理工建设 票期高校教育研究 音、视频、图像进行超文本连接.VRML 使得信息能够在一个交互的三维空间中很容 建模技术应用实例 虚拟现实技术是一系列高新技术的汇集 包括计算机图形学,图像处理与模式识别、 智能接口技术,人工智能、多传感器技术以及 高度并行的实时计算枝术还包括人的行为学 研究等多项关健技术。目前,其应用已广泛 涉及军事、教育培训、工程设计、商业 医学、影视、艺术、娱乐等众多领域并带 来了巨大的经济效益,图3图4是采用基于 图像建模的方法实现的煤矿巷道效果图, 图3矿井直井筒 图4矿井三叉巷道 5结语 虛拟场景的建立是虚拟现实系统的核心 型把多幅全景图象组织为虚拟实景空间,用 Intergraph Corporation的 SolidEdge等.和基础,随着研究的深入,建模的实现方法得 户在这个空间中可以前进,后退、环视、仰 Auto CAD几何建模是直按利用图形几何元到进一步的完善和提高。例如采用基于模型 视、俯视、近看、远看等操作,从而实现全素,属于线框模型表示。现在该公司推出的 位观察三维场景的效果,多用于漫游系统。 MechanicalDesktoP(MDT,是釆用结构模型和图像的混合建模技术就能将两者的优点集 图2为图象法建模的流程框图。 进行实体建模,将立方体、圆柱体、圆体合于一体,在应用中扬长避短既增加了场景 真实感,又能保证实时性与交互性,提高用 弊,基于几何模型的建模方法可以得到精确本体素的布尔操作(和、积、差、交、并)的沉没感,总的来说虚拟现实中的建模技术 度比较高,比较细腻逼真的虚拟场景而且便描述和表达复杂物体的三维形状信息。然 正在向高精度、高鲁棒性、易用的方向发展 于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互,但对复通过虚拟现实软件,如 Visualization Toolkit 杂场景进行建模时太过繁琐,工作量大,费时(VTK), WorldTooKit等,把建模对象引入虚 参考文献 费力场景实时谊染绘制时对计算机软硬件要拟环境再通过编程语言进行实体对象的交互团】]杨克检等虚拟现实中的建模方法武汉 比较高;基于图像的建模方法不需复杂建编程 工业大学学报.200123(6)47-50. 无关对硬件的要不及几何建模那么高但行进候,O开放式三维图形标准0pmGL进2王汝传,张登银虚拟现实中3D图形建模 模,漫游效果及处理时间与场景内容的复杂度 penGL作为三维图形标准,它是用 方法的研究冂计算机辅助工程.2000.12 缺乏交互性,当真实场景并不存在或处于设函数构造几何元素,属于表面模型表示·[3] DONALD HEARN, M. PAULINE 计规划阶段时,它就无能为力了;基于三维扫 OpenGL是一种图形与硬件的接口,包括了 描没备建模法以其高精度的优势而得到应用,100多个图形函数。开发者可以用这些函数 BAKER计算机图形学M]蔡土杰孙正 兴,等译北京:电子工业出版社,1998 但由于传感器容易受到噪声干扰还需要进行来建立三维模型和进行三维实时交五,(4]李自力,虚拟现实中基于图形与图像的混 一些后期的专业处理,如:删除散乱点,点云 OpenGL提供的基本功能有:模型绘制、模型合建模技术中国图象图形学报201.6 网格化、模型补洞、模型简化等241 观察、坐标变换、颜色模式设定、位图和 像处理、融合和反发样、雾化效果,光 3虚拟现实建模工具 照处理、效果增强、纹理映射、实时动S]江加和宋子善等虚拟现实中基于图象的 虚拟坏境中的几何实体建模根据实际和交互技术等, OpenGL在虚拟现实建模领 维空间漫游方法门光学技术200026 有的查美类本生风相重豪所域应用广 (3)采用虚拟现实建模语言VRML]黄铁军VRM是什么?中国图象图形学 建模软件,实时仿真软件以及与前两者相关 virtualReality Modelinglanguage)对对象进 报,1998,3(3):165-16 的函数库,现今,建立虚拟环境一般有如下行建模,VRML是一种网络上使用的描述三团7 Wolfgang Broll., TanjaKooPO.vRM 工具方法 维环境的场景描述语言。