·104 北京科技大学学报 第34卷 准，其基本目标是建立Internet上的交互式三维多 在VRML技术中，碰撞检测主要是通过Coli- 媒体.也就是说，它是用来描述三维物体及其行为 sion节点进行处理，它负责检测空间中用户与造型 的，可以构建虚拟世界.虚拟世界的显示、交互及网 接近和碰撞的时间，及时提示浏览器 络互连都可以用VRML来描述. 检测用户是否与一个造型发生碰撞，对于 3.1.1飞行器仿真模型的建立 VRML浏览器来说将是非常费时的工作.一个简单 高超声速飞行器模型在飞行仿真系统中是最重 的处理方法是，在Collision节点的proxy域中提供一 要的建模主题对象，为较好地实现对飞行器的建模 个代理造型，这能够加速浏览器对碰撞的检测.例 任务，将遵从以下设计原则. 如：如果一个子节点描述飞行场景中的一棵树，那么 (1)直接参照X-38的实体照片进行建模. 一个代理造型就可以用一个简单的长方体来模拟那 (2)尽可能采用虚拟现实技术中的nline节点 棵树的形体和尺寸，VRML浏览器就可以基于此简 及原型机制简化程序代码，减轻浏览器负担，提高场 化形式进行碰撞检测a 景的浏览速度图 3.2仿真系统分布式网络结构设计与基于Java的 (3)由于高超声速飞行器模型比较复杂，可以 数据库管理 将飞行器分成若干个小部分分别建立，然后再把它 在设计的分布式虚拟仿真系统中，主要基于客 们装配起来.经分析，飞行器可分解为机身主体、轮 户机/服务器模式进行网络拓扑结构设计，同时基于 子、机头、机翅、尾翼和座舱一共六个部分 Java的JDBC技术实现分布式环境下的数据库 (4)将各个部分装配起来形成飞行器的整体 管理. 后，再通过修改它的材质、透明度和亮度来改善它的 客户机/服务器(C/S)模式是一个典型的分布 外观属性，使其看上去更逼真 式网络模式，在Wb应用中，C/S模式衍生出了多 3.1.2飞行场景的建立 种不同体系结构，典型的如双层结构和三层结构 三维地形建模的基本问题是如何根据己经给定 双层结构的Wb系统适用于少量用户在局域 的地形数据，有效地建构能逼真表示地形表面的曲 网内对数据进行操作，但是当客户数量超过数百时， 面模型，即数字高程模型(digital elevation model, 由于双层结构系统和大量的客户保持联系，处理速 DEM).由于DEM本身数据量巨大，再加上显示过 度往往难以满足要求.另外，由于双层结构系统对 程中需要计算纹理与光照，所以在利用VRL显示 数据库的依赖性很强，系统的维护和更新常常令人 三维地形之前，需要对DEM数据进行预处理，避免 头疼，当服务器的机器升级或更新时，软件系统的重 浏览器负荷过重，影响实时性能 新安装和调试非常麻烦. 这里采用了细节层次(level of detail,LOD)模型 三层结构弥补了双层结构的不足，在客户界面 技术，即对场景中的物体，使用具有不同细节的描述 和数据库之间加入了完善系统功能的中间层：中间 方法重新规划一组模型，供绘制时根据物体距离视 层支持数据检索、程序的分布式运行和数据库状态 点的远近选择使用回.LOD模型是一种广泛应用于 控制，中间层可以协调和优化各种处理进程.对于 虚拟现实和计算机图形仿真中的细节控制方法，该 大量客户使用的系统，三层结构的主要特点是能提 方法可有效提高系统的运行速度和交互性能. 高用户的使用效率，同时提高程序的可移植性：由于 在本文设计的仿真系统中，由于场景范围比较 三层结构系统比双层结构复杂，程序开发人员需要 大，只有那些距离视点近的或变化曲率大的区域才 掌握和考虑多种技术因素) 需要较高的细节层次，以保证一定的形状精度和真 由于双层结构的C/S端程序难以承载大量客 实感.因此，为了进一步减少数据量，考虑用不同的 户端同时对服务器端请求，而三层结构又难于实现 分辨率来表示地景的不同区域，即采用多分辨率 和部署，所以本文提出了介于双层结构和三层结构 LOD模型. 之间的新型结构（图4）. 3.1.3碰撞检测的实现 新型结构以双层结构为基础，在客户端与服务 在飞行仿真系统中，为了让用户有更逼真的现 器端加入简单的中间服务程序.中间服务程序具有 实体验，必须在场景中加入碰撞检测，防止出现用户 平台无关性，避免了三层结构中中间件难于部署和 进入实体的中心，从而影响了整个系统的效果.这 移动的缺点.同时，中间服务程序将为数据传输、数 是一般系统场景中动作事件建模需要着重考虑的问 据安全作出保障，对基于本方案的二次开发提供友 题之一 好的开发接口，利于系统扩展北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 准，其基本目标是建立 Internet 上的交互式三维多 媒体． 