基于Vega Prime城市街景小区设计毕业设计.doc

I 基于基于 Vega Prime 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 本文的主要内容及组织结构 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 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 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 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 1 LynX 内图形界面路径工具 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 III 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 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1 1 虚拟现实技术的意义 虚拟现实 Virtual 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 年对全世界范围 内已经进行的 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 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 易了解人体内部各器官结构 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 燕山大学本科生毕业设计 论文 2 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 第 1 章 绪论 3 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 在国内 20 世纪 80 年代末开始进行研究 目前还 处于初级阶段 燕山大学本科生毕业设计 论文 4 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 模块化高速图形引擎中 第 1 章 绪论 5 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 富士通实验室有限公司正在研究虚拟生 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 装置就会在鼻尖处放出水果的香味 这是虚拟现实技术在嗅觉研 究领域的一项突破 1 3 3 我国虚拟现实技术的研究现状 我国 VR 技术研究起步较晚 与国外发达国家还有一定的差距 但现 在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视 并根据我国的国情 制定 了开展 VR 技术的研究计划 九五规划 国家自然科学基金委 国家高技 术研究发展计划等都把 VR 列入了研究项目 国内一些重点院校 已积极 投入到了这一领域的研究工作 北京航空航天大学计算机系是国内最早进 行 VR 研究 最有权威的单位之一 并在以下方面取得进展 着重研究了 虚拟环境中物体物理特性的表示与处理 在虚拟现实中的视觉接口方面开 发出部分硬件 并提出有关算法及实现方法 实现了分布式虚拟环境网络 设计 可以提供实时三维动态数据库 虚拟现实演示环境 用于飞行员训 练的虚拟现实系统 虚拟现实应用系统的开发平台等 浙江大学 CAD m env setVisibilityRangeOpaque 100000 0f m sun setHorizonColor 1 0f 0 6f 0 29f 1 0f m skyDome setGroundColor 0 33f 0 29f 0 15f 1 0f sprintf str s config vegaprime vpenv cloud few inta cp m cloudLayer setTextureFile str m cloudLayer setTextureTiling 5 0f 5 0f m cloudLayer setColor 0 96f 0 98f 0 98f 1 0f m cloudLayer setElevation 3000 0f 5000 0f m cloudLayer setTransitionRange 500 0f 500 0f m wind setSpeed 5 0f m snow setEnable true m rain setEnable false break 这样的话 按键 5 就可以看到下雪的场景 第 4 章 小区漫游的系统实现 33 另外 还在场景中设置了风的控制 通过按键 可以看到风对雪的速 度和方向影响 现在以风速增加为例 程序实现如下 case vrWindow KEY B increase the wind speed fval m wind getSpeed 1 0f m wind setSpeed fval printf wind speed g n fval break 漫游者在漫游的时候 同时按下键盘上的 Shift 和 B 则可以看到雪花 下降的速度越来越快 4 5 虚拟小区漫游系统路径导航的实现 角色对象除了可以按照指定的运动模式自由运动外 还可以按照设定 的路径运动 Vega Prime 中的运动路径有两层含义 首先是指包含了一系 列路径控制点的路线 Way 其次是需要有一个导航器 Navigator 来连接路 径中的各个控制点 进而形成一条完整可用的路径 4 5 1 LynX 内图形界面路径工具 Path Tool 的使用 Path Tool 路径工具 是创建路径导航配置文件的工具 通过设置路径控 制点生成 way 文件 再引入文件中需要的控制点进行连接 配置导航器 形成导航路径 tlav 文件 4 5 2 路径导航的实现 要使用路径导航 首先要点击 ACF 文件中 ACF Information 选项 在 Enabled Module 区域里选择 vpPath 选项 再使用 Lynx Prime 软件的 Path Tool 功能来设置每一个需要观察的点 生成 way 文件 然后再将几个点连 起来 生成 nay 文件 导入到 instance tree 中 即完成了规定漫游路线导航 的配置 4 5 3 自由漫游与路径导航模式切换的实现 实现自由漫游与路径导航的切换通过按键来触发 