基于Vega Prime的海域三维漫游系统研究与实现

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1、厦门大学研究生学位论文基于Vega Prime的海域三维漫游系统研究与实现姓名：江玉玲申请学位级别：研究生专业：指引教师：石江宏摘要为增进管理部门对厦门海域空间资源的全面、直观的结识，以便对其进行资 源规划和辅助决策，提高各管理部门对海域可持续开发与运用的综合管理能力， 本文研究开发了一种基于Vega Prime21的厦门海域漫游系统，给使用者带来身 临其境的感觉。使用Creator26建立的模型数据库构建了真实、可流畅浏览的场景模型，以Vega Prime 21为基本，编写VisualStudioNET平台下的C+程 序，实现了环境变化效果，视点设立，碰撞检测，二、三维联动，三种漫游方式，查

2、询功能，潮汐水文的二三维体现等功能。论文的重要工作如下：， i(1)使用Creator构建了具有真实感的厦门海域场景模型，并运用LOD(Level ofDetail)技术、模型实例化技术、外部引用、纹理技术、模型简化、优 化数据库等措施提高Open Flight模型数据库的遍历速度，以得到流畅的浏览体 验。(2)以Vega Prime为基本，用Lynx Prime图形顾客界面配备工具配备基本 acf文献，涉及设立通道、设立环境参数、场景物体初始状态、观测视角等。(3)基于MFC的程序框架设计，运用ACCESS设计系统数据库，并 且用ADO连接数据库，实现了漫游过程环境变化，视点设立，碰撞检测，

3、二、 三维联动，三种漫游方式，查询功能，潮汐水文的二三维体现等功能。基于Vega Prime的三维漫游系统通过对厦门海域的虚拟仿真，把厦门海域 以立体临场感的三维方式呈目前使用者眼前，并向顾客提供多种漫游方式，查询 功能，使使用者借助虚拟现实三维场景界面身临其境地理解厦门海域各岛屿，功 能区的分布状况，快捷直观地获取海域空间信息，提高对其进行资源规划和辅助决策的能力。核心词：虚拟现实；Vega Prime；三维模型；漫游；碰撞检测AbstractTo promote the governmentS awareness of the ocean space resource，and to imp

4、rove the ocean space resource planning and decision，this study develops a vega Prime21-based 3D model database management system in a virtual environment of Xiamen harborThis system set up a 3D model database management system used Creator26，and then based Oil Vega Prime 21，write the C+program under

5、 the VisualStudioNETThe system achieve the climate change effects，change of the view,collision detection，two，threedimensional linkage，three method of roaming， check functional，threedimensional performance of the tidal hydrologyThe main work in this study Can be concluded as follows：(1)A 3D model dat

6、abase management system of Xiamen harbor is built，which used LOD(Level of Detail)technology,Creator to build a scene with a realistic model of Xiamen Port，and the use of LOD(Level of Detail)technology,model instantiation,external references，texture techniques，model simplification and SO on to improv

7、e theOpen Flight Database traverse speed，and get smooth browsing system(2)Based on Vega Prime，set the acf file used the Lynx Prime graphical user interface configuration tool，including the set of channel，environmental parameters， the initial state of the scene objects，point ofview and S13 on(3)The s

8、ystemS application framework based on MFC，design the databaseusing ACCESS，and connect to nle database谢th ADO，achieve the climate change effects，change of the view,collision detection，two，threedimensional linkage， three method of roaming，check functional，threedimensional performance of the tidal hydr

9、ologyIn a word，users can perform virtual assembly in the Vega Prime-based 3D model database management system，and understand the islands of Xiamen,the distribution of functional areas，to access the sea space informations fast and intuitively,toimprove the capabilites of resource planning and decisio

10、n supportThis stydy is apreliminary attempt aiming at thisKey Words：virtual reality；Vega Prime；3D model；roaming；collision detectionContentsAbstract i Abstract：iii Chapter 1 Introduction111 Forward 12 Background and research significance 213 Research actuality and direction 214 Main task of this pape

11、r ：Chapter 2 System design 621 System goals622 Design solution7221 Data materials planning1 0222 Application design1 123 Summary 13Chapter 3 3D sea scene model contruction14 31 About MultiGell Creator 26 14 311 Visual simulation modeling features15312 Open Flight models database1 532 The basic proce

12、ss of building 3D model1633 The data source of Xiamen sea modeI database1834 Terrain modeling35 Entity modeling2536 Texture building and usage 29361 The induction oftexture mapping29 362 Texture mapping building and usage3 137 Model optimization32 33 38 Summary 。Chapter 4 Visual simulation driver344

