基于Virtools的虚拟演示系统的设计样本

基于Virtools虚拟演示系统设计【摘要】虚拟演示是近年来兴起一种研究领域，有各种不同开发工具。运用OpenGL和VRML技术开发虚拟交互式演示系统，具备虚拟现实（VirtualReality）互动和沉浸特性，但是对开发人员编程能力有一定规定，而当前大多数系统并不具备信息询问功能。基于3D动画软件3dsmax和实时VR编辑器Virtools，咱们为鹫峰森林公园开发了一套虚拟交互式演示系统。其中，3dsmax用于场景构建，而Virtools用于场景可视化，顾客可以通过鼠标和键盘控制虚拟人物并与其互动。此外，植物信息可以通过鼠标点击轻松获取。通过这种办法创立虚拟交互式演示系统不但拥有很强互动性和沉浸感，还带有信息询问动能，所有这些为实现此虚拟交互式演示系统提供了一种切实可行途径。【核心字】虚拟演示；人物行动；信息询问；VirtoolsI.引言虚拟现实是一项广泛集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感器技术以及人工智能等领域。虚拟现实VR是采用计算机和其她设备来创造一种模仿三维虚拟环境，在这个虚拟环境中，参加者可以进行虚拟操作和互动，使人产生犹如现实世界感觉。当前，复杂情景虚拟演示是重要应用领域之一，也引起了众多专家和学者关注。虚拟演示已经采用重要技术有：基于OpenGL和VisualC++[1]虚拟演示技术；基于VRML和JAVA有关技术以完毕虚拟演示[2][3]；基于WTK技术进行建模,同步实现虚拟演示[4];基于MultiGenCreator和Vega虚拟演示技术[5]。基于这些技术虚拟演示系统开发可以获得更好沉浸感和交互性，而在开发过程中，规定开发人员具备一定水平编程能力，且开发难度也有所增长。II.虚拟演示实现办法虚拟演示实现大概可以分为两某些：场景建模和场景演示。场景模型构建是整个虚拟场景基本，它将直接影响到虚拟环境自然性和逼真度。场景建模就是将需要模仿场景通过数学办法，以三位图像形式储存在电脑里。场景演示是在虚拟场景基本上创立，运用演示平台、恰当算法和冲突检测，实现虚拟场景演示。在本篇论文中，该虚拟演示系统是为北京鹫峰国家森林公园所搭建。采用了基于3D和Virtools技术开发办法。图表1显示了系统实现过程。图表1系统示意图依照鹫峰森林公园实际地表景观，一方面，三维模型或者场景动画在三维动画软件3dsmax中被构建好，并以.nmo格式输出(扩展名为nmo文献是在Virtools中用来存储人物、场景以及物体信息默认文献格式)。另一方面，.nmo文献将被导入到Virtools软件中。在Virtools中，通过添加模块脚本来实现交互。当所有交互设立完毕后，该虚拟交互系统将被发布。有两种办法可以进行系统发布：一种是打包生成.exe可执行文献，另一种是将文献保存为html+vmo格式，通过InternetExplorer进行发布。.III.演示平台功能化设计在此三维虚拟场景中，顾客通过不同演示办法观测和研习三维模型，为了获得更多有用信息，该三维模型是运用三维数据创立[6]。该虚拟演示系统是实时，它为顾客提供了不同演示漫游办法。A.场景演示设计1)演示导航演示导航也可被以为是通过途径进行演示。人物可以通过在虚拟场景中预先设计好道路进行漫游。在虚拟演示系统中，道路设定是与公园中景点分布相一致，而这将会被提前记录和保存起来。顾客可以令虚拟人物在实现选取好道路上自由漫游，道路沿途景观便可一一呈当前顾客面前。2)人物演示a)设计人物虚拟人物被设计在演示系统中，在演示过程中，顾客可以再互动模式中控制人物进行漫游。顾客可以用鼠标或键盘，甚至其她交互设备来控制虚拟人物在虚拟场景中向前移动、向后移动、向左转、向右转以及旋转。考虑到人在旅途中所体现出生理特性，咱们为虚拟人物设计了两个属性：体力值和饥饿值，相应地咱们也设计了这些属性值变化规则。