实现过程如下 1 建立自由漫游方法 燕山大学本科生毕业设计 论文 34 void configWalk 设置移动策略 m person obj setStmtegy m motion 设置移动策略开启 m verson obj sctStratcgyEnablc true 2 按键切换 virtual void onKyInput vrWindow Key key int mod swish key case vrWindow KEY J enable disable the rain m observer setLookFrom m object break case vrWindow KEY K enable disable the rain m observer setLookFrom m transform break default vpApp onKeyInput key mod break 通过以上程序 按键 Shift j 即可切换到路径导航 按键 Shift k 即可切换到自由漫游 4 6 本章小结 本章详细的介绍了一下建立一个三维视景模拟的具体步骤 在 Creator 中建立好各种模型之后 导入整个场景 在 Lynx Prime API 中设置所需要 的环境 最后结合了 C 编程 设置具体的浏览路径 最终实现了城市街 景小区的漫游仿真系统的路径导航 自由漫游 环境切换等多种功能 第 4 章 小区漫游的系统实现 35 燕山大学本科生毕业设计 论文 36 第 5 章 系统运行结果 本章主要描述的主要是基于 Vega Prime 城市街景小区设计的最后成果 在这一章中 将展现漫游系统的最终成果 5 1 平面图 首先是城市街景小区设计的平面图 如图 5 1 以大面积的绿化和景色 为主要基调 营造一个舒适原生态的生活环境 其中的河流是流动的 在 Vega Prime 中可以看到良好的动画效果 所以不再截图说明 湖水是静止 的 图 5 1 小区平面图 5 2 主要建筑物 然后是小区的主要建筑物之一 楼房 如图 5 2 既是在导入 3D 视景中 渲染后的效果图 第 5 章 系统运行结果 37 图 5 2 居民楼效果图 5 3 主要场景及天气切换 图 5 3 小区场景初始画面 燕山大学本科生毕业设计 论文 38 程序启动 可以看到完整的城市街景小区的场景 如图 5 3 所示 在 本设计中 加入车的模型作为自由漫游的视觉定点 加入了时间的变化 白天黑夜自动更替 而且将在两分钟内完成一天的天时变化 在环境的变 换中 一共有 8 种天气场景以供切换 包括初始场景 白天 月夜 大雾 多云 星夜 风 雨和雪等 8 种天气状况 漫游者可以通过按键来切换不 同的天气状况 同时也可以通过按键来改变风向风速 雨速和星星的疏密 状况等 其中风和雨雪的多种也可以综合显示 如图 5 4 既是阴天的场景 图 5 4 阴天场景 5 4 漫游路径及场景切换 最后是漫游路径的实现 在本文中 漫游路径有两种 一种是用 Vega Prime 的 Path Tool 工具设定观察点来规定导航路径 另一种则是自由导航 通过鼠标的晃动和点击来改变漫游的方向和速度 这两种漫游方法用 C 语言编程来实现互相的视角切换 通过键盘的敲击 可以轻松的使漫游者 观察自由切换漫游方式 第 5 章 系统运行结果 39 5 5 本章小结 本章主要展示了城市街景小区漫游系统最终的运行效果 通过截图可 以看到 利用本系统可以使漫游者方便的漫游小区 可以详细直观的看到 小区中各种模型和场景 还可以按键切换天气环境变化 基本达到了题目 的设计要求 结论 40 结论 本文对于基于 Vega Prime 城市街景小区设计进行了学习和研究 论文 分析了国内外虚拟现实技术的发展现状以及虚拟现实系统的研究意义背景 设计并实现了基于 Vega Prime 城市街景小区设计 该系统以 MultiGen Creator 为建模工具 Vega Prime API 为应用程序开发平台 结合高性能硬 件平台 逼真生动的展示了虚拟小区的整体设计以及细节部分 该系统对 于进一步学习虚拟现实技术有一定的借鉴意义 论文的主要工作主要体现 在以下几个方面 1 使用 MultiGen Creator 建模工具建立并渲染优化城市街景小区的 OpenFlight 模型数据库 2 使用 Lynx Prime 图形界面工具生成了 Vega Prime 应用程序的配 置文件 为城市街景小区配置了多种天气变化 3 实用 Lynx Prime 中的 Path Tool 工具创建了城市街景小区的导航 路径 4 在 Visual Studio 2003 NET 平台下开发了基于 Vega Prime 的应用 程序 实现了视角和环境的切换 5 通过 Lynx Prime 的设置 配合高性能硬件平台 实现了城市街 景小区天时变化一系列的显示输出 得到了满意的效果 参考文献 41 参考文献 1 王乘 李利军 周均清 Creator 可视化仿真建模技术 武汉 华中科技大 学出版社 2005 2 杨丽 李光耀 城市仿真应用工具 Vega 软件教程 上海 同济大学出版社 2007 3 龚卓蓉 LynX 图形界面 实时三维视景仿真软件 Vega 丛书 北京 国 防工业出版社 2002 4 王乘 李利军 周均清 周大炜 Vega 实时三维视景仿真技术 武汉 华中科 技大学出版社 2005 5 Creator Desktop Tutor Version 3 0 Canada MultiGen Paradigm lnc 2004 6 Vega Prime Programmer s Guide Version 2 0 U S A MultiGen Paradigm lnc 2005 7 Kruglinski David J Inside Visual C 4th Edition Redmond Microsoft Press 1997 8 罗云 黄建华 孙海峰 MultiGen Vega 下西南科技大学校园虚拟漫游 系统的实现 西南科技大学学报 2003 18 4 22 25 9 淮永建 郝重阳等 LOD 和多边型简化 系统仿真学报 2001 13 增 刊 26 30 页 10 万刚 陈刚 虚拟城市中地物几何建模技术的研究 测绘学报 2002 2 60 65 11 史红兵 张毅彬 童若锋 董金祥 虚拟场景自动漫游的路径规划算法 计 算机辅助设计与图形学学报 2006 04 12 宋志明 康凤举 Vega 开发环境的扩展研究 系统仿真学报 2004 01 13 董浩明 陈建国等 虚拟现实建模方法研究 湖北工业大学学报 2005 20 3 50 54 14 赵正德 石秀丽等 虚拟现实中虚拟场景的建模与协同控制阴 中国图 参考文献 42 像图形学报 