校园连廊场景的交互漫游设计【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述计算机科学与技术校园连廊场景的交互漫游设计虚拟现实（Virtual Reality）技术是 20 世纪 80 年代新崛起的一种综合集成技术，由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息虚拟环境，可以逼真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，可通过操控，与虚拟环境进行交互。随着各种仿真软件技术的发展和计算机图形处理性能的提升，虚拟现实技术进行复杂场景的仿真和场景的交互漫游已成为可能。它在城市规划、旅游业、娱乐、教育、工业等众多领域都有广泛的应用。利用这一技术我们可以呈现城市面貌，游览虚拟校园环境，控制交通工具运动和碰撞，展示粒子的特殊效果，甚至还能为电影做特技等等，可见

2、虚拟交互漫游的功能多么强大。MultiGen Creator 系列软件由美国 Multigen-Paradigm 公司开发，在视景仿真、交互式游戏、科学可视化等实时仿真领域有着世界领先的地位。Multigen Creator 是一个软件包，专门创建用于视景仿真的实时三维模型。而 Vega 是 MultiGen-Paradigm 公司最主要的工业软件环境，用于实时视觉模拟、虚拟现实和普通视觉应用。Vega 将先进的模拟功能和易用工具相结合，对于复杂的应用，能够提供便捷的创建、编辑和驱动工具，显著地提高工作效率。两者相结合就可以把静止模型变成动态的。用户可以通过程序添加控制，实现人机交互，让用户有

3、身临其境的感觉。所以，我采用近景仿真，模拟我们校园教学楼连廊场景。在模拟校园的同时，我要加入物体的运动和粒子的特效，通过程序控制，做一个连廊的交互漫游设计。首先，数据和模型的收集。这里主要是收集校园场景内各种建筑物模型和一些交通工具模型，如下三点：（1） 、校园教学楼的场景学校地皮模型采用老师给的模型。（2） 、汽车模型从网上收集，通过 3D Max 修改，转换成.flt 格式。（3） 、飞机模型采用软件自带的。接下来是虚拟场景搭建。校园场景的搭建要求：虚拟校园的场景和校园平面图不能有太大的出入。搭建的方法主要有两种：(1)在Creator软件中把校园教学楼模型和地皮按照校园平面图结合起来，整

4、合成一个模型。(2)在 Lynx Prime 环境中，按照校园平面图，把教学楼模型安放在地皮的相应位置。此时，各个模型还是独立的。下一步是漫游运动的设计。漫游功能是视景仿真最基本的实现功能。用户可以切换运动体的运动模式，这包括步行模式、无人机舱模式、人工控制飞行模式、跳跃模式、滑行模式、自由落体模式、旋转模式。运动模式对应各自不同的运动体，如人，飞禽，水波，汽车，飞机等等。其中的有些运动模式控制起来比较困难。运动控制也就是外设对运动体的控制，主要是在漫游运动模式下对各种运动模式的控制，用户可以通过键盘、鼠标甚至是触摸以及它们相互的组合方式，来实现对运动体运动速度、旋转速度等运动属性的控制。控制

5、跟踪运动模式是可以提供给用户一个跟踪模式的漫游，比如盯着飞机的螺旋桨看一些特效。当前虚拟系统的漫游运动存在的问题有三种：1）碰撞检测计算量大，而且每一帧都要进行碰撞检测，增加了计算负担，如果硬件配置不是很高或场景中需要回避的障碍较多的情况下，会长生严重的丢帧现象。2）当前启动漫游运动的实现，主要采用固定路径法，即事先规划一条现成路径，漫游物体沿固定路径运动，该方法实时性差灵活性差，无法实现自由漫游。3）手动漫游运动碰到障碍物主要采取的方法是停滞不前。漫游者物体无法绕过障碍物，需要人为的选择新的运动方法，这显然不符合物体运动的自然习惯。所以，我主要是采用固定路径的方法来实现漫游。一是汽车的运动，

6、二是飞机的运动。汽车运动是用Path Tool设计固定路径，而飞机则是通过程序设计路径。最后是介绍粒子系统。通过使用粒子系统可以表现无法用多边形实体模型表现的许多真实世界特征。由于不规则对象的特点，为其创建粒子系统也很复杂，要综合考虑其物理模型和动力学规律，对系统中的粒子属性进行设置。在Vega的特效模块中包含一个粒子系统类，用户可通过Lynx面板在很大的范围内定义粒子系统的所有有效特征，也可以在Vega API中通过程序来控制粒子系统的属性变更。飞行特效模拟的基本思路：Vega特殊效果模块中的粒子系统采用始终面向观察者的多边形来拜师粒子，而且粒子系统遵循简单的运动学规律。例如它可以模拟风力和

7、重力。因此要在考虑特效粒子动力学规律的基础上对粒子属性进行设置。粒子系统在一个循环周期即生命周期中的属性可以不断的变化，一个粒子从它的产生到它的消亡，其属性可以通过控制使其不断的变化以满足要求。在飞机特效方面，我主要是做一个飞机尾部的彩带和螺旋桨的效果。通过编写程序，用键盘可以控制彩带的出现、消失、长短，还可控制螺旋桨的转速、大小等等。该设计的总体内容是通过对万里学院教学区连廊场景进行模拟仿真，建立一个包含车辆、无人机等运动体的漫游和跟踪，具备多视角的，人工控制窗口和粒子特效，实用、安全和易扩展的虚拟校园漫游运动视景仿真平台。本系统的将校园内的学生和教师作为体验用户，为实现宣传校园文化，体验虚

8、拟校园提供了一个不可多得的视景平台，因此必须把界面设计的简单，且容易操作。参考文献 1.黄心潮 . 虚拟现实技术与应用M. 北京 科学出版社，1999.2 王乘，李利军等编著. Vega 实时三维视景仿真技术专著 . 武汉: 华中科技大学出版社, 2005.123.韦有双,杨湘龙,王飞.虚拟现实与系统仿真M.北京:国防工业出版社,2001.54 吴家铸 等编著. 视景仿真技术及应用专著. 西安: 西安电子科技大学社, 2001.75 李光耀 杨丽 编著，城市仿真建模工具：Creator 软件教程.上海：同济大学出版社，2007.036 袁庆华,罗璇. 基于 MultiGenCreator_Ve

9、ga 的校园虚拟现实研究(1) 科技创业月刊2008 年第 7 期7.史红兵,张毅彬,童若峰,等. 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 (4) :592- 597.8.万波.虚拟现实关键技术分析及其应用综述J.高等函授学报(自然科学版).2000，13(2)9 容哲,谷正气,杨易,罗国青 基于MultiGenCreator_Vega的立交桥三维虚拟场景实时仿真 湖南交通科技 第32卷第4期 2006年12月10 张冬有, 臧淑英 基于MultiGenCreator_Vega的虚拟图书馆设计研究 测绘与空间地理信息 第29卷第4期 2006年08月11.MultiGEN-Paradigm Inc.Vega Prime Programmers Tutor， Version 2.0 for Windows and NT MARCH 2005 25312.MultiGEN-Paradigm Inc.Vega Prime Programmers Guide，Version 2.0 USA.2000 507