与此同步，咱们也为虚拟人物设计了背包。顾客如果点击背包按钮，便可打开背包。顾客点击X按钮，便可关闭信息面板。还是在图表2中，在背包中有几种食物。不同食物对缓和虚拟人物饥饿感限度是不同。在徒步漫游过程中，虚拟人物体力值会逐渐减少，饥饿限度会逐渐增长，“饥饿限度”状态栏显示了人物当前饥饿值，如果虚拟人物停下来休息，体力值便会升高，如果虚拟人物补充某些食物，饥饿值就会减少。虚拟人物体力值和饥饿值重要功能模块见图表3。图表2人物面板图表3体力值变化实现b)人物运动在Virtools中，虚拟人物移动有两种类型办法：一种是基于二维图像持续帧来进行控制和调用，另一种办法是对三维模型实时移动数据进行测算和响应。二维图像持续帧实现运用了Virtools中独有动态构造。不同动态持续图像由响应键盘消息驱动，从而形成了持续动画。普通图像持续帧由48幅不同角度图像构成，从而保证了视觉上持续性。在Virtools中，三维模型虚拟人物移动有两种类型设立办法。一种类型是基于人物动画交替模仿，一种类型是在三维模型骨架中插入人物动作。人物动画与二维图像持续帧原则相似，预先保存好动画会以一定帧速率进行播放。然而，人物动作插入是通过精准计算。线性插入是相对比较简朴插入算法[7]。这种算法速度快，适合于人物身体形状转换。当时始帧和终结帧给定期，线性插入算法可以生成一种较好中间插入帧。线性插入算法详细内容如下：咱们假设核心帧a移动参数和旋转参数是Tj(a)和Rj(a)，其中j表达x，y和z。相应核心帧b移动和旋转参数是Tj(b)和Rj(b)。线性插入将在核心帧a和核心帧b之间完毕，咱们便可得到核心帧i(a<i<b)移动和旋转参数，计算公式如下：在动画模式下，虚拟人物空间变化与其在行进中动作是相分离。当虚拟人物在行走时，她看起来似乎是在行走，其实她并没有变化在空间中位置，而是在原地执行行走动作。然而，在动作插入模式下，一旦虚拟人物执行行走动作，她空间位置也会相应地随着她行走步伐大小而变化。咱们可以比较这两种办法，动作插入模式显然更加实际和有效，可以获得更好模仿效果。本演示系统采用了线性插入办法。系统实现过程如下：当虚拟人物移动框架在3dsmax中设定好后，咱们运用3dsmax插件MaxExporter把数据文献转换成.nmo格式文献，并将其导入到Virtools中。最后，通过添加控制模块实现人物动作插入。虚拟人物动作控制包括两个重要模块，无限制控制器和键盘映射。无限制控制器模块依照消息来设定虚拟人物动作或动画。例如，与人物向前移动相相应消息是Joy_Up键，与人物向后移动相相应消息是Joy_Down键等。键盘映射模块则依照键盘来设定动作消息。例如，按W键是控制人物向前移动，相应消息是Joy_Up键；按S键是控制人物向后移动，相应消息是Joy_Down键。如图表4所示。图表4人物漫游实现B.信息查询信息查询属于更高档互动。来自功能实现视图信息可以分为两个独立某些，即依照鼠标位置选取树木名字，然后通过数据表中名字来找到相应树木有关信息并显示在信息面板上。依照鼠标位置获取树木名字重要是通过2D采摘模块实现。这种办法是将鼠标在二维屏幕接口上坐标位置与三维物体在屏幕坐标上投影位置进行比较，如果她们正好是鼠标要选取目的。如果这两点是一致，则以为鼠标选取是该物体。树木信息以数组形式存储，称为Array。在Virtools中，Array是一种小数据库，它存储在数组中。它可以满足树木信息简朴存储规定。在Array中，树木信息依照植物名、植物类型、生长地，以列形式保存。该数组与显示面板坐标相一致，使用取元素、取行模块等。坐标不同位置与数组中各种不同元素相一致，以实现依照位置坐标获取数组信息。从而信息交互得到了实现。图表5显示了在虚拟演示中，当鼠标点击树木时所显示出树木信息。图表5树木信息查询IV.结论复杂情景下虚拟演示研究是重要研究议题之一。该研究重要集中在大学校园和社