13、1 Vega Prime applaction system composition35411 LynX Prime36412 Vega Prime API3742 Vega Prime rendering process 38 43 Application development process3944 Scheduling management of a large scene data 4045 Viewpoint and motion model “ ”4l 46 Collision test川4347 Ocean module 434348 Summary 。 。Cha pter 5

14、 Vega Primebased implementation of Xiamen sea 3D roaming system。”“”4551 Vega Prime application framework and its implementation45511 System graphical interface design45512MFC-based application framework4752 Database system design49 521 Data structure design49522 Dat吞base accessment5053 The implement

15、ation of Xiamen sea 3D roaming system53531 EnvironmentaJ Effects53532 Viewpoint set57533 Collision test57534 2D3D linkage”58535 Roaming mode“59536 Query function”60537 The tide implementation 616254 SummaryODOOOOOOlOOOOOOOOOfXConclusion 64 0utlook 61； Acknowledgements66References 67第l章绪论第1章绪论11引言近十余

16、年来，随着计算机技术，信息技术“摩尔定律式的高速发展，计算 机性能大幅提高，建筑的设计和发布、海域信息管理、航标管理等也从二维平面 迅速发展为三维立体，并朝着虚拟设计、虚拟现实发布迈进。虚拟现实(Virtual Real ity，简称vr)技术是在计算机图形学、计算机仿 真学、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基本上发展起来的一门交叉 技术。VR技术是一种模拟人在自然环境中的视觉、听觉、触觉等行为的高度逼 真的人机交互技术，是运用人类感知能力和操作能力的新措施。VR技术有三个 最重要的特性：“沉浸感(Immersion)、“交互性(Interaction)”和“想象力 (Imaginat

17、ion)n1。“沉浸感是指计算机所建立的三维虚拟环境能使操作者 得到有关该环境全身心的体验；“交互性是指操作者能通过其自身的自然技能 并通过专用的传感器设备对虚拟环境中实体的考察并实行相应的操作口】；“想象 力”是指顾客在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过 联想推理和逻辑判断等思维过程，随着系统的运营状态对系统运动的将来进展进 行想象，以获取更多的知识、结识复杂系统深层次的运动机理和规律性。虚拟现 实的发展，使得虚拟现实和现实世界之间的界线变得越来越模糊。在虚拟现实系 统中，运用现代科技手段构造出能被人观测、交互、控制并可沉浸其中的三维图 形虚拟空间，使人有一种完全的身临

18、其境的感觉，提高人对虚拟环境中模型结识 的直观性和逼真性，协助人们更好地进行工作。虚拟漫游技术是虚拟现实(VR)技术的重要分支，在建筑、旅游、游戏、航 空、航海、医学等各行业发展不久。由于有可贵的3I特性沉浸感、交互感 和想象力，使得沿用固定漫游途径等手段的其她漫游技术和系统无法与之相比。 虚拟海景漫游是虚拟漫游的一种应用，是虚拟海景模型建立技术和虚拟漫游技术 的结合。第1章绪论12课题研究的背景及意义虚拟漫游技术是虚拟现实技术的最重要的体现形式，综合了计算机、图形处 理与生成、网络通信等高新技术。海景漫游的最大特点是：被漫游的对象是已客 观真实存在的，只但是漫游形式是异地虚拟，同步，漫游对象

19、的模型都是基于对 象的真实数据。厦门是一种以海为特色、以湾为优势的典型海湾型都市，其紧临金门，是发 展海峡西岸经济区建设与增进海峡两岸经济发展的前沿阵地。厦门海域是以厦门 岛为中心向四周展布的环型海域，具有300多平方公里海域、18个无居民海岛 和29处礁石，这些固有的海域空间资源对港口、旅游等社会经济发展起了重要 的作用。目前，对于厦门海域的管理均以二维为重要的体现形式，缺少直观性。 为管理部门提供对海域空间资源的规划、设计、开发等辅助决策带来诸多不便。 因此，为进一步提高各管理部门对海域空间资源的全面、直观的结识，增进海域 可持续开发与运用的综合管理能力，需要构建一套以三维体现形式为基本，

20、以辅 助查询为主导目的的厦门海域三维海域漫游系统。13研究现状虚拟现实技术应用于都市规划，场景漫游等所带来的三维真实感，会带来巨 大的社会、经济效益，这使得某些西方发达国家从80年代中期开始投入大量资 金及人力支持虚拟漫游技术的研究。众多国外大学及科研机构都在研究虚拟场景 漫游，如ATC，Atlandia Design(Mirage Resorts)，UNC，Paradign Inc等机构 在理论和实践上都获得了许多成果。其中，美国的北卡罗莱纳大学(UNC)计算 机系研究了用于建筑设计的Walkthrough虚拟建筑漫游系统，顾客可以在虚拟 的UNC计算机系大楼里漫游。她们对NURBS模型的建

