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1、 参考资料 基于基于 VegaVega PrimePrime 城市街景小区设计毕业设计城市街景小区设计毕业设计 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪论 1 1 1 虚拟现实技术的意义 1 1 2 课题背景 3 1 3 虚拟现实技术的研究现状及存在的问题 3 1 3 1 美国虚拟现实技术的研究动态 3 1 3 2 英国和日本虚拟现实技术的研究与开发 4 1 3 3 我国虚拟现实技术的研究现状 5 1 4 本文的主要容及组织结构 6 第 2 章 工具介绍 7 2 1 Multigen Creator 简介 7 2 1 1 MultiGen Creator 的主要功能 8 2 1
2、 2 MultiGen Creator 建模的关键技术方法 9 2 2 Vega Prime 简介 10 2 2 1 Vega Prime 的特点 11 2 2 2 Vega Prime 的基本模块 12 2 2 3 Vega Prime 的可选模块 13 2 3 Visual Studio NET 2003 简介 14 2 4 本章小结 14 第 3 章 系统分析与设计 16 3 1 系统的需求分析 16 参考资料 3 2 系统的设计思路 16 3 3 系统开发流程图 17 3 4 本章小结 18 第 4 章 小区漫游的系统实现 19 4 1 三维建模 19 4 1 1 居民楼建模 19 4
3、 1 2 树木建模 21 4 1 3 路灯建模 22 4 1 4 道路建模 23 4 1 5 流水建模 24 4 1 6 地形建模 24 4 2 模型纹理贴图 24 4 2 1 贴图制作 25 4 2 2 贴图方法 25 4 3 Vega Prime 应用程序的基本框架及其实现 27 4 3 1 快速定制虚拟小区漫游系统 ACF 文件 27 4 3 2 C 应用程序框架的实现 28 4 4 虚拟小区漫游系统交互控制的实现 28 4 4 1 基于 Vega Prime 的交互控制接口概述 28 4 4 2 虚拟小区漫游系统交互控制的实现 29 4 5 虚拟小区漫游系统路径导航的实现 30 4 5
4、 1 LynX 图形界面路径工具 Path Tool 的使用 30 4 5 2 路径导航的实现 31 4 5 3 自由漫游与路径导航模式切换的实现 31 4 6 本章小结 32 第 5 章 系统运行结果 33 5 1 平面图 33 5 2 主要建筑物 33 参考资料 5 3 主要场景及天气切换 34 5 4 漫游路径及场景切换 35 5 5 本章小结 36 结论 37 参考文献 38 致谢 40 附录 1 开题报告 41 附录 2 文献综述 45 附录 3 中期报告 49 附录 4 外文原文 52 附录 5 外文译文 58 参考资料 第 1 章 绪论 1 1 虚拟现实技术的意义 虚拟现实 Vi
5、rtual Reality 简称 VR 作为一种综合计算机图形技术 多媒体技术 传感器技术 人机交互技术 网络技术 立体显示技术以及 仿真技术等多种科学技术而发展起来的计算机领域的新技术 目前所涉及 的研究应用领域已经包括军事 医学 心理学 教育 科研 商业 影视 娱乐 制造业 工程训练等 VR 技术已经被公认为是 21 世纪重要的发展 学科以及影响人们生活的重要技术之一 VR 技术的应用极为广泛 Helsel 与 Doherty 在 1993 年对全世界围已 经进行的 805 项 VR 研究项目作了统计 结果表明 目前在娱乐 教育及艺 术方面的应用占据主流 达 21 4 其次是军事与航空达
6、12 7 医学方 面达 6 13 机器人方面占 6 21 商业方面占 4 96 另外在可视化 计算 制造业等方面也有相当的比重 下面简要介绍其部分应用 1 医学 VR 在医学方面的应用具有十分重要的现实意义 在虚拟环境中 可 以建立虚拟的人体模型 借助于跟踪球 HMD 感觉手套 学生可以很容易 了解人体部各器官结构 这比现有的采用教科书的方式要有效得多 Pieper 及 Satara 等研究者在 90 年代初基于两个 SGI 工作站建立了 一个虚拟外科手术训练器 用于腿部及腹部外科手术模拟 这个虚拟的环 境包括虚拟的手术台与手术灯 虚拟的外科工具 如手术刀 注射器 手 术钳等 虚拟的人体模型与
