MATLAB虚拟现实技术实现飞机绕大楼27

河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）1MATLAB虚拟现实VR程序编写摘要MATLAB提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。其语句书写简单、功能强大，而且提供很多面向解决应用问题的工具箱函数，是当今国际上科学界(尤其是自动控制领域)最具影响力、也是最有活力的软件。虚拟现实技术也因其在各个领域的多方面应用已经同网络、多媒体并称为21世纪三大最具有前景的应用之一，是最近几年来国内外科技界关注的一大热点。随着虚拟现实技术的发展，MATLAB也在日新月异的发展，不断完善功能，推出的虚拟现实工具箱就是与虚拟现实技术的接轨。通过对MATLAB虚拟现实工具箱的研究，使用V-RealmBuilder构建虚拟世界，在MATLAB环境下对虚拟对象进行简单的编程，来实现飞机绕大楼飞行的虚拟现实演示.演示结果充分说明了MATLAB的强大功能可以使具体应用问题的解决不必依靠复杂的编程即可实现，体现了虚拟现实技术的交互性及重要意义。关键词：MATLAB虚拟现实VRML河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）2ABSTRACTMATLABprovidestheformidablescienceoperation,nimbleprogrammingflow,highgradegraphvisualizationandInterfacedesign,convenientfunctionswithotherproceduresandlanguageconnection.MATLABwhosesentencewritessimplybuthavepowerfuluse,providesmanytoolcasefunctionsbeinggearedtotheneedsofresolvingapplicationproblems,Itisnowthemostinfluence,andalsotheactivesoftwareinscientificcirclesininternational(particularlyinautomaticcontroldomain).VirtualRealitytechnologyisoneofthemostpromisingapplicationsin21centurieswithnetworkandmulti-media.Becauseofmanyapplicationsineachfield,itbecomesabighotspotwhichdomesticandforeignscientificandtechnicalcirclesattentionforrecentseveralyears.WiththedevelopmentofVirtualRealitytechnology,MATLABperfectsafunctionunceasinglyalsoinadvancingwithtimes,theVirtualRealitytoolboxdebutingisameetingtrackwithVirtualRealitytechnology.BytheresearchtoMATLABVirtualRealitytoolbox,learnusingV-RealmBuildertostructurethesuppositionalworld,suppositionalrealcarryoutthesimpleprogrammingonsuppositionalobject,comingtorealizeanaircraftwindingbuildingflyingundertheenvironmentinMATLABdemonstrates.DemonstrateresulthavingexplainedthatTheMATLABformidablefunctionmightcausethesolutiontotheconcreteapplicationquestionsnottoneedtodependuponthecomplexprogrammingthentorealize,ithasmanifestedthevirtualrealitytechnologyinteractiveandtheimportantmeanings.Keywords：MATLABVirtualRealityVRML河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）3目录一前言…………………………………………………………………1二虚拟现实………………………………………………………22.1虚拟现实简介…………………………………………………………22.2虚拟现实技术的发展意义……………………………………………22.3VR虚拟现实技术的应用………………………………………………32.4虚拟现实技术主要发展动向…………………………………………3三MATLAB介绍………………………………………………………43.1MATLAB的概况…………………………………………………………43.2MATLAB产生的历史背景………………………………………………43.3MATLAB的语言特点……………………………………………………53.5MATLAB虚拟现实工具箱的安装与设置………………………………63.6MATLAB虚拟现实语言--VRML简介……………………………………63.7MATLAB虚拟现实工具箱相关函数介绍…………………………………7四飞机绕大楼飞行的模拟实例………………………………………74.1构建飞机绕大楼的虚拟世界…………………………………………74.1.1用V-realmBuilder建立虚拟世界…………………………………