21、立、拣选、多边形简化解决 进行了进一步研究，获得了一系列成果。在国内，清华、北航、杭州大学、浙大，中国矿业大学等许多大学都己开展 虚拟场景漫游技术的研究。杭州大学工业心理学研究室1996年实现了故宫漫游。 暨南大学土木工程系研制了拙政园巡游系统。北京航空航天大学为北京都市规划 设计的“数字朝阳”、为微软研究院设计的“数字奥运博物馆等都是虚拟漫游2第】章绪论技术的应用。三维虚拟现实技术在海洋的应用卜，重要体目前将海洋数据进行精确的一三维 可视化体现，以助于提高海洋科学研究及应用的效率。海洋数据三维可视化体现 巧i仅仪规定数据以图解形式显示出米，同步规定单个空间位置具有查询、选择、空间分析等功能，

22、以获取更深层次的信息。目前，闭外三维空间信息系统在海洋 领域的应用刚刚丌始，最具有代表性的就是Googl e Earth。该软件除了海水动 态模拟、海底地形等功能外，更是集成了大量海洋的资料，涉及幽家地理、英国 广播公司(BBC)、美国幽家海洋大气局(NOAA)、库斯托海洋世界等某些世界知 名机构说提供的图片或视频。Googl e Earth凭借着丰富的数据资源在海洋领域 的应用中获得了很大的成功。在国内，作为中国第个具有自主知识产权的海洋 地理信息系统软件MaXplorer(Marine GIS eXplorer)，针对海洋数据的特性，着 眼于立体思维，实现了对海洋数据的三维分析与动态三维可

23、视化旧1。中幽科学院 遥感应用研究所与北京国遥新天地公司研究的“全围海岛海岸带王维可视化信息 系统”基于其丌发的j维GIS软件EVGlobe Ocean，采用最新的3D技术，模拟 海岛海f；：带的三维地形以及海洋洋流等模型，为数字海洋研究摸索新的技术方 案。北京国遥新天地公司的“平台及海管海缆电子三维信息系统”将三维地理信 息技术应用于石油设施管理，集成海底DEM数据，运用分层设色法，将刁i同深度 的海底地形用不I司的颜色表达，直观地展示海底地形(图1一1)；将海图与三维地 形叠加显示，通过对比浏览海图与i维场景的异同，查询有关海图要素的属性信 息；通过3D技术建立起的三维环境中可直观的看到管

24、线的埋深、走向、交义跨 越等，使管理更加以便(图卜2)。图卜1海底地形图1-2海管海缆管理 3D虚拟现实技术也大最应用于航海领域上。近几年来航海模拟器的发展及在各大航海院校的推广使用，是3D虚拟现实技术在航海领域方面的一种重要使-Hj。挪威KONGSBEICG公司最新推出的Paloris一5将“虚拟现实”技术引入船舶操 纵模拟器，制作逼真的一i维视景，再结合驾驶舱内实际操作面板，营造出类似实 际麒舟门驾驶舱的真实环境，实现船舶在海上的漫游以及船舶的六自由度航行。时 幽内人连海事大学， I：海海事大学也研究出船匀n操纵模拟器并投入使用。集美大学诚毅学院于引进的捌5威Polari s一5船舶操纵模

25、拟器是 KONGSBERG公司的最新一|f产品，它实现视景12通道的无缝结合，以及船舶在 海上漫游的六自由度航行，真实模拟各港口海景特性，漫游速度最大达到40节也不会有滞后性。图13足船舶操纵模拟器在悉尼港航行的部分视景。第l章绪论图卜3悉尼港漫游视景14本文重要工作本论文的重要目的是丌发一种基于Vega Prime的厦门海域虚拟漫游系统， 实现流畅、具有真实现场感的漫游体验。通过优化虚拟场景和模型数据，借助键 盘、鼠标控制漫游运动及交互控制，可以得到身临其境的感觉。重要的研究内容 如下：(1)厦门海域各模型数据库的建立现场采集厦门海域实景图片，使用PhotoShop编辑加工图片，制作贴图纹理