7、器官等 借助于 HMD 及感觉手套 使用者可以 对虚拟的人体模型进行手术 但该系统有待进一步改进 如需提高环境的 真实感 增加网络功能 使其能同时培训多个使用者 或可在外地专家的 指导下工作等 另外 在远距离遥控外科手术 复杂手术的计划安排 手术过程的信 息指导 手术后果预测及改善残疾人生恬状况 乃至新型药物的研制等方 面 VR 技术都有十分重要的意义 2 娱乐 艺术与教育 参考资料 丰富的感觉能力与 3D 显示环境使得 VR 成为理想的视频游戏工具 由 于在娱乐方面对 VR 的真实感要求不是太高 故近些年来 VR 在该方面发展 最为迅猛 如 Chicago 芝加哥 开放了世界上第一台大型可供
8、多人使用 的 VR 娱乐系统 其主题是关于 3025 年的一场未来战争 英国开发的称为 Virtuality 的 VR 游戏系统 配有 HMD 大大增强了真实感 1992 年的 一台称为 Legeal Qust 的系统由于增加了人工智能功能 使计算机具备 了自学习功能 大大增强了趣味性及难度 使该系统获该年度 VR 产品奖 另外在家庭娱乐方面 VR 也显示出了很好的前景 作为传输显示信息的媒体 VR 在未来艺术领域方面所具有的潜在应 用能力也不可低估 VR 所具有的临场参与感与交互能力可以将静态的艺术 如油画 雕刻等 转化为动态的 可以使观赏者更好地欣赏作者的思想 艺术 另外 VR 提高了艺术
9、表现能力 如一个虚拟的音乐家可以演奏各种 各样的乐器 手足不便的人或远在外地的人可以在他生活的居室中去虚拟 的音乐厅欣赏音乐会等等 对艺术的潜在应用价值同样适用于教育 如在解释一些复杂的系统抽 象的概念如量子物理等方面 VR 是非常有力的工具 Lofin 等人在 1993 年 建立了一个 虚拟的物理实验室 用于解释某些物理概念 如位置与速度 力量与位移等 3 军事与航天工业 模拟与练一直是军事与航天工业中的一个重要课题 这为 VR 提供了 广阔的应用前景 美国国防部高级研究计划局 DARPA 自 80 年代起一直致力 于研究称为 SIMNET 的虚拟战场系统 以提供坦克协同训 1 练 该系统可
10、联 结 200 多台模拟器 另外利用 VR 技术 可模拟零重力环境 以代替现在非 标准的水下训练宇航员的方法 4 管理工程 VR 在管理工程方面也显示出了无与伦比的优越性 如设计一新型建 筑物时 可以在建筑物动工之前用 VR 技术显示一下 当财政发生危机时 可以帮助分析大量的股票 债券等方面的数据以寻找对策等等 以上仅列出虚拟现实的部分应用前景 可以预见 在不久的将来 虚 参考资料 拟现实技术将会影响甚至改变我们的观念与习惯 并将深入到人们的日常 工作与生活 1 2 课题背景 VR 技术最早起源于 20 世纪 50 年代的美国 发展至今也还处于不断探 索阶段 同时由于软硬件环境的限制和研究应用
11、方向的不同 人们对虚拟 现实技术的理解也仁者见仁智者见智 综合来说 VR 技术是一种综合应用 各种技术制造逼真的人工模拟环境 并能有效地模拟人在自然环境中的各 种感知系统行为的高级的人机交互技术 虚拟环境通常是由计算机生成并 控制的 使用户身临其境地感知虚拟环境中的物体 通过虚拟现实的三维 设备与物体接触 从而真正地实现人机交互 可以说人处在虚拟环境之中 跟现实环境是没有差别的 VR 技术的发展始终围绕它的三个特征而前进 即沉浸感 交互性和构 想 这三个重要特征与其相邻近的技术 如多媒体技术 计算机可视化技术 等 相区别 沉浸感 是指计算机生成的虚拟世界能给人一种身临其境的感 觉 如同进入了一
