基于3DSMax - MultiGenCreate - Vega的古建筑仿真系统的实现-

1、第8卷第1期 浙江工贸职业技术学院学报 V ol.8 No.1 2008年3月 JOURNAL OF ZHEJIANG INDUSTRY&TRADE VOCATIONAL COLLEGE Mar.2008基于3DSMax/MultiGenCreate/Vega的古建筑仿真系统的实现朱诗孝,林小军(浙江工贸职业技术学院,浙江 温州 325003摘要: 虚拟现实技术(VR近几年来已成为信息技术领域研究开发的热点。中国古代祠堂的虚拟仿真系统的实现综合利用了3DSMax 和MultiGen Creator/Vega软件各自的优点,可以更好地对中国古建筑和自然景观进行异地漫游、体验中国古建筑,弥

2、补传统文物展示与保护方法的不足,同时也为中国古建筑的数字化保护领域提供一条可行路线。关键字:虚拟现实; 古建筑; 三维建模; vega中图分类号:TP391.9 文献标识码:B 文章编号:1672-0105(2008010055-04The Realization of Emulated System of Ancient Building Based on 3DSMax/MultiGen Create/VegaZhu Shixiao, Lin Xiaojin(Zhejiang Industry &Trade Vocational College Wenzhou Zhejiang 32

3、5003Abstract: Virtual reality technology has become a hot spot in researching and developing information technology area these years. This article comprehensively uses the advantages of 3DSMax and MultiGen Creator/Vega, and realizes the hypothesized simulation system in Chinese ancient ancestral tem

4、ple, so that it could wander different places, experience the Chinese historic building, make up for traditional relic demonstration and protect the shortage of method in Chinese historic building and natural view. At the same time it also proposes a feasible route in Chinese historic building digit

5、ized protection area.Key words: Virtual reality; Ancient building; Three-dimensional modeling; Vega随着计算机技术的迅猛发展,以数字近景摄影测量、三维激光扫描测量、虚拟现实等技术为基础的数字化保护与复原开始在古建筑保护中扮演重要的角色1。利用虚拟现实技术、图像处理技术等,可以更好地对中国古建筑进行研究、保护,方便人们在异地漫游、体验中国古建筑,弥补传统文物展示与保护方法的不足。本文以中国古代祠堂为实例建立古建筑的仿真系统,实现了三维重现、漫游浏览等功能。1 MultiGen Creator和Veg

6、a概述1.1 MultiGen Creator实时建模软件Multigen Creator是由美国Multigen-Paradigm公司开发的一套高逼真的最佳优化的实时三维建模工收稿日期:2007-11-19作者简介:朱诗孝(1980- ,男,硕士,助教,研究方向:虚拟现实及应用。55浙江工贸职业技术学院学报 56具,它拥有针对实时应用优化的OpenFlight 数据格式,强大的多边形建模功能以及纹理应用工具,并提供转换工具,能将多种模型格式转换成OpenFlight 数据格式,并能与实时仿真软件紧密结合。利用Creator 交互式、直观的用户界面进行多边形建模和纹理贴图,能很快生成一个高度逼

7、真的模型,并且它所创建的3D模型能够在实时过程中随意进行优化。Creator 的主要模块包括基本建模环境模块(Creator-Pro、地形建模模块(TerrainPro 、标准道路建模模块(Road-Tools等2。1.2 Vega实时视景驱动软件Vega 是MultiGen-Paradigm 公司最主要的工业软件环境,用于实时视觉模拟、虚拟现实和普通视觉应用。Vega 将先进的模拟功能和易用工具相结合,对于复杂的应用,能够提供便捷的创建、编辑和驱动工具。Vega 能显著地提高工作效率,同时大幅度减少源代码开发时间3。Vega 具有良好的可视化编程环境LynX,便于用户使用。它可以在不涉及源代

8、码的前提下快速而容易地改变应用程序的性能。此外,LynX 的开放性使用户可以根据自己的特殊需求赋予其新的功能,LynX 可以扩展成包括新的、用户定义的面板和功能,快速地满足用户的特殊要求。Vega 还包括完整的C 语言应用程序接口,为软件开发人员提供最大限度的软件控制和灵活性。Vega 提供了稳定、兼容、易用的界面,使他们的开发、支持和维护工作更快和高效。可以使用户集中精力解决特殊领域的问题,而减少在图形编程上花费的时间。Vega 提供了两种虚拟场景的实时驱动:(1可视化编程方式。(2VegaAPI 函数编程方式4。2 虚拟仿真场景构建虚拟仿真系统中的建模是整个虚拟仿真系统建立的基础。为了给用