26、。 使用Creator26建模工具建立并优化Open F1 i ght模型数据席。(2)定制VP应用程序配备文献 使用Lynx图形配备工具迅速定制VP应用程序的配备文献。(3)厦门海域三维漫游系统的建立使用Vi suaStudio NET甲台的C语言编程，搭建系统，实现j维海 域漫游功能，同步实现环境控制，查询功能，潮汐体现等辅助功能。第2章系统的总体设计第2章系统的总体设计基于Vega Prime的虚拟漫游系统重要由flt的Open F1 ight模型数据 库、acf的Vega Prime配备文献和应用软件三个个部分构成。基于Vega Prime 系统，可以得到针对实时渲染的优化模型，以便快

27、捷的定制配备文献。通过其自 带的API开发应用程序，可以缩短系统开发时间。同步运用多种模块和高档功能， 提高虚拟漫游的真实感。21系统总体目的目前大部分的海域信息管理重要以地理信息系统(GIS)为技术基本，以海 域管理资料、数据、文献管理、平常办公为重要内容的海洋空间数据管理，集文 字资料和现状图于一身，可进行检索、查询，为管理、分析、研究、决策提供技 术条件和基本。但目前的管理系统只限于二维方面的，对于海岸线，海岛，海上 水文特性，海底地形的直观理解和观测不够，基于目前政府管理部门对海域空间 资源管理的需求，需要构建一套以三维为体现形式，同步综合海域管理资料，数 据，文献管理等内容的海域信息

28、管理系统。根据实际工作需要，通过度析，系统的重要功能规定如下：海底地形、海岛及水上多种特性物的三维体现；二维、三维交互双向检索查询；天气环境变化体现；属性数据查询；自由漫游：可以通过鼠标，键盘配合在三维海域中进行漫游；定位漫游：通过输入海域使用的大概坐标能自动定位到相应的三维场景 中，并可呈现出周边的海域三维信息；三维自定义途径漫游；潮汐水文数据的三维体现；距离、面积三维量算等空间分析功能。6第2章系统的总体设计22系统的设计方案基于三维海域管理的辅助决策为实现海域可持续发展的海域综合管理提供 了必要的基本工具和新兴的管理模式。为实现该系统平台将需要运用地理信息技 术、虚拟现实技术、实时图形图

29、像技术、数据库技术、信息系统开发技术等研究 措施。(1)地理信息技术：该技术是一种强有力的数据收集、数据解决、信息管 理与分析工具，是以3S技术为核心的现代高新技术。海域空间信息的获取、处 理、显示及分析和管理等过程都离不开地理信息技术。GIS是进行海域空间数据 采集、管理、操作、分析和显示，并采用模型分析措施，适时提供多种空间和动 态信息，为地理研究和决策服务而建立起来的计算机系统。RS和GPS是获取海 域多辨别率、多时相、多光谱的动态变化资源环境数据的重要手段。3S技术的 有机集成可以提供海域资源环境动态基本信息框架和服务，为厦门三维海域管理 信息系统的实现提供重要数据支撑。(2)虚拟现实

30、技术：该技术是运用计算机生成一种逼真的三维虚拟环境， 并通过使用传感设备与之互相作用的新技术。它与老式的模拟技术完全不同，是 将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并运用头盔显示屏、图形眼镜、数 据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置，把操作者与计算机生成的三 维虚拟环境连结在一起。(3)实时图形图像技术：三维信息系统规定图形与图像的刷新速率一般保 持在30帧s，图形客体行为反映的滞后时间要不不小于01s。加上，虚拟现实场景 模型的复杂性、逼真感，对实时图形图像解决技术提出了越来越高的规定。目前 重要的实时图形图像技术研究在于实时消隐技术、多边形表面简化技术、基于图 像的图形绘制技术等

31、。(4)数据库技术：该技术是海域综合管理决策过程、面向主体集成、随时 间而变化的、持久而具有空间位置信息的数据集合。空间数据库技术是进行海量 的多源多维空间数据管理与分析必不可少的重要工具。(5)信息系统开发技术：该技术是进行厦门三维海域管理信息系统建设的 最基本技术。通过该技术进行系统的构造设计、功能设计、过程设计、开发实现、 系统运营等。7第2章系统的总体设计系统运用“3S”技术、虚拟现实技术、实时图形图像技术、多媒体技术、数 据库技术等现代高新信息技术整合厦门海域地形、地貌、地质、数模、海岛、特 征地物等空间数据，以及海域使用状况、海域功能区划、海域使用规划、海岛开 发规划等管理信息，建

