基于Vega Prime的实验中心虚拟漫游系统的研究与实现
|
摘要
为方便校内外学生、访问者更好的了解国家级实验教学中心,发挥实验教学中心的示范辐射作用,本文研究开发了一个基于Vega Prime 2.0的虚拟实验中心漫游系统,给使用者带来身临其境的临场感。使用Creator 3.0建立的模型数据库构建了真实、可流畅浏览的场景模型,以Vega Prime 2.0为基础,编写Visual Studio.NET 2003平台下的C++程序,实现了对视角的移动控制、受控物与场景模型的碰撞检测与响应、路径导航控制等操作。论文的主要工作如下:
1)使用Creator构建了具有真实感的实验中心场景模型,并利用LOD(Level of Detail)技术、模型实例化技术、模型简化、优化模型数据库等手段提高OpenFlight模型数据库的遍历速度,以得到流畅的浏览体验。
2)以Vega Prime为基础,用Lynx Prime图形用户界面配置工具配置基础acf文件,包括设置通道、观察视角、场景物体初始状态、立体显示等。利用Lynx Prime自带的path tool工具设计漫游路径、导航状态。
3)编程实现了漫游过程中自由漫游控制、路径导航控制以及两者间的切换。选用和设计适合的地形碰撞检测器和物体碰撞检测器,编写碰撞策略即碰撞响应,实现较为真实的碰撞效果。
基于Vega Prime的虚拟漫游系统通过对实验中心的虚拟仿真,把实验中心以立体临场感的三维方式呈现在系统使用者眼前,并向用户提供多样化的浏览控制体验,使校内外的学生和访问者借助虚拟现实三维场景界面身临其境地了解实验中心各个实验室的方位与布局,快捷直观地浏览检索实验室的相关信息,扩大实验中心的示范辐射作用。
To conduct muliti-sited collaborative virtual design with the network bandwidth limit, this paper develops a Web-based 3D model database management system in a virtual environment, which achieves uniform management of 3D model data and can support multi-sited collaborative simulation. By designing Java-based drivers for Spaceball 5000, an interactive virtual environment is constructed and users can perform manipulations such as six-freedom rotation, zoom and romotion on the models in the virtual scene via Spaceball 5000 mouse.
The main work in this paper can be concluded as follows:
1) A Browser/Server-based virtual reality system is developed using Java/Java3D to meet the need of multi-sited collaboration by embedding the relevant Applets into web pages.
2) Spaceball 5000 is connected to a virtual environment. Users can control the position and gesture of models in the virtual scene via six-freedom space balls and 12 programable keys of Spaceball 5000.
3) An assembly simulation system of the piston pump is achieved with the assembly order and motion track predefined manually. Users can display or obscure the assembly path and modify the appearance of the model and the background picture of the scene.
4) A model database management system is built. The 3D models can be navigated, searched, added, modified and deleted whilst the information of users is manageable.
In a word, the web-based 3D model database management system can not only provide friendly human-machine interface, but can supply effective management methods for multi-sited model resource, making it possible for users to share and reuse the resource to the most extent through the open network platform. By employing virtual reality techonoly and combining model database with virtual environment, users can further perform virtual assembly and simulation of the model and even multi-sited virtual design in the future. This paper is a preliminary attempt aiming at this.
1)使用Creator构建了具有真实感的实验中心场景模型,并利用LOD(Level of Detail)技术、模型实例化技术、模型简化、优化模型数据库等手段提高OpenFlight模型数据库的遍历速度,以得到流畅的浏览体验。
2)以Vega Prime为基础,用Lynx Prime图形用户界面配置工具配置基础acf文件,包括设置通道、观察视角、场景物体初始状态、立体显示等。利用Lynx Prime自带的path tool工具设计漫游路径、导航状态。
3)编程实现了漫游过程中自由漫游控制、路径导航控制以及两者间的切换。选用和设计适合的地形碰撞检测器和物体碰撞检测器,编写碰撞策略即碰撞响应,实现较为真实的碰撞效果。
基于Vega Prime的虚拟漫游系统通过对实验中心的虚拟仿真,把实验中心以立体临场感的三维方式呈现在系统使用者眼前,并向用户提供多样化的浏览控制体验,使校内外的学生和访问者借助虚拟现实三维场景界面身临其境地了解实验中心各个实验室的方位与布局,快捷直观地浏览检索实验室的相关信息,扩大实验中心的示范辐射作用。
To conduct muliti-sited collaborative virtual design with the network bandwidth limit, this paper develops a Web-based 3D model database management system in a virtual environment, which achieves uniform management of 3D model data and can support multi-sited collaborative simulation. By designing Java-based drivers for Spaceball 5000, an interactive virtual environment is constructed and users can perform manipulations such as six-freedom rotation, zoom and romotion on the models in the virtual scene via Spaceball 5000 mouse.
