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基于MultiGen Creator和Vega的虛擬訓練場(chǎng)設計研究
論文關(guān)鍵詞:虛擬現實(shí) 虛擬訓練場(chǎng) MultiGen Creator Vega
論文摘要:虛擬現實(shí)技術(shù)是信息化時(shí)代的一項涉及眾多學(xué)科的高新應用技術(shù)。它在訓練方面應用廣泛，主要應用于教育訓練場(chǎng)景的再現。以某綜合訓練場(chǎng)為實(shí)例，利用Creator和Vega軟件實(shí)現了虛擬訓練場(chǎng)的三維重建，并完成了訓練場(chǎng)實(shí)時(shí)漫游的功能。
1 MultiGen Creator和 Vega軟件介紹
1．1 Creator建模軟件
MultiGen Creator是 由 MultiGen—Paradigm公 司開(kāi)發(fā)的一種用于對可視化系統數據庫進(jìn)行創(chuàng )建和編輯的交互工具。MuhiGen Creator是世界上領(lǐng)先 的實(shí)時(shí)三維數據庫生成系統．具有完整的交互式實(shí)時(shí)三維建模系統。廣泛的選項增強了其特性和功能。用于產(chǎn)生高優(yōu)化 、高精度的實(shí)時(shí) 3D內容，可以用來(lái)對戰場(chǎng)仿真、城市仿真和計算可視化等復雜場(chǎng)景的視景數據庫進(jìn)行產(chǎn)生、編輯和查看。這種先進(jìn)的技術(shù)，由包括自動(dòng)化的大型地形和三維人文景觀(guān)產(chǎn)生器 、道路產(chǎn)生器等強有力的集成選項來(lái)支撐。
MuhiGen Creat0r在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的前提下．能夠生成面向仿真的、逼真性好的大面積場(chǎng)景。它可為 25種之多的不同類(lèi)型的圖像發(fā)生器提供建模系統工具 ．其 OpenFlight格式在實(shí)時(shí)三維領(lǐng)域中成為最流行的圖像格式 ．并成為仿真領(lǐng)域的行業(yè)標準。
1．2 Vega實(shí)時(shí)仿真
Vega是 MultiGen—Paradigm公司應用于實(shí)時(shí)視景仿真 、聲音仿真和虛擬現實(shí)等領(lǐng)域的軟件 。它把先進(jìn)的仿真功能和易用的工具結合在一起，創(chuàng )建 了一種使用最簡(jiǎn)單 ，但最具創(chuàng )造力的體系結構．來(lái)創(chuàng )建 、編輯和運行高性能的實(shí)時(shí)應用。Vega使用 Lynx界面定義和預覽應用程序。在 Vega中包含了創(chuàng )建一個(gè)應用程序所必須的全部 API．但是簡(jiǎn)單的應用程序僅靠 Lynx 就可以實(shí)現 Lynx是一種基于 X／Motif技術(shù)的點(diǎn)擊式圖形環(huán)境 ．用戶(hù)只需通過(guò) 鼠標即可驅動(dòng)圖形中的對象以及動(dòng)畫(huà)中的實(shí)時(shí)控制．并允許用戶(hù)在不 同時(shí)編寫(xiě)源代碼 的情況下即可配置一個(gè)應用程序。 Vega還包括完整的 C應用程序接13．為軟件開(kāi)發(fā)人員提供 了最大限度的軟件控制和靈活性。
2 構建虛擬訓練場(chǎng)
以某綜合訓練場(chǎng)場(chǎng)景三維重建為例 ．進(jìn)一步討論了虛擬現實(shí)技術(shù)。系統開(kāi)發(fā)流程如圖 1所示。
2．1 建模數據的獲取及處理
虛擬綜合訓練場(chǎng)場(chǎng)景 ．需要獲取的建模數據主要是指訓練場(chǎng)內各種器材設施的參數信息 、周邊物的信息、整個(gè)訓練場(chǎng)的分布信息以及環(huán)境景觀(guān)的紋理信息。
對獲取的信息進(jìn)行處理 ．主要是對照片紋理信息的處理 。先通過(guò)數碼相機拍照．再利用 Photoshop或者 Creator自帶的紋理處理工具進(jìn)行截取、糾正 、縮放等處理。盡管 Creator對紋理的格式 、大小沒(méi)有太多的限制，但 Vega對紋理數據的要求相對比較嚴格 ．不能滿(mǎn)足要求的紋理不能正確顯示 ，所 以必須對Creator用到的紋理進(jìn)行編輯由于綜合訓練場(chǎng) 的地形較為平坦．可 以采用 Delaunay算法將 DED格式的地形數據進(jìn)行轉化。
2．2 三維建模
根據所獲取的建模數據 ．可利用 Creator建立起三維場(chǎng)景模型，包括訓練場(chǎng)的各種器材設施 、附近的物、花草樹(shù)木 、道路等。訓練場(chǎng)場(chǎng)景模型層次結構如圖2所示。綜合訓練場(chǎng)的場(chǎng)景模型主要分為靜態(tài)實(shí)體和動(dòng)態(tài)實(shí)體 。
(1)靜態(tài)實(shí)體建模。靜態(tài)實(shí)體主要有固定的訓練器材設施、道路、樹(shù)木、建筑物等。由于訓練場(chǎng)內的訓練設施數量比較多．所要建模的數據量比較大．不可能把所有模型都放在整個(gè)訓練場(chǎng)場(chǎng)景中進(jìn)行建模．因此可以單獨地制作每一個(gè)訓練器材。最后將所有模型集成為整個(gè)訓練場(chǎng)場(chǎng)景。