32、立一套三维海域漫游并辅助信息管理系统。目前流行的三维建模工具重要有AutoCAD，3DS Max，Multigen Creator 等。AutoCAD容许顾客借助灵活的体、面、边编辑技术编辑三维实体，实现面的 移动、旋转、平移、删除、复制、变化颜色、实体的拆分或检查实体的有效性。 但对于大范畴区域，如果每个地物目的都这样建模不仅费时，并且也不实际。3DS Max建模功能强大，对对象的细节描述非常生动，能精确、以便、快捷的建立模 型，实现逼真的光影、材质效果，惟妙惟肖的动画，然而这种涉及上万多边形和 复杂效果的精确模型对于需要实时渲染的虚拟仿真系统而言承当太重。像这样的 模型会使系统在渲染中跳帧

33、，顾客无法体验流畅的虚拟现实感受。Multigen Creator是专门为复杂的虚拟场景实时漫游设计的建模工具，有良好的顾客交互 界面，建模速度快，所建立的模型较小，不会影响虚拟环境的实时性。但是 Multigen Creator重要侧重于模型数据管理，其三维造型功能较弱，在精细建 模方面远不能与3DS Max相提并论。对比多种三维建模软件的优劣，考虑到三维漫游系统的实时性，需要充足利 用计算机资源，本系统选择Multigen Creator为重要的建模工具，某些特性模 型对精细限度规定较高，系统考虑用3DS Max建模，转换为Multigen Creator 格式的fit文献，再删除多余的面

34、以简化模型。目前，虽然有如NVIDIA的GL、SGI的OpenGL Shading Language等专门的 图形语言的浮现，但对大多数一般程序员而言，OpenGL和Direct3D仍然是最底 层渲染3D API，大部分3D应用是在它们的基本上开发的。但是如果自己用OpenGL 和Direct3D开发3D应用，开发的效率低，对开发人员的素质规定很高。98年 以来，人们对3D图形的开发有了进一步的发展，开发了如GLUT-OpenGL Utility Toolkit，SGI OpenGL Peformer，Quamtum3D OpenGVS等商业的或免费的图形工 具包。MultiGenParadi

35、gm Vega与Creator同是MultiGen-Paradigm公司开发的 产品，Vega应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域。运用Vega可以8第2章系统的总体设计迅速地创立多种实时交互的三维环境，以满足各行各业的需求。它拥有某些特定 的功能模块，可以满足特定的仿真规定，如：船舶、红外、雷达、照明系统、人 体、大面积地理信息和分布式交互仿真等等。MultiGen-Paradigm Vega Prime 是MultiGen-Paradigm公司推出的全新产品，它所有用C+语言编写，虽然在功 能上并没有比Vega更好，但是Vega Prime的核心Vega Scene Graph是完

36、全面向对象的先进构架，采用了许多现代C+的特性和技术，大大增长了软件功能和 灵活性、通用性；此外，目前大部分程序员均有面向对象编程经验，Vega Prime 提供的接口正好符合其编程思维，易于上手，因此特别有吸引力。附带的Lynx Prime是一种用来组织管理Vega Prime场景的GUI工具，大大减少了程序代码 编写工作量。OSG是一种可移植的、高层图形工具箱，它为战斗机仿真、游戏、 虚拟现实、或科学可视化等高性能图形应用而设计。它提供了基于OpenGL的面 向对象的框架，使开发者不需要实现、优化低层次图形功能调用，并提供了诸多 附加的功能模块来加速图形应用开发。OSG通过动态加载插件的技

37、术，广泛支持 目前流行的2D、3D数据格式，涉及OpenFlight(fit)，TerraPage(txp)(多 线程支持)，LightWave(1wo)，Alias Wavefront(obj)，Carbon Graphics GEO (geo)，3D Studio MAX(3ds)，Peformer(pfb)，Quake Character Models (md2)，Direct X(x)，以及Inventor Ascii 20(iv)，VRML 10(wrl)， DesignerWorkshop(dw)，AC3D(ac)；rgb，gif，JPg，png，tiff，pic，bmp，dds，

38、tga和qucktime。此外还可通过freetype插件支持一整套高 品质、反走样字体(英文)。OSG内含LADBM模块，加载大地形速度较快，帧速率 高，在运营过程中占用计算机资源少。此外，OSG是自由软件，公开源码，完全 免费。顾客可以自由修改来进一步完善功能。本系统采用Vega Prime为三维引擎平台。运用LynX Prime为顾客提供了一 个简朴、直接明了的开发界面。可根据仿真需要迅速开发出合乎规定的视景仿真 应用程序。它具有向导功能，能对Vega Prime的应用程序进行迅速创立、修改 和配备，从而大大提高了生产效率。它基于工业原则的XML数据互换格式，能与 其她应用领域进行最大限

