關(guān)于三維視景仿真系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)研究

李東輝

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展速度也在不斷加快，越來(lái)注重高新技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用。其中三維視景仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用不斷加強(qiáng)，特別是在工業(yè)領(lǐng)域受到了一定的重視。三維視景仿真系統(tǒng)，包括了相關(guān)的軟件和硬件，要想提高三維視景仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)水平，就對(duì)其相應(yīng)的軟件和硬件進(jìn)行分析、充分了解不同軟件和硬件的性能及適用性。整正發(fā)揮出三維視景仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。本文主要對(duì)三維視景仿真系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)情況進(jìn)行研究分析。

【關(guān)鍵詞】三維視景仿真系統(tǒng)；軟件；硬件；開(kāi)發(fā)

前言：

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，三維視景仿真系統(tǒng)作為一種虛擬的現(xiàn)實(shí)技術(shù)，備受關(guān)注。三維視景仿真，也就是虛擬仿真或者虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。發(fā)展前景廣闊，技術(shù)水平較高。主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，圖形圖象技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，控制技術(shù)等多種高科技，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或者是人類想象的虛擬世界，進(jìn)行三維建模，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)利用頭盔顯示器或者三維投影技術(shù)顯示出來(lái)，這也是一種先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)，能夠很好的呈現(xiàn)出一系列的感官世界，仿真效果非常突出。但是在開(kāi)發(fā)三維視景仿真系統(tǒng)中，還要注重對(duì)其軟件和硬件的開(kāi)發(fā)，把軟件和硬件更好的結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮出其實(shí)際功能，從而不斷完善三維視景仿真系統(tǒng)，使其發(fā)揮出更好地作用。

一、三維視景仿真系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)分析

對(duì)于三維視景仿真系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，主要分為模型、動(dòng)畫和環(huán)境幾部分。其中，主要的開(kāi)發(fā)環(huán)境有以下幾個(gè)方面：大地形主要用于軍事、航空航天等工作，能夠滿足高真實(shí)度和強(qiáng)實(shí)時(shí)性的具體要求[1]。小地形應(yīng)用于范圍比較小的模型。還有一種就是無(wú)地形，一般是指一個(gè)平板或者虛擬的界面，模型具有一定的動(dòng)態(tài)性。

對(duì)于模型來(lái)說(shuō)，主要有整體模型、模塊模型和環(huán)境模型等。而動(dòng)畫方面主要有：火焰等粒子系統(tǒng)、模型動(dòng)作、發(fā)射等方向。

1、建模軟件與視景軟件的開(kāi)發(fā)

在三維視景仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，根據(jù)其具體的特點(diǎn)，要有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件。其中，Creator建模軟件主要是對(duì)三維虛擬的場(chǎng)景進(jìn)行描述，通過(guò)節(jié)點(diǎn)式分層結(jié)構(gòu)的采用，能夠直接編輯、修改和控制虛擬城境內(nèi)的任何一個(gè)元素，在圖像生成器的具體操作中非常適用，具有一定的可視化仿真效果。通過(guò)對(duì)Creator建模軟件的開(kāi)發(fā)利用，有效改進(jìn)了傳統(tǒng)建模軟件，滿足了渲染操作的實(shí)際需要。另外，就是視景軟件VegaPrime的開(kāi)發(fā)，這個(gè)軟件是要與Creator建模軟件配套使用的，是就上它是一個(gè)三維驅(qū)動(dòng)工具包，其中包含了人機(jī)交互的界面設(shè)置，還能夠?qū)ζ渲械木唧w參數(shù)進(jìn)行定義，操作更加方便，避免了編程的繁瑣，能夠直接對(duì)模型進(jìn)行操控，完成場(chǎng)景漫游。對(duì)于這兩種軟件的開(kāi)發(fā)利用，也要有一定的使用范圍，一般會(huì)在一個(gè)較大的仿真模型中應(yīng)用，完成各個(gè)模塊的裝配仿真，能夠提高實(shí)際操作的效率。

2、傳統(tǒng)三維視景仿真圖形建模軟件開(kāi)發(fā)