12、个真实的客观世界 交互性 是指人能够很自然地跟虚 拟世界中的对象进行交互操作或者交流 构想 是指虚拟环境可使人沉浸 其中并且获取新的知识 提高感性和理性认识 从而深化概念并萌发新意 因而可以说 虚拟现实可以启发人的创造性思维 1 3 虚拟现实技术的研究现状及存在的问题 VR 技术最早在 20 世纪中期由美国 VPL 探索公司和它的创始人 Jamn IJaIlier 提出这一概念 后来美国宇航局 NASA 的艾姆斯空间中心利用 VR 技术最早在 20 世纪中期由美国 VPL 探索公司和它的创始人 Jamn IJaIlier 提出这一概念 后来美国宇航局流行的液晶显示电视和其它设备 开始研 制低成
13、本的虚拟现实系统 推动了该技术硬件的进步 目前 虚拟现实技 术已获得了长足的发展 在国 20 世纪 80 年代末开始进行研究 目前还 处于初级阶段 参考资料 1 3 1 美国虚拟现实技术的研究动态 美国作为 VR 技术的发源地 其研究水平基本上就代表国际 VR 发展的 水平 目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知 用户界面 后台软 件和硬件四个方面 l2 美国宇航局 NASA 的 Ames 实验室研究主要集中在 以下方面 将数据手套工程化 使其成为可用性较高的产品 在约翰逊空 间中心完成空间站操纵的实时仿真 大量运用了面向座舱的飞行模拟技术 对哈勃太空望远镜的仿真 现在正致力于一个叫 虚拟行
14、星探索 vPE 的 试验计划 现在 NASA 己经建立了航空 卫星维护 VR 训练系统 空间站 VR 训练系统 并且已经建立了可供全国使用的 VR 教育系统 北卡罗来纳大学 UNC 的计算机系是进行 VR 研究最早的大学 他们主要研究分子建模 航 空驾驶 外科手术仿真 建筑仿真等 Loma lAnda 大学医学中心的 David Warner 博士和他的研究小组成功地将计算机图形及 VR 的设备用于探讨与 神经疾病相关的问题 首创了 VR 儿科治疗法 麻省理工学院 MIT 是研究 人工智能 机器人和计算机图形学及动画的先锋 这些技术都是 VR 技术的 基础 1985 年 M1T 成立了媒体实验
15、室 进行虚拟环境的正规研究 华盛顿 大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室 1ilT lab 将 VR 研究引入了 教育 设计 娱乐和制造领域 从 90 年代初起 美国率先将虚拟现实技术 用于军事领域 主要用于以下四个方面 虚拟战场环境 进行单兵模拟训 练 实施诸军兵种联合演习 进行指挥员训练 1 3 2 英国和日本虚拟现实技术的研究与开发 在 VR 开发的某些方面 特别是在分布并行处理 辅助设备 包括触觉 反馈 设计和应用研究方面 英国是领先的 尤其是在欧洲 英国主要有四 个从事 VR 技术研究的中心 Windustries 工业集团公司 是国际 VR 界的 著名开发机构 在工业设计和可视化
16、等重要领域占有一席之地 BritishAerospace 英国航空公司 BAe 的 Brough 分部 正在利用 VR 技术 设计高级战斗机座舱 Dimension International 是桌面 VR 的先驱 该 公司生产了一系列的商业 VR 软件包 都命名为 Superscape Divison LTD 公司在开发 VISION Pro Vision 和 su pervision 系统 模块化高速图形 参考资料 引擎中 率先使用了 Tmnsputer 和 i860 技术 日本主要致力于建立大规模 VR 知识库的研究 在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位 京都的 先进电子通信研究所 ATR 正在开发一套系统 它能用图像处理来识别手势 和面部表情 并把它们作为系统输入 富士通实验室正在研究虚拟生物与 VR 环境的相互作用 他们还在研究虚拟现实中的手势识别 已经开发了一 套神经网络姿势识别系统 该系统可以识别姿势 也可以识别表示词的信 号语言 日本奈良尖端技术研究生院大学教授千原国宏领导的研究小组于 2004 年开发出一种嗅觉模拟器 只要把虚拟空间里的水果拉到鼻尖上一闻 装置就会