The main work in this paper can be concluded as follows:
1) A Browser/Server-based virtual reality system is developed using Java/Java3D to meet the need of multi-sited collaboration by embedding the relevant Applets into web pages.
2) Spaceball 5000 is connected to a virtual environment. Users can control the position and gesture of models in the virtual scene via six-freedom space balls and 12 programable keys of Spaceball 5000.
3) An assembly simulation system of the piston pump is achieved with the assembly order and motion track predefined manually. Users can display or obscure the assembly path and modify the appearance of the model and the background picture of the scene.
4) A model database management system is built. The 3D models can be navigated, searched, added, modified and deleted whilst the information of users is manageable.
In a word, the web-based 3D model database management system can not only provide friendly human-machine interface, but can supply effective management methods for multi-sited model resource, making it possible for users to share and reuse the resource to the most extent through the open network platform. By employing virtual reality techonoly and combining model database with virtual environment, users can further perform virtual assembly and simulation of the model and even multi-sited virtual design in the future. This paper is a preliminary attempt aiming at this.
引文
[1]苌道方,宓为建.基于Vega的虚拟现实系统漫游引擎[J].计算机辅助工程,2006(2):31-33
[2]万刚,陈刚.虚拟城市中地物几何建模技术的研究[L].测绘学报,2002(2):60-65
[3]王培俊,高明.虚拟现实和逆向工程技术实验教程[M].西南交通大学出版社,2006
[4]王培俊,王金诺,Robert Bjarnemo.基于Web和VR技术的动态实时异地协同设计系统[J].机械设计,2004,21(9):4-6
[5]唐秀祯,王培俊,吴鹿鸣.基于Web的虚拟装配系统的设计[J].机械,2005,33(3):29-30
[6]王鸿森,王培俊,赵崇,曹永彦.数字化实验教学示范中心的建设与探索[J].实验室研究与探索.已录用.
[7]Grigore C,Burdea,Philippe Coiffet.魏迎梅,栗悉道等译.虚拟现实技术(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2005
[8]黄心渊.虚拟现实技术与应用[M].北京:科学出版社,1999.
[9]王乘,周均清,李利军.Creator可视化仿真建模技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2005
[10]王乘,李利军,周均清,陈大炜.Vega实时三维视景仿真技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2005
[11]Creator Desktop Tutor Version 3.0[M].Canada:MultiGen-Paradigm lnc.,2004
[12]Creating Models for Simulations,Version 3.0[M].U.S.A.:MultiGen-Paradigm lnc.,2004
[13]Creator User's Guide,Version 3.0[M].U.S.A.:MultiGen-Paradigm lnc.,2004
[14]Vega Prime Desktop Tutor Version 2.0[M].Canada:MultiGen-Paradigm Inc.,2005
[15]Vega Prime Programmer's Guide,Version 2.0[M].U.S.A.: MultiGen-Paradigm lnc.,2005
[16]杨丽,李光耀.城市仿真建模工程:Creator软件教程[M].上海:同济大学大学出版社,2007
[17]杨丽,李光耀.城市仿真应用工程:Vega软件教程[M].上海:同济大学大学出版社,2007
[18]孟晓梅,刘文庆.MultiGen Creator教程[M].北京:国防工业出版社,2005
[19]龚卓蓉.Vega程序设计[M].]北京:国防工业出版社,2002
[20]梁宇涛.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2006(3):81-85
[21]郭阳明,翟正军,陆艳红.虚拟场景生成中的LOD技术综述[J].计算机仿真,2005(12):180-184
[22]申玉斌,蔡勇,华才健.虚拟环境中的碰撞检测技术的研究与应用[J].交通与计算机.2005(1):1-3
[23]张继伟.基于Multigen Vega虚拟现实平台的开发与应用[D].中国海洋大学,2006
[24]史红兵,张毅彬,童若锋,董金祥.虚拟场景自动漫游的路径规划算法[J]计算机辅助设计与图形学学报.2006(04)
[25]申玉斌,蔡勇,华才健.虚拟环境中的碰撞检测技术的研究与应用[J]交通与计算机.2005(01)
[26]曾建超等.虚拟现实的技术及其应用[M].北京,清华大学出版社,1996.
