【正文】 aph (OSG) as a threedimensional virtual instrument programming language and realtime rendering tools, and selected as a development tool in Microsoft Visual Studio 2008. The first 3D virtual instrumentation technology and applications are introduced, then the language of OpenSceneGraph technology research, described several mon methods and classes draw primitives. The instrument should be as realistic as possible restore the reallife instrument and its function in the 3D virtual scene, and more humane operation. Thesis on the primitives in the 3D virtual scene rendering method with a brief introduction, and from these methods start to draw and design the ponents and functions of the threedimensional virtual instrumentation, and threedimensional virtual instrument design and drawing process made Detailed expositions in addition, the use of the OpenSceneGraph the update callback of related technologies conducted indepth study of the dynamic update of the data.Key words: OpenSceneGraph。在三維虛擬場景中儀表應該盡可能真實的還原現實生活中的儀表以及其功能，并能更加人性化地進行操作。本論文中選用三維圖形渲染引擎OpenSceneGraph（OSG）作為三維虛擬儀表程序設計語言和實時的渲染工具，并且選用Microsoft Visual Studio 2008作為開發(fā)工具。所以該論文主要分析三維儀表的原理，并在此基礎上分析和設計三維虛擬儀表。 論文各部分內容及時間分配：（共16周）第一部分 理解畢業(yè)設計任務，查閱文獻資料、學習開發(fā)工具、開題 (2 周)第二部分 開發(fā)環(huán)境搭建學習、設計任務分析與概要設計 (4 周)第三部分 詳細設計 (3 周)第四部分 程序編碼與測試 (4 周) 第五部分 撰寫畢業(yè)設計論文及修改 (3 周)評閱及答辯 論文評閱，答辯演示程序準備、演示講稿準備，答辯 (1 周)備 注 按規(guī)定提交論文、源程序、安裝程序、設計文檔、畢業(yè)設計光盤 指導教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘 要三維虛擬技術作為一門具有廣闊應用前景的新興科學技術，越來越受到大眾的關注，而以三維虛擬技術為基礎的三維虛擬儀表的應用尤為廣泛。 熟悉虛擬儀表的基本原理，以一款儀表為基礎設計程序實現建立三維建模、儀表驅動數據分析、儀表繪制、儀表動態(tài)更新、多角度展示等功能。通過本設計，可以熟悉虛擬仿真或三維游戲中三維圖形引擎的設計及場景中三維對象的動態(tài)更新與繪制方法，提高三維圖形應用開發(fā)能力。畢業(yè)設計(論文)三維虛擬場景中三維虛擬儀表程序設計畢業(yè)設計（論文）任務書題 目 三維虛擬場景中三維虛擬儀表程序設計 本論文的目的、意義 本設計是設計三維場景中的三維虛擬儀表，構建儀表三維模型，根據儀表驅動數據，實現在三維場景中的儀表動態(tài)展示。