2005 10 11 1427 1431 15 郭阳明 翟正军 陆艳红 虚拟场景生成中的 LOD 技术综述 计算机 仿真 2005 12 180 184 16 曾建超等 虚拟现实的技术及其应用 北京 清华大学出版社 1996 17 Grigore C Burdea Philippe Coiffet 魏迎梅 栗悉道等译 虚拟现实技 术 第二版 北京 电子工业出版社 2005 18 梁宇涛 虚拟现实技术及其在实验教学中的应用 实验技术与管理 2006 3 81 85 19 黄心渊 虚拟现实技术与应用 北京 科学出版社 1999 参考文献 43 致谢 首先我要特别感谢我的导师聂俊岚教授 在这三个多月的时间中她不 惜在百忙中抽时间来指导我 这个毕业设计以及这篇论文中都倾注着聂老 师的心血 在聂老师的指导下 我能及时发现系统中存在的问题 当我遇 到困难时也是聂老师提出宝贵的意见并帮助我解决问题 在论文的编写过 程中聂老师更是耐心的帮助我指出并修改其中不合适的部分 指导我顺利 的完成了论文 聂老师严谨的治学态度 渊博的学识和谦和的待人方式使 我受益良多 我同样要感谢王艳芬老师和郭栋梁师兄 当我在设计中遇到问题向他 们请教时他们总是耐心的给我讲解 在跟他们的交流中我也受益颇多 最 后衷心地感谢能够在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师 燕山大学本科生毕业设计 论文 44 附录 1 开题报告 燕 山 大 学 本科毕业设计 论文 开题报 告 课题名称 基于 Vega Prime 城市街景小区设 计 学院 系 信息科学与工程学院 年级专业 07 级计算机应用 1 班 学生姓名 于晓蕾 指导教师 聂俊岚 完成日期 2011 年 3 月 10 日 附录 1 开题报告 45 一 综述本课题国内外研究动态 说明选题的依据和意义 虚拟现实 virtual reality 简称 VR 是 20 世纪 80 年代末 90 年代初 崛起的一种实用技术 它以构想性 Imagination 交互性 Interaction 沉浸 性 Immersion 三大特点为用户提供临场感 虚拟现实技术的诞生为军事 航天航空 制造 医学 娱乐 机器人等众多领域的发展开辟了新的天地 同时也带来了巨大的社会效益和经济效益 在降低成本 减少危险 提高 效率 克服物理条件限制 拓宽应用领域等方面 虚拟现实技术都提供了 其他技术难以实现的可能性 因而目前世界上许多国家尤其是发达国家都 在大力研究 开发应用这一技术 积极探索虚拟现实技术在各个领域中的 应用 VegaPrime 提供真正跨平台 可扩展的开发环境 来高效创建和配置 视景仿真 城市仿真 基于仿真的训练 通用可视化应用 它既具有强大 的功能来满足当今最为复杂的应用要求 又具备高度的易用性来提高效率 针对用户特定要求 VegaPrime 还设计了多种功能增强模块 和 VegaPrime 结合在一起 更进一步提升了应用开发的效率和适用性 在房地产业 用虚拟现实的技术 将未完成的小区设计全面逼真的以 三维形式来展现形象 能让人提前感受到未来家园的美丽与真实 它在房 地产业的应用 可以大大提高项目规划设计的质量 加快项目进度 并且 大大的降低了成本与风险 还可以促进楼盘销售 二 研究的基本内容 拟解决的主要问题 该设计主要是为了在计算机上的模拟出城市街景小区设计三维场景 计划将其小区的重点设计放在景色建模上 拟解决的主要问题如下 1 用 Creator 建模 设计出小区内主要模型 如楼房 树木 绿地 道路等 2 设计更多的景物实体 如花圃 桥等静物 小河等动态模型 3 对模型渲染以及优化 使模型看起来更逼真 4 实现小区内的漫游 燕山大学本科生毕业设计 论文 46 三 研究步骤 方法及措施 1 搜索资料 搜集关于虚拟现实的研究动态 初步了解虚拟现实技术 和开发工具 2 选定开发工具 收集相关学习资料 这里我选择的是 Multigen Creator 能够比较方便的建立三维模型 结合 Vega Prime 对模型 的渲染 并全面了解开发工具的功能 3 着手设计整个小区景观 并且建立各种三维模型 楼房 各种树木 桥 流水等的模型都要建立好 4 将各个部分的模型进行拼接 初步做好一个小区的景观整体形象 并完善优化渲染等步骤 5 编写程序 完善设计的漫游功能 6 调试及运行 完善细节部分和不足的部分 四 研究工作进度 1 第 1 2 周 熟悉系统总体需求 上网查找资料 阅读相关文献 2 第 3 4 周 了解软件工作环境和软件开发工具 3 第 5 9 周 详细设计 建立模型 完成模型拼接 整体渲染等工作 4 第 10 14 周 编写程序 链接模型 调试程序 总结试验结果 5 第 15 18 周 书写毕业论文 准备答辩 五 主要参考文献 1 王乘 李利军 周均清 Creator 可视化仿真建模技术 华中科技大 学出版社 2 杨丽 李光耀 城市仿真应用工具 Vega 软件教程 同济大学出版社 3 龚卓蓉 LynX 图形界面 实时三维视景仿真软件 Vega 丛书 国防 工业出版社 4 王乘 李利军 周均清 周大炜 Vega 实时三维视景仿真技术 华中科技 大学出版社 5 北京华力创通科技有限公司 仿真系统事业部 Vega Prime 培训教材 六 指导教师意见 同意 附录 1 开题报告 47 指导教师签字 年 月 日 七 系级教学单位审核意见 开题考核分数 考核组长签字 年 月 日 燕山大学本科生毕业设计 论文 48 附录 2 文献综述 燕 山 大 学 本科毕业设计 论文 文献综述 课题名称 基于 Vega Prime 城市街景小区设 计 学院 系 信息科学与工程学院 年级专业 07 级计算机应用 1 班 学生姓名 于晓蕾 指导教师 聂俊岚 完成日期 2011 年 3 月 10 日 附录 2 文献综述 49 一 课题国内外现状 虚拟现实技术 Viaual Reality 简称 VR 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 目前 虚拟现实技术所设计的研 究应用领域极广 包括军事 医学 心理学 教育 商业等多种用途 已 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 美 国宇航局 NASA 日本富士通实验室等多个实验室都对其进行了研究 不乏出色的科技成果 而我国的虚拟现实技术起步较晚 与国外发达国家还有一定的差距 但现在已经引起有关部门和科学家的高度重视 并根据我国国情 指定了 开展 VR 技术的研究计划 九五规划 国家自然科学基金委 国家高技术 研究发展计划等都把 VR 列入了研究项目 国内一些重点院校 已积极投 入到了这一领域的研究工作 