對于單一的固定訓練器材 ．可以將訓練器材進(jìn)行結構分解 ，運用 Creator的多種幾何工具進(jìn)行構建，再進(jìn)行組合。形成完整的單一實(shí)體。
由于訓練場(chǎng)周邊的建筑物相對較少 ．形狀都較為規則 ．因此可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行幾何建模并貼上紋理。Creator中的布告板 ．可以使模型在仿真過(guò)程 中始終保持面對視點(diǎn)．通常用于創(chuàng )建場(chǎng)景中類(lèi)似路燈或者樹(shù)木等具有對稱(chēng)性的實(shí)體。方法是將表示物體的透明紋理貼到模型表面．然后在運行時(shí)，模型會(huì )自動(dòng)旋轉 ，始終面向視點(diǎn)。我們可以運用這種方法來(lái)實(shí)現訓練場(chǎng)中樹(shù)木 、路燈等模型的建模 ，從而減少模型中多邊形的數量．提高仿真效率。
根據實(shí)時(shí)漫游特性的需要．我們可以選擇圓柱面和半球面模型對天空進(jìn)行建模，并用紋理映射的方法體現天空背景。
(2)動(dòng)態(tài)實(shí)體建模。訓練場(chǎng)中的紅旗屬于動(dòng)態(tài)實(shí)體，利用Creator對其進(jìn)行建模主要是通過(guò)切換紋理來(lái)實(shí)現的。以在風(fēng)中飄揚的紅旗為例．首先利用 Photoshop對紅旗的紋理進(jìn)行處理 ．確定幾張要循環(huán)顯示的圖片。在根節點(diǎn)下建立幾個(gè)子節點(diǎn)．每個(gè)子節點(diǎn)建立一個(gè) 面，將處理好的紅旗紋理貼上每個(gè)面 ．設置每張圖片輪流顯示的時(shí)間，最后隱藏除第一個(gè)子節點(diǎn)以外的其它節點(diǎn)。這樣。一個(gè)迎風(fēng)飄揚的紅旗就完成了。
2．3 優(yōu)化模型數據庫
使用 Creator建模的最終 目的是為了在仿真程序中使用。在不影響場(chǎng)景真實(shí)感的前提下．為了保持程序運行的平滑性，提高系統運行的實(shí)時(shí)性．在制作模型的后期要盡可能的對模型進(jìn)行優(yōu)化處理。在構建虛擬訓練場(chǎng)景的過(guò)程中。主要采用以下優(yōu)化方法：
(1)刪除不必要的多邊形。我們可以通過(guò)刪除在視錐體中看不到的多邊形來(lái)減少多邊形的數量．這些多邊形包括模型內部的多邊形、其它多邊形后面隱藏的細節多邊形、模型底面的多邊形等
(2)使用多層次細節模型。在不影響模型逼真性的情況下合理設置 LOD的層數 、每個(gè)層次間的切換距離、紋理的大小精細程度等，雖然會(huì )增加一些工作量 ，但卻節省了系統資源，提高了系統運行速度。
(3)采用實(shí)例化的方法對模型進(jìn)行處理。通常應用于表示三維場(chǎng)景數據庫中多次重復出現的對象實(shí)體．例如道路兩旁的樹(shù)木。實(shí)例化模型的優(yōu)點(diǎn)主要體現在能夠顯著(zhù)節省磁盤(pán)空間便于創(chuàng )建、編輯和修改模型。
3 場(chǎng)景漫游
所有的訓練場(chǎng)場(chǎng)景模型建立完成后．需要進(jìn)一步對模型進(jìn)行驅動(dòng) ．實(shí)現場(chǎng)景的實(shí)時(shí)漫游功能。首先 ，要設置 LvnX參數 。對觀(guān)察者、運動(dòng)方式 、特效等功能模塊進(jìn)行初步的設置。具體方法是：在 Scenes中設置為一個(gè)觀(guān)察者所能看到的所有對象模型：在 Observers中設置觀(guān)察者 ；在 Motion Model中為觀(guān)察者設 置運動(dòng)方式 ；在 Environments和 Environment Effects中設置天空和云的效果 。然后在系統中設置兩種碰撞檢測：一是與地面的碰撞檢測．使觀(guān)察者始終隨著(zhù)地形的變化而改變視點(diǎn)的高度 ：二是與訓練設施和物的碰撞檢測，避免觀(guān)察者穿墻而過(guò)的情況。
在 vega中可以采用鍵盤(pán)控制漫游和固定路徑 自動(dòng)漫游本文主要是采用鍵盤(pán)控制漫游。具體來(lái)說(shuō)．是在Vega中的Motion Models面板選擇Drive運動(dòng)模式。最后需要生成可執行文件，可在 VC中激活其函數庫。
4 結束語(yǔ)
本文利用虛擬現實(shí)技術(shù)進(jìn)行了虛擬綜合訓練場(chǎng)場(chǎng)景的三維重建 ，運用 Creator建立起 了各種逼真的訓練設施 、環(huán)境 、地貌等模型．同時(shí)對模型進(jìn)行了優(yōu)化。然后利用 Vega工具開(kāi)發(fā)了漫游功能．基本上完成了虛擬訓練場(chǎng)的重建．并能與之進(jìn)行自然 、三維可視的交互，具有真正的沉浸感。虛擬綜合訓練場(chǎng)的實(shí)現。為建立其它形式的訓練場(chǎng)景提供 了一種可行性的方法 。具有一定的應用價(jià)值
參考文獻
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