設計利用開源圖形開發(fā)工具OpenSceneGraph的場景管理功能、更新回調機制、幀緩存對象技術，實現模型加載、儀表圖形繪制。 學生應完成的任務 了解虛擬仿真或三維游戲引擎結構及三維場景動態(tài)更新的相關技術； 熟悉開發(fā)工具（Visual Studio 2008或QT）及開源三維圖形開發(fā)包OpenSceneGraph及其開發(fā)技術，熟悉面向對象程序設計語言C++及面向對象程序設計方法。 撰寫符合學校論文規(guī)范要求的畢業(yè)設計論文，整理設計文檔、源程序，演示程序及所需素材，刻盤備份。然而，如果不能對三維虛擬儀表的原理、功能和設計進行深入研究分析，三維虛擬儀表的功能和應用領域將會大大的受到限制。論文按照從理論到應用，從原理設計到實現的技術路線，結合一般虛擬儀表的原理、設計和功能，從基本出發(fā)，對三維虛擬儀表的原理、設計和功能進行了深入的研究。首先對三維虛擬儀表的相關技術及應用領域進行介紹，再對開發(fā)語言OpenSceneGraph的相關技術進行了研究，敘述了幾種常用繪制基本圖元的方法和類。論文主要對三維虛擬場景中基本圖元的繪制方法進行了簡要的介紹，并從這些方法入手，繪制和設計三維虛擬儀表的構件和功能，并對三維虛擬儀表的設計和繪制方法、過程作了詳解論述，此外，利用OpenSceneGraph中更新回調的相關技術對數據的動態(tài)更新進行了深入研究。 3D Virtual Instrument。 Application fields目 錄摘 要 IVAbstract V第1章 緒論 1 什么是三維虛擬仿真 1 三維虛擬仿真應用行業(yè) 1 三維虛擬仿真技術國內外研究現狀 2 美國研究現狀 2 日本的研究狀況 3 我國三維虛擬仿真技術的研究現狀 4 三維虛擬仿真技術對儀表的仿真 4 三維虛擬仿真技術與三維虛擬儀表 5 論文章節(jié)安排 5第2章 三維虛擬儀表的相關知識 6 三維虛擬儀表的發(fā)展史 6 常見三維虛擬儀表開發(fā)系統(tǒng) 6 本文所采用的語言和工具 6 常用開發(fā)虛擬儀表的語言和工具 6 本文選擇的語言和工具 6 基于OpenSceneGraph程序開發(fā)背景和環(huán)境介紹 7 基于OpenSceneGraph程序開發(fā)背景 7 開發(fā)工具VS2008 9 C++語言簡介 9 開發(fā)環(huán)境的配置 10 本章小結 13第3章 需求分析 15 三維虛擬儀表分析 15 一般儀表類型 15 一般儀表的構件和功能 15 三維虛擬儀表的分析設計 15 三維虛擬儀表的三維模型 15 語言和工具要求 16第4章 概要設計 17 三維虛擬儀表的組成 17 背景模板 17 刻度表 17 坐標系 18 總結 18第5章 詳細設計 19 osg如何繪制基本幾何圖元 19 構建幾何圖元框架和顏色設置 19 設置圖元紋理 23 三維虛擬儀表的繪制 27 三維虛擬儀表背景模板的繪制 27 三維虛擬儀表刻度表的繪制 32 坐標系的繪制 38 文字和數字標簽的繪制 39 三維虛擬儀表功能實現 44 刻度表指針轉動功能實現 44 坐標系曲線圖繪制功能實現 44 數據數字顯示功能的實現 45 本章小結 45結論 46致 謝 47參考文獻 48第1章 緒論 什么是三維虛擬仿真三維虛擬仿真技術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代高科技手段生成逼真的視、聽一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設備（鼠標、方向盤等外部配件）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，從而產生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。 三維虛擬仿真應用行業(yè)三維虛擬仿真技術主要可應用的行業(yè)有：（1） 建筑：城市規(guī)劃、道路橋梁建設、場館展示等隨著計算機圖形技術的不斷發(fā)展，人們在不斷地嘗試和找尋各種適合建筑業(yè)的三維圖形技術，正因為它比平面圖更直觀，在很多場合更能說明問題，比如建筑、文化設施的合理性，以及各種周邊綜合環(huán)境的考慮等方面都比平面數據更有說服力。