VRML语言是一种 魏第)采用A0CAD进行对象实体的三维文件格式它用于定义与更多信息相关的三维 Com Puter& GraPhics, 1996, 20(3): 25 或用与 AutoCAD类似的三维实体造型世界的布局和内容。由于其空间中都是些彼 软件,如 Solid works corporation的此间相互作用并能与用户响应的对象,所以它 Solid works, Parametrielne的Pro/的空间广阔,本身还具有交互性。VRML是 Engineer, CATIACAD/CAM软件以及面向对象的语言,它支持多用户,可以与声 上接161页 并已经基于完成 时,为各类可以访问该系统的人员设置了权3.2应用前景及意义 限,用户只能在各自的权限下浏览、查询、本系统的开发实现能够大大方便我院后[l宋颜浩《AP与相关数据库技术高级指 更新等操作,而不能超越自己的权限,从而保勤管理部门的宿舍管理工作,实现无纸化办 证了系统的安全性,可靠性 公,既简化了日常重复操作的工作鬟又有利[2】求是科技,《ASP.NET数据库系统开发 (3)系统的易维护性、易移植性:没计该于数据资料的备份,提高了工作效率。本系 实例导航》,人民邮电出版社,2005 系统时,采用先进的ASP技术,系统的代码设统图形化的操作界面,简单明了,因此管理人(3王克杰,《Drea ver MX完全实战》 计通用,适应于不同的系统支撑软件,因此该员易于操作,可以很快上手.同时此系统的中国宇航出版社,2003 系统有较好的可移植性 应用,也可以充分协调后勤集团与其他各相关 (4)该软件适合于各高校的学生宿舍管理,部门间的工作 万方数据理工建设 图3矿井直井筒 模型把多幅全景图象组织为虚拟实景空间，用 户在这个空间中可以前进、后退、环视、仰 视、俯视、近看、远看等操作，从而实现全 方位观察三维场景的效果，多用于漫游系统。 图2为图象法建稹的流程框图。 上述各种建模方法在实际应用中各有利 弊。基于几何模型的建模方法可以得到精确 度比较高，比较细腻逼真的虚拟场景，而且便 于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互。但对复 杂场景进行建模时太过繁琐，工作量大，费时 费力，场景实时渲染绘制时对计算机软硬侔要 求比较高；基于图像的建模方法不需复杂建 模，漫游效果及处理时间与场景内容的复杂度 无关，对硬件的要求不及几何建模那么高，但 缺乏交互性，当真实场景并不存在，或处于设 计规划阶段时，它就无能为力了；基于三维扫 描设备建模法以其高精度的优势而得到应用， 但由于传感器容易受到噪声干扰，还需要进行 一些后期的专业处理，如：删除散乱点、点云 网格化、模型补洞、模型简化等‘2】f4】f“。 3虚拟现实建模工具 对虚拟环境中的几何实体建模。根据实际 情况选择一种实用性强的工具相当重要。所 有的虚拟现实开发工具大致可分为三类：三维 建模软件、实时仿真软件以及与前两者相关 的函数库。现今，建立虚拟环境一般有如下 工具方法： (1)采用AutoCAD进行对象实体的三维 建缕，或用与AutoCAD类似的三维实体造型 软件，如SOlidWO rksC OrP0ration的 SOlidW0rkS．ParametrieIne的Pro／ Engineer，CATIACAD／CAM软件以及 图4矿井三叉巷道 IntergraphCorporation的SolidEdge等。 AutoCAD几何建模是直接利用图形几何元 素，属于线框模型表示。现在该公司推出的 MechanicalDesktoP(MDT)，是采用结构模型 进行实体建摸，将立方体、圆柱俸、圆锥体 等作为基本体素配置在三维空间内，通过对基 本体素的布尔操作(和、积、差、交、并) 描述和表达复杂物体的三维形状信息。然后 通过虚拟现实软件，如VisualizationToolkit (VTK)，WorldTOOKit等．把建模对象引入虚 拟环境，再通过编程语言进行实体对象的交互 编程。 (2)采用开放式三维图形标准OpenGL进 行建模。OpenGL作为三维图形标准，它是用 函数构造几何元素，属于表面模型表示。 