9、户创建一个能使他感受到身临其境、逼真的环境,就需要创建尽可能逼真的模型和虚拟场景。但是,如果模型和场景过于精细,数据量过于庞大,将给虚拟现实应用系统带来灾难,尤其是比较复杂的场景建筑。在虚拟现实系统中的建模,应该在保证必需的模型质量情况下做到数据量尽量小,以保证虚拟现实应用系统的运行效率。在本文中,采用以MultiGenCreator 建模软件为主,辅以3DSMAX 建模软件进行建模,3DSMAX 软件主要用在部分造型复杂的对象建模上,次要对象、规则外形对象、道路、树木等等使用MultiGen Creator 进行建模,1所示。图1 建模工程流程 图2 枋木雕饰2.1 3DSMAX 建模以古代

10、祠堂中枋木雕饰为例。枋木雕饰做工精细,在3ds max 中制作的枋木雕饰既要尽量逼真同时要尽量降低模型的复杂度,在本例中通过3ds max 中的各种建模工具结合multi/sub-object 材质与bump朱诗孝,林小军:基于3DSMax/MultiGen Create/Vega的古建筑仿真系统的实现凹凸贴图通道设计出龙饰木柱,如图2所示。2.2 Creator建模以树木为例。在虚拟现实中,对树的表现往往是利用纹理映射的十字交叉法和Billboard法等。在文中,主要采用十字交叉法生成树的模型。2.3 模型的优化虽然一个单独的模型数据量不算大,但相对于整个场景而言却显得比较大。为了使整个场景

11、漫游得更快,需要在Creator中将模型简化。简化过程不涉及子面的处理问题,方法主要有3个。(1三角面片合并。模型导入时,Creator会经过重新计算,在处理过程中所有的非三角形将被转化成三角形(例如一个矩形会转化成两个三角形。也就是说,它会增加多边形的数量,这就涉及到三角面片的合并问题。Creator中的Vsimplify插件可利用三角化算法来优化模型,使被处理的模型比原始模型包含更少的多边形,从而加快图像的呈现和传输速度。(2删除多余面。在Creator中,根据数据量大小由面片数决定原理,通过删除不可见面片来达到减小数据量的目的。例如,墙体均是用box构建的,因此,除了顶楼墙体,其余box

12、上下两个面均被地板遮挡,不可见,据此判断,逐步找出所有不可见面片并删除。(3面的修改。在模型制作过程中,圆柱体或球体往往是导致数据量大的重要原因之一。以圆柱体为例,一个圆柱体一般有812个面即可满足精度要求,删除多余的面,把保留面连接完整即可。3 基于vega的实时仿真系统实现VC+6.0中的MFC包含了强大的基于WINDOWS的应用框架,提供了丰富的窗口和事件管理函数,特别是基于文档/视图结构的应用程序框架已成为开发WINDOWS程序的主流框架结构,于是我们可以使用MFC调用VEGA来实现虚拟现实仿真程序的设计。我们利用MFC应用程序中的菜单,对话框等资源,改变vega应用程序的外观,同时利

13、用vega API增强应用程序的功能。3.1 漫游控制的添加在菜单中增加漫游控制菜单,并在子菜单中加入两种漫游模式:步行模式和鸟瞰模式,下面是步行模式中各个消息处理的实现float CurrentX, CurrentY, CurrentZ, CurrentH, CurrentP, CurrentR;vgPosition*pos=vgNewPos(;vgGetPos(obs,pos;vgGetPosVec(pos,& CurrentX, & CurrentY, & CurrentZ, & CurrentH, & CurrentP, & Curren

14、tR;向上箭头:CurrentX= CurrentX-0.5*Sin(CurrentH*3.14/180;CurrentY= CurrentY+0.5*cos(CurrentH*3.14/180;向下箭头:CurrentX= CurrentX+0.5*Sin(CurrentH*3.14/180;CurrentY= CurrentY-0.5*cos(CurrentH*3.14/180;向左箭头:57浙江工贸职业技术学院学报58 CurrentH= CurrentH+1向右箭头:CurrentH= CurrentH-1鼠标左键:CurrentP= CurrentP+1鼠标右键:CurrentP=

15、CurrentP-13.2 显示模式的添加首先在菜单项中添加一个全屏显示的菜单,然后利用Class Wizard为其添加相应的消息函数。本系统中,设计在全屏状态下键盘上的esc键能够返回窗口的原始状态。3.3 特殊效果对话框的添加利用对话框编辑器,设置环境对话框。 图3 环境设置对话框 图4 虚拟漫游场景3.4 系统状态信息的添加利用了MFC的状态栏来实现实时显示观察者的坐标。编好应用程序,就可以进行整个场景的视景漫游了,图4是古代祠堂的漫游场景效果图。4 结束语 虚拟仿真技术可以对真实世界进行模拟,也可以对假象世界进行模拟,给用户以身临其境的感觉。本文中利用虚拟现实技术对中国古代祠堂全景进行建模,并利用Vega 可视化编程的方法,设置了古代祠堂虚拟漫游驱动显示,基本完成了古代祠堂的三维仿真