三維仿真技術卻可以讓我們能隨意在三維的數字化城市里沿著街道行走，在觀察兩邊建筑的同時，隨意停留下來對重點規(guī)劃地段進行各種規(guī)劃方案的探討,我們可以實時地可交互地從各種視角，從各種高度來觀察這一新古典主義風格的建筑，以及他同周邊環(huán)境的關系。最后，還有一點也是很重要的，就是三維數據庫的概念，傳統(tǒng)的三維效果圖對于一個城市的整體規(guī)劃來說過于局限，簡單的對于一個街區(qū)來說，一個大城市，一條街少則幾公里，大則十幾公里，那么沿街將會有多少建筑物？成百上千，靠一張張的效果圖顯然是不行的，我們無法把握街區(qū)的總體效果，更談不上管理了。而三維仿真技術卻能夠支撐這種大數據量的三維圖形數據庫，管理好相應的項目，協調圖形數據同圖形可視化硬件之間的關系，使系統(tǒng)能保證在數據量不斷擴展的情況下不會產生系統(tǒng)性能的下降，滿足我們現時的各種規(guī)劃要求。房產模型品質的高低直接影響潛在客戶的購買欲望。經過本公司技術人員長期的設計構思，針對樓盤的戶型、不同的裝修風格、陽臺景觀、日照等因素制作成多媒體模型控制系統(tǒng)，通過三維虛擬仿真技術進行交互式的展示，當客戶查看某一戶型時,可以提供幾種不同的裝修方案給客戶瀏覽，給顧客一種身臨其境的感覺。（3） 交通：道路橋梁規(guī)劃設計、城市交通仿真、鐵道系統(tǒng)仿真等（4） 消防：消防演練、環(huán)境熟悉、模擬事故等（5） 軍事：數字沙盤、虛擬戰(zhàn)場等（6） 設計：設計效果展示等（7） Cg行業(yè)：互動廣告、三維產品展示等（8） 工業(yè)：工程仿真、設備管理、虛擬生產線、高危生產等（9） 文物保護：古跡復原、虛擬漫游等（10） 娛樂：三維PC游戲、模擬器游戲等（11） 地理：氣候、植被、水利模擬等（12） 教育：立體幾何教學、物理化學課件模擬等 三維虛擬仿真技術國內外研究現狀三維虛擬仿真技術一經應用，就向人們展示了誘人的前景，因此世界各國特別是發(fā)達國家進行了廣泛的研究，并且取得了矚目的成果。 美國研究現狀美國是三維虛擬仿真技術的發(fā)源地，美國的三維虛擬仿真的研究技術水平基本上就代表了國際三維虛擬仿真發(fā)展的水平。美國宇航局的Ames實驗室：將數據手套工程化，使其成為可用性較高的產品。大量運用了面向座艙的飛行模擬技術?，F在正致力于一個叫“虛擬行星探索”的試驗計劃。北卡羅來納大學的計算機系是進行三維虛擬仿真技術研究最早最著名的大學。Loma Linda大學醫(yī)學中心的David Warner博士和他的研究小組成功地將計算機圖形及三維虛擬仿真技術的設備用于探討與神經疾病相關的問題，首創(chuàng)了三維虛擬仿真技術兒科治療法。SRI研究中心建立了“視覺感知計劃”，研究現有三維虛擬仿真記住的進一步發(fā)展。華盛頓大學華盛頓技術中心的人機界面技術實驗室（HIT Lab）將三維虛擬仿真技術研究引入了教育、設計、娛樂和制造領域。喬治梅森大學研制出一套在動態(tài)虛擬環(huán)境中的流體實時仿真系統(tǒng)。二是進行單兵模擬訓練。四是進行指揮員訓練。另外在虛擬現實的游戲方面的研究也做了很多工作。NEC 公司開發(fā)了一種虛擬現實系統(tǒng)，它能讓操作者都使用“代用手”去處理三維CAD 中的形體模型，該系統(tǒng)通過數據手套把對模型的處理與操作者手的運動聯系起來。日本國際工業(yè)和商業(yè)部產品科學研究院開發(fā)了一種采用X、Y 記錄器的受力反饋裝置。該系統(tǒng)可以使用戶控制遠程攝像系統(tǒng)和一個模擬人手的隨動機械人手臂。東京大學廣瀨研究室重點研究虛擬現實的可視化問題。筑波大學研究一些力反饋顯示方法，開發(fā)了九自由度的觸覺輸入器，虛擬行走原型系統(tǒng)。他們還在研究虛擬現實中的手勢識別，已經開發(fā)了一套神經網絡姿勢識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以識別姿勢，也可以識別表示詞的信號語言。根據我國的國情，制定了開展三維虛擬仿真技術的研究。在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。該中心的成立，對發(fā)揮學校電子信息工程學院等其他院系和研究所在虛擬現實、虛擬仿真與虛擬制造等方面的研究優(yōu)