39、度的数据互换。它可以把ACF(Application Configuration File)自动转换为C什代码。系统采用Visual Studio NET平台的C语言编程，搭建系统，实现三9第2章系统的总体设计维海域漫游功能，同步实现环境控制，查询管理功能，潮汐体现等辅助功能。厦门三维海域漫游系统是在整合海域查询属性数据席、潮汐水文数据库的基础J：，实现厦门海域的三维漫游。系统的功能构造设计如图2 1：顾客界面z，弋夕弋，夕场景维护场景漫游属性查询|叠裂姑维矿护z、z、弋夕L夕一夕一厂 。-1：!：、，、厂、o”，。叠? 。一二=l维模型库j属性数据潮汐水文、，、，图21系统功能构造 从卜图可

40、以看出，本系统重要是软件方面的殴计，其。卜J涉及了数据资料和应用程序设计两个部分。221数据资料规划系统中涉及的数据重要有二维模型数据、属性数据和潮汐水文数据。i维模 型数据涉及了陆地、海底、海岛、海岸等地形模型，特性模型涉及特性建筑、码 头、港口、桥梁等；属性数据库中涉及了海岛属性数据和海域使用功能区数据： 潮汐水文数据录入了20l 1年的潮汐表(由围家海洋局海洋信息中心编 制)数据。系统的数据构成设计如图22：第2章系统的总体设计图2-2系统数据构成 三维模型数据库的制作需要经历前期模型数据的采集、中期模型的制作和后期模型数据库的优化三个阶段。通过优化设计的Open Flight模型数据库

41、构造紧 凑、文献体积变小，既有助于漫游系统的实时浏览，也为修改数据库提供了以便。 Open Flight模型数据库的设计应有助于充足发挥其树状的层次化储存构造的优 势，并遵循严格的实时系统遍历顺序。由于实时系统是按照严格的顺序，即由上至下、由左至右的原则将模型数据 库中的节点依次绘制出来的，因此本系统按照地形和特性物两大块分开建模，地 形又涉及了陆地模型，海底模型，海岛模型，海岸模型等各个模型的建立，特性。物涉及了码头，建筑，桥梁等等的建立。 属性数据重要分为海域属性数据和海岛数据两大类。海域属性数据重要根据顾客所规定查询的内容和所提供的数据建立数据库，海岛数据涉及海岛的基本 信息。潮汐数据根

42、据潮汐表(由国家海洋局海洋信息中心编制)录入数据库 表中。222应用程序设计为了使用Vega Prime21版的VGS和VegaPrime API，应用程序采用了Visual Studi0NET的开发环境编写基于MFC的Vega Prime应用程序。MFC即微软 基本类库(Microsoft Foundation Class Library)，是用来编写Windows应用 程序的C什类库，类库按照层次构造的组织方式封装了大部分的Windows API函 数、OLE API函数、ODBC API函数、DAO API函数、WinSocket API函数、IS API 等底层函数，并提供了更高档的应

43、用程序接口，从而简化了Windows应用程序的 编写。另一方面，MFC同步也支持对底层API函数的直接调用，这样可以以较小 的系统开销来实现所需的功能，从而大大提高应用程序的执行效率瞄1。系统运用 VGS、Vega Prime API，再配合ACF应用程序配备文献进行编程。综合以上两方面，本系统基于Vega Prime，重要涉及三部分：视景模型的预 解决、图形界面设计和三维可视化仿真程序设计，框架设计如图2-3所示。第2章系统的总体设计图2-3系统开发框架设计视景模型的预解决 视景模型的预解决重要有两个部分即Creator建立的flt格式的静态视景模型库和大场景地形视景模型库，静态视景模型库涉

44、及岸上特性建筑物，港口，码 头，桥梁等模型，建模需要场景规划平面图、装备设计图、场景施工图和纹理材 质等资料；大场景地形视景模型库重要涉及海岛，海岸，海底，路上等地形模型， 建模需要海底水深点数据、岛屿高层点、岛屿等高线数据、纹理材质等资料。图形界面设计图形界面设计重要在LynX Prime(简称LP)中进行。LP是用来定义VP中 的类及其参数的人机交互界面，定义好的内容可以保存到一种扩展名为acf的 文献中。本系统中LP的设立重要涉及基本环境设立、模型初始位置(重要指精 细模型在大场景模型中的初始定位)，常用特效设立(如云、雾、雨、雪和声效 等等)和大场景应用设立等内容。视景仿真程序设计12