[27]洪炳镕,蔡则苏,唐好选.虚拟现实及其应用[M].国防工业出版社,2005
[28]宋志明,康凤举.Vega开发环境的扩展研究[J]系统仿真学报.2004.(01)
[29]Simon Premoze,Michael Ashikhmin M.Rendering Natural Waters[J].Computer Graphics Forum,2001,20(4):189-200
[30]Kruglinski David J.Inside Visual C++,4th Edition[M].Redmond:Microsoft Press,1997
[31]E.Catmull.A Subdivision Algorithm for Computer Display of Curved Surfaces:[Ph.D Dissertation],University of Utah,Salt Lake City,Utah,1974
[32]Ismo Rakkolainena,Teija Vainiob,A 3D City Info for Mobile users. Computers & Graphics 25(2001) 619-625
[33]David F.Rogers著,石教英,彭群生等译。计算机图形学的算法基础.机械工业出版社.2002,1
[34]J.EBlinn,M.e.Newwll,Texture and Reflection in Computer,Generated Images.Comm.ACM,Vol.19,No.10,1976
[35]黄莹莹.虚拟校园漫游及其人机交互技术的研究与实现[D].哈尔滨工程大学,2004
[36]Jochen Albrecht.Virtual Geographic Information System(VGIS).Proceedings of the 28~(th) Annual Hawaii International Conference on System Sciences,1995
[37]刘宏增,黄靖远.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社,1999
[38]王永皎,莫国良等.植物的三维建模研究进展[J].计算机应用研究,2005,(11).1-3
[39]董浩明,陈建国等.虚拟现实建模方法研究[J].湖北工业大学学报,2005,20(3):50-54
[40]洪光,李洪儒,牟建国.基于Creator三维模型的简化研究[J].计算机仿真,2004,21(1):57-58
[41]赵正德,石秀丽等.虚拟现实中虚拟场景的建模与协同控制[J].中国图像图形学报,2005,10(11):1427-1431
[42]张国宜,韦穗.虚拟现实中的LOD技术[J].微机发展,2001,1:13-15.
[43]高丽娜,马尧海.虚拟漫游中的碰撞检测问题的解决方法[J].计算机仿真,2006,23(2):189-191
[44]罗云,黄建华,孙海峰.MultiGen/Vega下西南科技大学校园虚拟漫游系统的实现[J].西南科技大学学报,2003,18(4):22-25
[45]许铁超.基于虚拟现实技术的虚拟实验室的研究与实现.武汉理工大学硕士学位论文.32-34页
[46]淮永建,郝重阳等.LOD和多边型简化.系统仿真学报.2001(13)(增刊).26-30页
[47]川贾惠柱.虚拟现实中立体显示技术的研究与实现.大庆石油学院硕士学位论文.2002:39页
[48]舒帆.利用虚拟现实技术实现集装箱堆场的可视化.上海海运学院硕士学位论文.2003:20页
[2]万刚,陈刚.虚拟城市中地物几何建模技术的研究[L].测绘学报,2002(2):60-65
[3]王培俊,高明.虚拟现实和逆向工程技术实验教程[M].西南交通大学出版社,2006
[4]王培俊,王金诺,Robert Bjarnemo.基于Web和VR技术的动态实时异地协同设计系统[J].机械设计,2004,21(9):4-6
[5]唐秀祯,王培俊,吴鹿鸣.基于Web的虚拟装配系统的设计[J].机械,2005,33(3):29-30
[6]王鸿森,王培俊,赵崇,曹永彦.数字化实验教学示范中心的建设与探索[J].实验室研究与探索.已录用.
[7]Grigore C,Burdea,Philippe Coiffet.魏迎梅,栗悉道等译.虚拟现实技术(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2005
[8]黄心渊.虚拟现实技术与应用[M].北京:科学出版社,1999.