也就是说，它是用来描述三维物体及其行为 的，可以构建虚拟世界． 虚拟世界的显示、交互及网 络互连都可以用 VRML 来描述． 3. 1. 1 飞行器仿真模型的建立 高超声速飞行器模型在飞行仿真系统中是最重 要的建模主题对象，为较好地实现对飞行器的建模 任务，将遵从以下设计原则． ( 1) 直接参照 X--38 的实体照片进行建模． ( 2) 尽可能采用虚拟现实技术中的 Inline 节点 及原型机制简化程序代码，减轻浏览器负担，提高场 景的浏览速度［8］． ( 3) 由于高超声速飞行器模型比较复杂，可以 将飞行器分成若干个小部分分别建立，然后再把它 们装配起来． 经分析，飞行器可分解为机身主体、轮 子、机头、机翅、尾翼和座舱一共六个部分． ( 4) 将各个部分装配起来形成飞行器的整体 后，再通过修改它的材质、透明度和亮度来改善它的 外观属性，使其看上去更逼真． 3. 1. 2 飞行场景的建立 三维地形建模的基本问题是如何根据己经给定 的地形数据，有效地建构能逼真表示地形表面的曲 面模型，即数字高程模型 ( digital elevation model， DEM) ． 由于 DEM 本身数据量巨大，再加上显示过 程中需要计算纹理与光照，所以在利用 VRML 显示 三维地形之前，需要对 DEM 数据进行预处理，避免 浏览器负荷过重，影响实时性能． 这里采用了细节层次( level of detail，LOD) 模型 技术，即对场景中的物体，使用具有不同细节的描述 方法重新规划一组模型，供绘制时根据物体距离视 点的远近选择使用［9］． LOD 模型是一种广泛应用于 虚拟现实和计算机图形仿真中的细节控制方法，该 方法可有效提高系统的运行速度和交互性能． 在本文设计的仿真系统中，由于场景范围比较 大，只有那些距离视点近的或变化曲率大的区域才 需要较高的细节层次，以保证一定的形状精度和真 实感． 因此，为了进一步减少数据量，考虑用不同的 分辨率来表示地景的不同区域，即采用多分辨率 LOD 模型． 3. 1. 3 碰撞检测的实现 在飞行仿真系统中，为了让用户有更逼真的现 实体验，必须在场景中加入碰撞检测，防止出现用户 进入实体的中心，从而影响了整个系统的效果． 这 是一般系统场景中动作事件建模需要着重考虑的问 题之一． 在 VRML 技术中，碰撞检测主要是通过 Colli￾sion 节点进行处理，它负责检测空间中用户与造型 接近和碰撞的时间，及时提示浏览器． 检测用 户 是 否 与 一 个 造 型 发 生 碰 撞，对 于 VRML 浏览器来说将是非常费时的工作． 一个简单 的处理方法是，在 Collision 节点的 proxy 域中提供一 个代理造型，这能够加速浏览器对碰撞的检测． 例 如: 如果一个子节点描述飞行场景中的一棵树，那么 一个代理造型就可以用一个简单的长方体来模拟那 棵树的形体和尺寸，VRML 浏览器就可以基于此简 化形式进行碰撞检测［10］． 3. 2 仿真系统分布式网络结构设计与基于 Java 的 数据库管理 在设计的分布式虚拟仿真系统中，主要基于客 户机/服务器模式进行网络拓扑结构设计，同时基于 Java 的 JDBC 技术实现分布式环境下的数据库 管理． 客户机/服务器( C /S) 模式是一个典型的分布 式网络模式，在 Web 应用中，C /S 模式衍生出了多 种不同体系结构，典型的如双层结构和三层结构． 双层结构的 Web 系统适用于少量用户在局域 网内对数据进行操作，但是当客户数量超过数百时， 由于双层结构系统和大量的客户保持联系，处理速 度往往难以满足要求． 另外，由于双层结构系统对 数据库的依赖性很强，系统的维护和更新常常令人 头疼，当服务器的机器升级或更新时，软件系统的重 新安装和调试非常麻烦． 三层结构弥补了双层结构的不足，在客户界面 和数据库之间加入了完善系统功能的中间层; 中间 层支持数据检索、程序的分布式运行和数据库状态 控制，中间层可以协调和优化各种处理进程． 对于 大量客户使用的系统，三层结构的主要特点是能提 高用户的使用效率，同时提高程序的可移植性; 由于 三层结构系统比双层结构复杂，程序开发人员需要 掌握和考虑多种技术因素［11］． 由于双层结构的 C /S 端程序难以承载大量客 户端同时对服务器端请求，而三层结构又难于实现 和部署，所以本文提出了介于双层结构和三层结构 之间的新型结构( 图 4) ． 新型结构以双层结构为基础，在客户端与服务 器端加入简单的中间服务程序． 中间服务程序具有 平台无关性，避免了三层结构中中间件难于部署和 移动的缺点． 同时，中间服务程序将为数据传输、数 据安全作出保障，对基于本方案的二次开发提供友 好的开发接口，利于系统扩展． ·104·