45、第2章系统的总体设计视景仿真程序设计重要完毕整个仿真过程，为顾客提供实时流畅的视景仿真 成果，它可以通过VP提供的API函数直接调用视景模型预解决生成的模型库， 还可以调用由Lynx Prime图形界面设计生成的acf文献实现对视景模型库进行 控制，通过接受仿真数据对整个场景进行驱动。重要内容涉及实时驱动算法实现、 实时仿真数据解决、细节削减过渡方略、碰撞检测与响应、场景调度与管理和视 点控制等内容。23小结本章明确了系统设计的总体目的，分析了系统的总体设计方案，选择 Mutigen Creator为建模工具，Vega Prime为三维引擎平台，简介了系统中的数 据构成，明确了系统开发的总体框

46、架。第3章三维海域场景模型构建第3章三维海域场景模型构建对于虚拟漫游系统来说，逼真的场景模型将会给漫游者带来视觉上的享有， 同步高速的实时渲染也会带给顾客以流畅的漫游体验。要达到这两项规定，需要 在创立模型数据库时充足掌握建模工具的使用措施，并针对模型数据库特点进行 合适的优化。31 MultiGen Creator 26建模软件简介MultiGen Creator 26是MultiGenParadigm公司推出的实时可视化三维 建模软件。它拥有针对实时应用优化的Open Flight数据格式，强大的多边形建 模、矢量建模、大面积地形精确生成功能，以及多种专业选项及插件，能高效、 优化地生成实

47、时三维(RT3D)的数据库，可以用来产生、编辑和查看战场仿真、 娱乐、都市仿真和计算可视化等领域的视景数据库。它由自动化的大型地形、三 维人文景观产生器和道路产生器等强有力的集成选项来支撑。Creator作为一种功能强大、交互的建模工具，可以建立逼真的、针对实时 应用优化的三维模型，并将多边形模型、矢量模型及地表特性等集于一体：(1)多边形建模：使用MultiGen Creator的多边形建模及纹理应用工具可 以迅速构造高逼真度的3D建筑模型，并可对它实时优化而无需更多的人工干预。 (2)创立地表：MultiGen Creator拥有一套完整的工具，可以迅速地创立 大面积精确地形。自动化的层次

48、细节(LOD)和组筛选可以很容易地创立多种辨别率的地表特性，并可以精确控制地表的面片数以及与原始数据的误差值。 (3)矢量化建模和编辑：运用文化特性数据高效地将厦门海域场景中的建筑、景观、植被、岛屿特性物等与地形精确地结合，形成完整的三维地形地貌 数据库。下面就可视化仿真建模的特点、Creator软件的建模工具以及模型数据库特 点进行简朴简介。14第3章三维海域场景模型构建311可视化仿真建模的特点在一种实时的虚拟仿真系统中，仿真模型数据库一方面必须满足特定实时系统 的操作规范，另一方面还必须对模型数据库进行有针对性的性能优化解决。可视化仿 真模型数据库从模型数据到被实时地渲染成一帧一帧的画面

49、，大体上要经历应用 (APP)、剔除(CULL)和绘制(DRAw)三个重要过程嘲。如图3-1所示：剔除绘制帧缓冲图31虚拟仿真模型渲染过程 可视化仿真实时性和交互性的本质特性和实时渲染的底层实现过程，决定了用于可视化仿真系统的三维模型数据库需要具有不同于老式三维模型数据库的 特点，例如：模型的多边形数量要尽量少；模型数据的构造要尽量简朴；模型数据库的构造要便于进行遍历操作；模型数据库要可以被应用程序迅速读取；模型数据库可以涉及多种约束限制信息等。 一般来讲，运营仿真应用的实时系统的硬件平台配备是相对固定的，也就是说一种特定的实时仿真硬件系统在单位时间内的数据解决能力是一定的。因此， 直接影响仿

50、真漫游的最后效果的决定因素就有如下的两个：一是实时三维模型数 据库自身的数据构造和组织特性，二是对实时渲染引擎的选择和优化设计。312 Open Flight模型数据库Open Flight模型数据库是指采用Open Flight格式建模的模型数据库，是第3币三维海域场景模型构建LJJ MultiGen Creator所独创，专门针刈实时渲染虚拟仿真系统的层次化模型数 据库。Open F1ight数据库采用了一种节点式的分层构造，不仪可以描述模型结 构，还可以完整捕述一种一i维虚拟场景巾多种行为、声音、光照、天气状况等等。Open F1 ight格式是一种树状的层次化构造(如图12)，这种构造