在三維視景仿真系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)中，常用的三維建模軟件主要有：Maya、3dmax、Milk3D等等，其主要目標(biāo)就是達(dá)到一定的視覺(jué)效果，而在此過(guò)程中，忽視了模型的渲染效率。對(duì)于這些建模軟件來(lái)說(shuō)，具有非常強(qiáng)大的功能，能夠形成非常絢麗奪目的視覺(jué)光影效果，光線追蹤效果也很好，任務(wù)動(dòng)畫等也很生動(dòng)。畫面效果質(zhì)感很強(qiáng)。但是在獲得了非常好的視覺(jué)效果的同時(shí)，也出現(xiàn)了一定的缺陷和不足。模型的復(fù)雜性增加了，計(jì)算負(fù)擔(dān)加重，渲染效率低，用時(shí)長(zhǎng)，適時(shí)仿真性不強(qiáng)，人機(jī)交互水平低。因此，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要盡量避免這些不足，發(fā)揚(yáng)其優(yōu)勢(shì)。這些軟件不需要其他軟件的配合，基本上都是直接制作動(dòng)畫，特別適用于不需要交互的三維動(dòng)畫制作。

二、三維視景仿真系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)分析

1、三維視景仿真圖形工作站機(jī)柜的開(kāi)發(fā)

對(duì)于圖形工作站機(jī)柜來(lái)說(shuō)，主要包括以下幾個(gè)組成部分：電源控制系統(tǒng)、KVM主機(jī)、三個(gè)圖形工作站等。在此硬件的開(kāi)發(fā)中，要考慮到圖形工作站機(jī)柜的影響因素，保證各個(gè)構(gòu)成部件的穩(wěn)定性和安全性，還要保證其運(yùn)行的連續(xù)性，能夠?qū)Σ煌臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行有效處理，提高三維視景仿真中大地形方針的實(shí)時(shí)效果。

2、矩陣機(jī)柜的開(kāi)發(fā)

矩陣機(jī)柜主要構(gòu)成為：矩陣系統(tǒng)、RGB多窗口處理器、融合器以及相應(yīng)的影響設(shè)備其中，融合器是其最主要的構(gòu)件[2]。在傳統(tǒng)的投影技術(shù)應(yīng)用時(shí)，投影圖像在屏幕上會(huì)隨著拉伸發(fā)生一定的變形，這樣觀察到的圖像就會(huì)處于失真狀態(tài)。為了避免這個(gè)缺陷，保證屏幕前處于不同位置的人都能夠看到真實(shí)的圖像，需要對(duì)這種投影技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)開(kāi)發(fā)矩陣機(jī)柜硬件，利用PROMAP融合器，在圖像更新正常的情況下，提高了投影圖像的質(zhì)量，避免其發(fā)生變形，提高了真實(shí)性，能夠有效控制圖像的實(shí)時(shí)比例，隨時(shí)對(duì)發(fā)生變形的圖像進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于任何形狀的屏幕，都能夠使用。

3、投影系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

投影系統(tǒng)，就是把物體照明后的成像投影到相應(yīng)的屏幕上，要與投影機(jī)等設(shè)備結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。如：液晶屏，LED大屏幕，等離子，數(shù)字視頻墻等等。在三維視景仿真系統(tǒng)中，主要開(kāi)發(fā)的投影系統(tǒng)，一般應(yīng)用到的投影機(jī)為四臺(tái)，還有要應(yīng)用柱形的投影幕。根據(jù)投影的實(shí)際需要，合理安排投影機(jī)的而具體位置，一般是左邊上下各一臺(tái)，右邊上下各一臺(tái)。以保證投影效果。

4、總臺(tái)控制硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

在三維視景仿真硬件開(kāi)發(fā)中，總臺(tái)控制具有重要作用，不容忽視。要對(duì)總臺(tái)控制的相關(guān)硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，并且要重視各個(gè)硬件之間的聯(lián)系[3]。一般主要有：顯示器、鍵盤、觸摸屏、控制器、調(diào)音臺(tái)等等。

5、加強(qiáng)硬件之間的聯(lián)系

對(duì)于三維視景仿真硬件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要就是圖形工作站機(jī)柜、矩陣機(jī)柜、投影儀和總臺(tái)控制。這寫硬件之間是相互聯(lián)系的。構(gòu)成了一個(gè)硬件系統(tǒng)，因此，要保證各個(gè)硬件的質(zhì)量和運(yùn)行效果，減少硬件系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高其系統(tǒng)性能。促進(jìn)三維視景仿真系統(tǒng)的進(jìn)步。

結(jié)論：

綜上所述，三維視景仿真系統(tǒng)的發(fā)展是高新技術(shù)進(jìn)步的重要表現(xiàn)，也是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要技術(shù)。其應(yīng)用具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，要注重其相關(guān)軟件和硬件的開(kāi)發(fā)，不斷完善三維視景仿真系統(tǒng)，使其發(fā)揮出更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]袁野，張靚. 視景仿真的三維模型庫(kù)管理系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2014，23：206.