二 研究主要成果 北京航空航天大学计算机系是国内最早进行 VR 研究 最有权威的单 位之一 并在以下方面取得进展 着重研究了虚拟环境中物体物理特性的 表示与处理 在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件 并提出有关 算法及实现方法 实现了分布式虚拟环境网络设计 可以提供实时三维动 态数据库 虚拟现实演示环境 用于飞行员训练的虚拟现实系统 虚拟现 实应用系统的开发平台等 浙江大学 CAD it is a realm generated by the imagination based on sensory stimuli Virtual reality in this sense is a solitary non social realm where the objects of interaction are limited those generated by computers Virtual reality can also signify a social realm generated by internet based communication networks A typical example is an internet based simulation computer game such as Second Life Users can generate another identity and engage in all kinds of human activities within the simulated game environment Social networking telepresence and mixed reality MR are some emerging environments that are closely related with virtual reality As the term space connotes cyberspace is the broadest web based sphere where social cultural and economic activities are conducted As is raised in various science fiction films and novels the concept of virtual reality raises many issues about the nature of reality and humans perception of it Some issues include the relationship between sense perception and cognitive understanding the act of interpretation and metaphysical inquiries into the nature of reality 2 Background The term artificial reality coined by Myron Krueger has been in use since the 1970s but the origin of the term virtual reality is uncertain It has been credited to The Judas Mandala a 1982 science fiction novel by Damien Broderick where the context of use is somewhat different from that defined above The earliest use cited by the Oxford English Dictionary is in a 1987 article entitled Virtual reality but the article is not about VR technology The VR developer Jaron Lanier claims that he coined the term The concept of virtual reality was popularized in mass media by movies such as Brainstorm and The 附录 4 外文原文 59 Lawnmower Man and others mentioned below and the VR research boom of the 1990s was motivated in part by the non fiction book Virtual Reality by Howard Rheingold The book served to demystify the subject making it more accessible to less technical researchers and enthusiasts with an impact similar to what his book The Virtual Community had on virtual community research lines closely related to VR Multimedia From Wagner to Virtual Reality edited by Randall Packer and Ken Jordan and first published in 2001 explores the term and its history from an avant garde perspective Morton Heilig wrote in the 1950s of an Experience Theatre that could encompass all the senses in an effective manner thus drawing the viewer into the onscreen activity He built a prototype of his vision dubbed the Sensorama in 1962 along with five short films to be displayed in it while engaging multiple senses sight