OpenGL是一种嘲形与硬件的接口，包括了 l 00多个图形霸数。开发者可以用这些函数 来建立三维模型和进行三维实时交互． OpenGL提供的基本功能有：模型绘制、模型 观察、坐标变换、颜色模式设定、位图和 图像处理、融合和反发样、雾化效果，光 照处理、效果增强，纹理映射、实时动画 和交互技术等。OpenGL在虚拟现实建模领 域应用广泛。 (3)采用虚拟现实建模语言V R M L (VirtualReahtyModelingLanguage)对对象进 行建模。VRML是一种网络上使用的描述三 维环境的场景描述语言。VRML语言是一种 文件格式，它用于定义与更多信息相关的三维 世界的布局和内容。由于其空淘中都是些彼 此间相互作用并能与用户响应的对象，所以它 的空间广阔，本身还具有交互性。VRML是 面向对象的语言，它支持多用户，可以与声 !!塑!兰!!塑 gaoxlaoflaoyuyanjiu 音，视频、图像进行超文本连接。VRML 使得信息能够在～个交互的三维空间中很容 易地被表达出来f6“”。 4建模技术应用实例 虚拟现实技术是一系列高新技术的汇集， 包括计算机图形学，图像处理与模式识别、 智能接口技术、人工智能、多传感器技术以及 高度并行的实时计算技术，还包括人的行为学 研究等多项关键技术。目前，其应用已广泛 涉及军事、教育培训、工程设计、商业、 医学、影视、艺术，娱乐等众多领域并带 来了巨大的经济效益。图3图4是采用基于 图像建模的方法实现的煤矿巷道效果图。 5结语 虚拟场景的建立是虚拟现实系统的核心 和基础。随着研究的深入，建模的实现方法得 到进一步的完善和提高。例如采用基于模型 和图像的混合建模技术就能将两者的优点集 合于一体，在应用中扬长避短，既增加了场景 真实感，又能保证实时性与交互性，提高用户 的沉浸感。总的来说，虚拟现实中的建模技术 正在向高精度，高鲁棒性、易用的方向发展。 参考文献 【l】杨克检等．虚拟现实中的建模方法【J】．武汉 工业大学学报．2001．23(6)．47-50． 【2】王汝传，张登银．虚拟现实中3D幽形建模 方法的研究[J】．计算机辅助工程．2000．12 (4)．25-30 【3】DONALD HEARN，M．PAULINE BAKER．计算机图形学【M】．蔡士杰，孙正 兴，等泽．北京：电子工业出版社，1998． 【4】李自力．虚拟现实中基于图形与图像的混 合建模技术[J】．中国图象图形学报．2001．6 (1)．96-100． 【5】江加和，宋子善等．虚拟现实中基于图象的 一维空间漫游方法【J】．光学技术．2000．26 (2) 【6J黄铁军．VRML是什么?【J】中国图象图形学 报，1998，3(a)：165-169． 【7】7 WolfgangBroll、TanjaKooPO．VRML： T 0d aY and T0m o r row[J】 ComPuter＆GraPhics，1996，20(3)；25- 28． (上接161页) 统时，为各类可以访问该系统的人员设置了权 限，用户只能在各自的权限下浏览、查询、 更新等操作，而不能超越自己的权限，从而保 证了系统的安全性，可靠性。 (3)系统的易维护性、易移植性：设计该 系统时，采用先进的ASP技术，系统的代码设 计通用，适应于不同的系统支撑软件。因此该’ 系统有较好的可移植性。 (4)该软件适合于各高校的学生宿舍管理， 并已终基于完成。 3．2应用前景及意义 参考文献 本系统的开发实现，能够大大方便我院后 【l】宋颜浩，gASP与相关数据库技术高级指 勤管理部门的宿舍管理工作，实现无纸化办 南》，中国水利水电出版社，2002． 公，既简化了日常重复操作的工作量，又有利 【2】求是科技，((ASP．NET数据库系统开发 于数据资料的备份，提高了工作效率。本系 实例导航》，人民邮电出版社。2005． 统翻形亿的操作界面，简单呀了，因此管理人 f3j王克杰，((Dreamweaver MX完全实战》， 员易于操作，可以很快上手。同时，此系统的 中国宇航出版社，2003． 应用，也可以充分协调后勤集团与其他各相关 部门间的工作。 一163— 万方数据