84.1.2添加对象………………………………………………………………9河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）44.1.3对所构造虚拟世界的对象的编程…………………………………104.2飞机飞行轨迹的设想…………………………………………………104.3在MATLAB下导入虚拟现实文件………………………………………124.3.1飞机飞行姿态问题的考虑…………………………………………134.4仿真实现飞机绕大楼飞行……………………………………………14五结论………………………………………………………………17谢辞……………………………………………………………………18参考文献………………………………………………………………19附录……………………………………………………………………20前言虚拟现实，英文名为VirtualReality，简称VR技术。它与传统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，把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感器装置与虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。作为一项尖端科技，虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机生成的高技术模拟系统。这种技术的特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）5触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，使人和计算机很好地“融为一体”，给人一种“身临其境”的感觉。在国外，美国是在VR技术方面最具权威性的国家。利用虚拟现实技术设计波音777获得成功，是近几年来一件引起科技界瞩目的伟大成果。日本在建立大规模VR知识库和虚拟现实的游戏方面做出了很大的成就。欧洲一些国家也有重要成果。在我国VR技术的发展起步于90年代初，目前已有多所研究中心和大学进行了这方面的研究。在医学上，我国的“虚拟人”具有标准的人体选取和尸体处理办法，精密的人体切片密度和我国首创的人体结构染色技术。这使得我国的“虚拟人”研究已走在世界前列。北京科技大学钟延炯教授研制的VR-4的汽车驾驶模拟器是我国虚拟现实技术产品的典型代表。虚拟现实技术的应用于2006年获得了重大突破，一款名为SecondLife的网络游戏，以虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology）所构建的高度拟真体验，完全颠覆了人们对互联网的想象。截止2006年12月，已经有300万人生活在这一虚拟世界中，且以每月20万名用户的速度增长，并成功吸引了全世界主流媒体的热捧。人们已经发现，一个完全逼真的“虚拟世界”（Metaverse）已经进入我们的生活，一种非同寻常的变化正在发生。这次设计要完成的是通过对虚拟现实技术的了解，应用MATLAB的虚拟现实工具箱，来完成简单的编程，实现飞机绕大楼飞行的虚拟现实场景演示。本次设计需要解决的问题主要是飞机的飞行轨迹和飞行中飞机的姿态。虽然本次设计只是虚拟现实技术与MATLAB结合的简单应用，但体现了MATLAB与时俱进的强大功能和虚拟现实技术的重要推广价值。二虚拟现实2.1虚拟现实简介虚拟现实，也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。虚拟现实的三大特点是：沉浸度，交互性，想象力。其中实质性特征的就是交互性。因为虚拟现实技术是一种全新的人机交互方式，不是简单的图形显示，而是动态的三维立体空间,用户不仅可以看到虚拟现实里的对河北大学工商学院2008届本科生毕业论文（设计）6象，还可以操作其中的一些部分随人类的意志运动，让用户感受到真正的参与和产生满足感。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中显示出巨大的经济、军事和社会效益，与网络、多媒体并称为21世纪最具应用前景的三大技术。2.2虚拟现实技术的发展意义现在，迅速发展的计算机硬件、软件系统使得基于大型数据集合的声音和图像的实时动画制作成为可能，越来越多的新颖、实用的输入输出设备相继进入市场，而人机交互系统的设计也在不断创新，这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基础。从萌芽到今天的日渐成熟，虚拟现实技术的发展也经历了风风雨雨。它在各个方面的应用日益改变着人类的工作、生活和学习环境，使得数据与程序的交流更为简单和广泛。但到目前为止这些还只是初步应用，相信在以后虚拟现实技术会得到更好的发展，为人类社会做出更大的贡献。展望未来5年虚拟现实将与人类更加贴近，给予虚拟现实的服务项目日趋多元化。而在虚拟现实的应用领域，基于互联网的应用将爆发前所未有的爆发力。而虚拟现实融合语音智能将为虚拟现实的网络平台插上飞翔的翅膀。2.3虚拟现实的各种应用随着虚拟现实技术的发展，它的应用领域也得到了很大的扩展，已经不仅仅是应用于游戏和主题公园方面，在医学，建筑，军事，航空航天，网络教学及电影制作等方面也有了重要的应用。2.3.1虚拟现实在现代医学上的应用在医学上，我国的“虚拟人”具有标准的人体选取和尸体处理办法，精密的人体切片密度和我国首创的人体结构染色技术。这使得我国的“虚拟人”研究已走在世界前列。医生可以在虚拟人身上作手术获得经验，试用新药，还可以将其放在危险的核、生化武器试验现场获得对人体有害的数据。2.3.2虚拟现实在航空航天中的应用在航空方面，虚拟现实可以让宇航员在上太空之前进行逼真的太空操作和太空行走，为以后真正的太空行动积累经验。在航天方面，它为飞行员的训练提供帮助，有效地防止了空难的发生。2.3.3虚拟现实在军