sound smell and touch Predating digital computing the Sensorama was a mechanical device which reportedly still functions today In 1968 Ivan Sutherland with the help of his student Bob Sproull created what is widely considered to be the first virtual reality and augmented reality AR head mounted display HMD system It was primitive both in terms of user interface and realism and the HMD to be worn by the user was so heavy it had to be suspended from the ceiling and the graphics comprising the virtual environment were simple wireframe model rooms The formidable appearance of the device inspired its name The Sword of Damocles Also notable among the earlier hypermedia and virtual reality systems was the Aspen Movie Map which was created at MIT in 1977 The program was a crude virtual simulation of Aspen Colorado in which users could wander the streets in one of three modes summer winter and polygons The first two were based on photographs the researchers actually photographed every possible movement through the city s street grid in both seasons and the third was a basic 3 D model of the city In the late 1980s the term virtual reality was popularized by Jaron Lanier one of the modern pioneers of the field Lanier had founded the company VPL Research 燕山大学本科生毕业设计 论文 60 from Virtual Programming Languages in 1985 which developed and built some of the seminal goggles n gloves systems of that decade 3 Future It is unclear exactly where the future of virtual reality is heading In the short run the graphics displayed in the HMD will soon reach a point of near realism The audio capabilities will move into a new realm of three dimensional sound This refers to the addition of sound channels both above and below the individual The virtual reality application of this future technology will most likely be in the form of over ear headphones Within existing technological limits sight and sound are the two senses which best lend themselves to high quality simulation There are however attempts being currently made to simulate smell The purpose of current research is linked to a project aimed at treating Post Traumatic Stress Disorder PTSD in veterans by exposing them to combat simulations complete with smells Although it is often seen in the context of entertainment by popular culture this illustrates the point that the future of VR is very much tied into therapeutic training and engineering demands Given that fact a full sensory immersion beyond basic tactile feedback sight sound and smell is unlikely to be a goal in the industry It is worth mentioning that simulating smells while it can be done very realistically requires costly research and development to make each odor and the machine itself is expensive and specialized using capsules tailor made for it Thus far basic and very strong smells such as burning rubber cordite gasoli