[9]王乘,周均清,李利军.Creator可视化仿真建模技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2005
[10]王乘,李利军,周均清,陈大炜.Vega实时三维视景仿真技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2005
[11]Creator Desktop Tutor Version 3.0[M].Canada:MultiGen-Paradigm lnc.,2004
[12]Creating Models for Simulations,Version 3.0[M].U.S.A.:MultiGen-Paradigm lnc.,2004
[13]Creator User's Guide,Version 3.0[M].U.S.A.:MultiGen-Paradigm lnc.,2004
[14]Vega Prime Desktop Tutor Version 2.0[M].Canada:MultiGen-Paradigm Inc.,2005
[15]Vega Prime Programmer's Guide,Version 2.0[M].U.S.A.: MultiGen-Paradigm lnc.,2005
[16]杨丽,李光耀.城市仿真建模工程:Creator软件教程[M].上海:同济大学大学出版社,2007
[17]杨丽,李光耀.城市仿真应用工程:Vega软件教程[M].上海:同济大学大学出版社,2007
[18]孟晓梅,刘文庆.MultiGen Creator教程[M].北京:国防工业出版社,2005
[19]龚卓蓉.Vega程序设计[M].]北京:国防工业出版社,2002
[20]梁宇涛.虚拟现实技术及其在实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2006(3):81-85
[21]郭阳明,翟正军,陆艳红.虚拟场景生成中的LOD技术综述[J].计算机仿真,2005(12):180-184
[22]申玉斌,蔡勇,华才健.虚拟环境中的碰撞检测技术的研究与应用[J].交通与计算机.2005(1):1-3
[23]张继伟.基于Multigen Vega虚拟现实平台的开发与应用[D].中国海洋大学,2006
[24]史红兵,张毅彬,童若锋,董金祥.虚拟场景自动漫游的路径规划算法[J]计算机辅助设计与图形学学报.2006(04)
[25]申玉斌,蔡勇,华才健.虚拟环境中的碰撞检测技术的研究与应用[J]交通与计算机.2005(01)
[26]曾建超等.虚拟现实的技术及其应用[M].北京,清华大学出版社,1996.
[27]洪炳镕,蔡则苏,唐好选.虚拟现实及其应用[M].国防工业出版社,2005
[28]宋志明,康凤举.Vega开发环境的扩展研究[J]系统仿真学报.2004.(01)
[29]Simon Premoze,Michael Ashikhmin M.Rendering Natural Waters[J].Computer Graphics Forum,2001,20(4):189-200
[30]Kruglinski David J.Inside Visual C++,4th Edition[M].Redmond:Microsoft Press,1997
[31]E.Catmull.A Subdivision Algorithm for Computer Display of Curved Surfaces:[Ph.D Dissertation],University of Utah,Salt Lake City,Utah,1974
[32]Ismo Rakkolainena,Teija Vainiob,A 3D City Info for Mobile users. Computers & Graphics 25(2001) 619-625
[33]David F.Rogers著,石教英,彭群生等译。计算机图形学的算法基础.机械工业出版社.2002,1
[34]J.EBlinn,M.e.Newwll,Texture and Reflection in Computer,Generated Images.Comm.ACM,Vol.19,No.10,1976
[35]黄莹莹.虚拟校园漫游及其人机交互技术的研究与实现[D].哈尔滨工程大学,2004
[36]Jochen Albrecht.Virtual Geographic Information System(VGIS).Proceedings of the 28~(th) Annual Hawaii International Conference on System Sciences,1995
[37]刘宏增,黄靖远.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社,1999
[38]王永皎,莫国良等.植物的三维建模研究进展[J].计算机应用研究,2005,(11).1-3
[39]董浩明,陈建国等.虚拟现实建模方法研究[J].湖北工业大学学报,2005,20(3):50-54
[40]洪光,李洪儒,牟建国.基于Creator三维模型的简化研究[J].计算机仿真,2004,21(1):57-58
[41]赵正德,石秀丽等.虚拟现实中虚拟场景的建模与协同控制[J].中国图像图形学报,2005,10(11):1427-1431
[42]张国宜,韦穗.虚拟现实中的LOD技术[J].微机发展,2001,1:13-15.
[43]高丽娜,马尧海.虚拟漫游中的碰撞检测问题的解决方法[J].计算机仿真,2006,23(2):189-191
[44]罗云,黄建华,孙海峰.MultiGen/Vega下西南科技大学校园虚拟漫游系统的实现[J].西南科技大学学报,2003,18(4):22-25
[45]许铁超.基于虚拟现实技术的虚拟实验室的研究与实现.武汉理工大学硕士学位论文.32-34页
[46]淮永建,郝重阳等.LOD和多边型简化.系统仿真学报.2001(13)(增刊).26-30页
[47]川贾惠柱.虚拟现实中立体显示技术的研究与实现.大庆石油学院硕士学位论文.2002:39页
[48]舒帆.利用虚拟现实技术实现集装箱堆场的可视化.上海海运学院硕士学位论文.2003:20页