顯示飛行器飛行的畫面，根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一些算法實(shí)時(shí)繪制飛行場(chǎng)面。研究如何利用當(dāng)前最新的三維建模與虛擬場(chǎng)景仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境的管理、維護(hù)和虛擬場(chǎng)景的逼真顯示等功能，提供實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的管理，如真實(shí)感圖形顯示、三維場(chǎng)景管理、聲音管理、地形調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象的交互以及實(shí)時(shí)對(duì)象維護(hù)等虛擬場(chǎng)景仿真平臺(tái)程序所需的多項(xiàng)功能，以適應(yīng)對(duì)不同人群的應(yīng)用需求。，而沒有將各種三維建模與虛擬場(chǎng)景仿真等高新技術(shù)手段結(jié)合在一起的直觀展示的軟件。但在國內(nèi)規(guī)劃領(lǐng)域目前卻應(yīng)用不多，這是因?yàn)?，三維數(shù)據(jù)模型需求量太大，這就使得三維建模與數(shù)據(jù)處理的工作量太大。中視典數(shù)字科技有限公司從事虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真、多媒體技術(shù)、三維動(dòng)畫研究與開發(fā)也都取的不錯(cuò)的效果，成功開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬場(chǎng)景瀏覽器軟件VRPlatform。浙江大學(xué)CADamp。在虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)方法。我國的九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金會(huì)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把虛擬環(huán)境仿真列入了研究項(xiàng)目。東京大學(xué)的廣獺研究室重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)的可視化問題，現(xiàn)在己經(jīng)有了4項(xiàng)成果:一個(gè)類似CAVE的系統(tǒng)、用HMD在建筑群中漫游、人體測(cè)量和模型隨動(dòng)、飛行仿真器。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。英國的Bristol有限公司發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的焦點(diǎn)應(yīng)該集中在軟件與整體綜合技術(shù)上，該公司將VIZ分成三大類別:實(shí)際環(huán)境檢測(cè)、虛擬環(huán)境控制、虛擬環(huán)境顯示。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究所開發(fā)一種名為“虛擬設(shè)計(jì)”的組合工具，可使得圖像伴隨聲音實(shí)時(shí)顯示。美國WrightPatterson空軍基地的“3D圖像和計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室”是在SGI4D/400工作站上建立了空間衛(wèi)星的虛擬環(huán)境來仿真近地空間和描述3D圖形衛(wèi)星模型環(huán)繞地球軌道的運(yùn)行狀態(tài)，使得仿真者對(duì)仿真對(duì)象信息的把握更加充分【5】。Dave Sims等人研制出虛擬現(xiàn)實(shí)撤退模型來觀看系統(tǒng)如何運(yùn)作。美國宇航局(NASA)研究的重點(diǎn)放在對(duì)空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真上，他們大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。在“需求牽引”和“技術(shù)推動(dòng)”下，近年來虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)取得的一些技術(shù)成果，并已集成了一些很有實(shí)用前景的應(yīng)用系統(tǒng)，而且智能虛擬世界也在不斷地發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維交互環(huán)境，在使用中，用戶是“投入”到這個(gè)環(huán)境中去，讓用戶在人工合成的環(huán)境中獲得“進(jìn)入角色”的休驗(yàn)。多媒體仿真技術(shù)是指計(jì)算機(jī)綜合處理各種媒體信息，包括文字、圖形、動(dòng)畫、圖像、聲音、視頻等，在各種信息間建立邏輯連接，并集成一個(gè)有交互功能的多媒體系統(tǒng)。可視化仿真技術(shù)的目標(biāo)是把由數(shù)值計(jì)算或?qū)嶒?yàn)獲得的大量數(shù)據(jù)按照其自身的物理背景進(jìn)行有機(jī)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(guān)系，便于把握過程的整體演進(jìn)，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律，豐富科學(xué)研究的途徑，縮短研究周期。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)等多種學(xué)科技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是九十年代計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)之一。再如，美國宇航局Ames研究中心的科學(xué)家將探索的火星數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到了火星的虛擬現(xiàn)實(shí)圖像，研究人員可以看到全方位的火星表面景象:高山、平川、河流、以及縱橫的溝壑里被風(fēng)化的斑斑的巨石，都顯得十分清晰逼真，而且不論你從哪個(gè)方向看這些圖，視野中的景象都會(huì)隨著你的頭的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變，就好像真的置身于火星上漫游。例如，失重是航天技術(shù)中的一個(gè)必須克服的困難，因?yàn)樵谑е厍闆r下物體的運(yùn)動(dòng)難以預(yù)測(cè)，因此為了在太空中進(jìn)行精確的操作，需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的仿真訓(xùn)練，以適應(yīng)失重時(shí)操作的特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)習(xí)中，對(duì)于第一次走上手術(shù)臺(tái)的醫(yī)生來說，通過虛擬現(xiàn)實(shí)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(dòng)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(dá)到亂真的程度。VR【2】可以應(yīng)用在商業(yè)上，創(chuàng)建虛擬商店、虛擬房地產(chǎn)漫游、建筑物可視化、虛擬旅游景點(diǎn)漫游、虛擬博物館等。VR界面也可以給技術(shù)人員及創(chuàng)作人員提供真實(shí)數(shù)據(jù)，以便正確地創(chuàng)建虛擬環(huán)境，這樣有助于用戶更快、更全面地分析理解數(shù)據(jù)。VR的“沉浸感”特征使它與一般的交互式三維計(jì)算機(jī)圖形有較大的不同:用戶可以沉浸于數(shù)據(jù)空間，可以從數(shù)據(jù)空間向外觀察，從而可以使用戶能以更自然、更直接的方式與數(shù)據(jù)交互。如當(dāng)受到力的推動(dòng)時(shí)，物體會(huì)向力的方向移動(dòng)、翻倒或從桌面落到地面等等。3. 行為(Behavior)虛擬物體在獨(dú)自活動(dòng)時(shí)、或相互作用時(shí)、或在與用戶的交互作用中，其動(dòng)態(tài)都要有一定的表現(xiàn)，這些表現(xiàn)或者服從于自然規(guī)律，或者遵循設(shè)計(jì)者想象的規(guī)律，這也稱之為VR系統(tǒng)的自主性(autonomy)。2. 交互(Interaction)虛擬物體與用戶間的交互是三維的，用戶是交互的主體:用戶能覺得自己