51、可以以便 地将模型按照几何特性进行自效的组织，并将其转化为可以以便地进行编辑和移 动的节点。此外，这种树状构造非常适合实时系统进行多种遍历操作。图32 Open F1ight数据库构造图构成Open F1ight格式模型数据库的节点除了根节点(database header)、 组节点(group node)、体节点(object node)、面tJt 4J1。i(face node)、点节点(vertex node)，还涉及多种特殊效果的节点：细节层次节点(LOD node)、自由度节点 (DOF node)、光源节点 (1ight SOUrCe node)、声音节，一_(sound nod

52、e)等等。32建立三维模型的基本过程运用Mutigen Creator进行的三维海域海景模型构建，其数据构造如图33所示：第3章三维海域场景模型构建图3-3三维建模的数据构造由图中可以看出，Open Flight模型数据库中最基本的、最常用的节点类型 是组节点(group)、体节点(object)、面节点(face)。在层级构造中，组、体、 面节点都位于默认的根节点(db)下方。根节点位于数据库层级视图的最上层，也是整个Open Flight数据库树状层 次构造的根。组节点是某些体节点的集合，一般按照逻辑顺序把物体有条理地编 排成组，可以使操作变得更加容易、快捷。体节点是面节点的集合，同样按照

53、逻 辑顺序把构成物体的模型面有条理地组织为体，可以使数据库操作变得更以便。 而面节点又是一系列有序且共面的空间点的集合，这些空间点拟定的多边形就是 构成模型的面。根据系统对模型的需要，重要进行地形建模(涉及海底，海岸，海岛，陆地 等的建模)，特性物建模(涉及路上建筑，桥，海岛特性物，码头，港口等等建 模)。三维场景构建重要环节涉及：前期数据采集、解决，拟定场景数据库层次结 构；模型建立地形生成、三维实体模型构建；后期解决模型的集成优化、测试等， 建模技术路线流程如图34所示：第3章三维海域场景模型构建地彤叛描、地图，粥三l：li商稚铃圈，安聚照J)l0l地形院乞I纹环优化模鬟影：纯上LL土飑地

54、地形物地=i；宴实物UU馍磺hk山t硝；珏f剃喇设辟J设计修修c正止-_一Tr，一I地暴麾合成I邪_揆艇露合成上 谬试、优化处脚 l场疑数据库理嵌Ii：成图3-4建模技术路线流程图33创立厦门海域模型数据库的数据来源厦门海域基本数据重要是三维场景构建需要的数据，重要涉及：地形数据， 水深数据，地图，码头平面布置图，实景照片，影像图等等。其中地形数据，水 深数据，地图，影像图，码头平面布置图重要来自顾客单位提供。实景照片重要是到租用小船到厦门海域，特别是西海域一块的实景照片拍 摄。采集实景图像是建模前的必要工作。一方面通过细致的拍摄，为后来拟定岸 上建筑物、附属设施、树木的大小比例、大体构造留下

55、有用的图像信息。同步， 采集到的图像将作为纹理贴图的来源。由于相机视角的关系，拍出的图片一般会 有一定的变形。为减少将来修改图片的工作量，一般拍摄时要注意使身体尽量保 持与地面垂直，水平拍摄。所需图片尽量缩小放置于图片中央，减少失真限度。34地形建模地形地貌是视景中的重要构成部分，也是视景模拟的重点，因此地形的建模第3章三维海域场景模型构建在三维视景中处在很重要的地位。地形在有的三维场景中占很大比例，例如海底 连绵不断的地形。这时地形模型数据库将形成大量的多边形，在实时系统显示时 会减少显示速度，因此一种即逼真又不影响实时系统显示的三维地形模型数据库 的建立需要在本系统中建立。一般说，在计算机

56、中表达数字地形一般有三种措施，即等高线表达法、格网 表达法和不规则三角网表达法。等高线表达法是最常用的一种以二维方式表达三维形态的措施。等高线数据 自身是一种矢量数据，这种地形表达法广泛应用于制作多种地图和地理信息系统 中。事实上，直接使用等高线就可以生成三维地形模型。三维地形模型制作一般 由两种措施：一通过由等高线形成的一系列多边形进行简朴的放样运算来生成地 形造型：二是通过Delaunay：-角形根据等高线上的点进行三维地形的造型。等高线法操作简朴，但是生成的三维模型等高线的痕迹比较明显，特别在没 有纹理贴图的状况下更为突出。由于直接基于等高线的模型不持续、不光滑、逼 真度不高，因此在生成三维地形前