第一章虚拟现实技术绪论(2)85

虚拟现实建模工具•制作虚拟作品一般有三种途径：–使用编程方法直接生成–使用商品化的软件–通过摄象机拍摄目前存在的软件•三维模型建模软件：–3DSMax：三维制作软件–Maya：三维动画以及虚拟现实制作软件–MultigenCreator，实时三维模型创建软件•纹理处理软件Photoshop•实时场景管理/驱动软件Vega3DSMAX简介•3DSMAX是Autodesk公司推出的以个人计算机作为运行平台的三维动画制作软件。•3DSMAX是当前世界上销量最大的虚拟现实技术应用软件，集三维建模、材质制作、灯光设定、摄像机使用、动画设定及渲染输出于一身，提供了三维动画及动态效果图全面完整的解决方案。•3DSMAX缺点：–3DSMAX：通过设定动画和游览路径来实现漫游，不能实时浏览和交互–不能导入地形数据，地形需要进行手工建模–模型数据量比较大，影响响应速度•所以：–3DSMAX不适用于大规模城区基础建模；•但：–3DSMAX对场景的渲染效果很好–所以仍然被广泛地用于虚拟现实的建模中基于Multigen的城市三维建模MultigenCreator和Vega•场景的建立：建立大规模的虚拟现实场景，从一个开发区、一条街道乃至一个城市、数个省市的大地环境虚拟。——基于MultigenCreator的城市三维建模•交互漫游控制：借助语言开发，实现全方位的实时交互控制漫游，使用户可以在虚拟现实环境中自由行走、飞行和进行查询工作。——基于MultigenVega的二次开发Creator简介•实时三维模型创建软件Creator是美国MultiGen公司的新一代实时仿真建模软件；•它能在满足实时性的前提下生成面向仿真的，逼真性好的大面积场景；•在专业市场的占有率高达80%以上，并成为仿真领域的行业标准。•Creator是一个功能强大、交互的三维建模工具•其OpenFlight格式在实时三维领域成为最流行的图像格式，Creator基本功能•基本建模工具：创建三维模型，并可对地形、特征、模型等加入颜色、材质、纹理等功能，使模型更真实。•Creator的视景数据库OpenFlight(.flt)：地形、特征、模型和各种属性，组成了Creator视景数据库，且能被OpenGLAPI支持。•Creator的专项工具：专项工具用于建立一些景观特征，如树、建筑物创建向导，创建道路的专门工具等；•Creator的地形工具：是一种快速创建大面积地形数据库的工具，可使地形精度接近真实世界，并带有高逼真度三维文化特征及图像特征。大面积城区基础建模•数据准备–真三维的空间数据(平面位置、高程或高度数据)–真实影像数据（建筑物顶部和侧面纹理）；•包括：–地形数据–数字化地图数据–建筑物高度数据–航摄像片–地面近景照片–纹理图片建模步骤•第一步：从顶视图角度，获取整个仿真区域、区块和建筑物精确的“尺寸”和“位置”数据–对整体布局进行基本的定位，以保证最终完成的视景三维数据库的精确性–数据可以有两个来源，1）二维的DXF文件（AutoCAD），2）地图/航拍正投影象数据•第二步：城区分块–分块目的在于有效地减少模型的数据量–Creator通过外部连接根据模型位置组织整个场景，减少模型的数据量；–分区一般是根据道路进行区块划分，分区的同时可以把区块拉起一定的高度，并作出路沿和人行道；–确定建筑物的高度信息，高度信息可以来源于CAD数据，测绘信息，也可以到实地进行量测；–根据“顶视图”中各个建筑物的位置和顶面形状和建筑物高度信息，拉出建筑物的基本三维形状；创建建筑物基本三维模型：–根据建筑物的基本三维形状，利用纹理库，进行建筑物侧面纹理贴图，对于重点建筑物，需要全新建模，即几何形状加上材质/纹理，创建精美的建筑物模型；重点建筑物建模–建立一个完整的视景仿真应用，还要对场景进行细化，加入其它要素，包括植物（树木、园艺等），道路桥梁、高速公路，城市辅助设施(公园、车站等)，水面（湖泊、江海等），堤防，山丘等。环境建模Creator的地形工具•Creator的地形工具，是一种快速创建大面积地形数据库的工具，它可以使地形精度接近真实世界，并带有高逼真度三维文化特征及图像特征；•首先它可以利用卫星采集得来的高程数据自动生成地形数据库，将源数据如卫星照片和数字高程数据，转成Creator的文件格式并用这些文件在Creator中创建地表模型；•同时源数据中包括的特征数据，也能被转化并引入到Creator中，用来在地形上加入属性特征，如道路、河流和建筑物等。Creator应用–城市仿真：大规模城区建模，使用数字高程数据，影象数据，特征数据和纹理库，构建高逼真度的城市仿真场景；–城市中心区仿真：可以真实模拟城市中心商业区、街区，建立三维虚拟街区；–房地产：构建数字化小区，用于物业管理，楼盘销售等–规划、建筑方案设计：如规划方案设计的真实表现，建筑物设计的真实场景生成等•Vega:实时场景管理软件–VEGA在进行交互漫游时，可以给场景加入一些效果，如：创建云、雾、光照等环境–加入流水、飘动的旗帜、烟、火、三维声音等特殊效果；–加入运动物体（车、船、人等）；–还可以集成其它功能，如进行精确碰撞检测、GIS数据库查询、加入人机交互界面等。特点和优势•完善的用户交互漫游功能•适用于地形的三维建模•数据量比较小–数字工程1.5虚拟现实的应用–专项应用1.5.1数字工程数字地球数字城市数字区域数字流域数字战场数字地球一个可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的、真实地球的三维虚拟表示；数字地球的集中表现，是空间化、网络化、智能化和可视化的技术系统；数字地球虚拟城市数字国家数字区域数字小区数字城市狭义的数字城市，从维度表示一个城市，侧重于真实的反映一个城市的外在面貌；数字地球数字地球虚拟城市数字国家数字区域数字小区数字城市技术支撑高分辨率卫星影像大容量数据处理与存储技术计算机宽带高速网络技术空间信息技术信息高速公路科学计算及可视化虚拟现实技术数字地球数字城市尺寸：5.810km地点：北纬34.16°西经118.16°方向：北原始数据分辨率：30m数据获取时间：2000年2月16日例：PASADENA（加州）SRTM+LANDSAT+航片数字城市城市规划视觉仿真：将战场环境中可见的（如地形、地物）和不可见的（如电磁场、潮汐流场）要素以立体的、三维的或二维的图形图像表达出来。也称战场可视化。听觉仿真：通过对战场中各作战单元的声音（音效、音量和音位）的模拟来营造战场气氛，具有空间定位的声音可以大大增强临场效果。触觉仿真：是指通过对人机交互设备的操作来实现人与环境的交流，这是使参训人员产生临场感的重要手段。虚拟现实（VR）技术虚拟战场环境仿真跟踪系统定位发射器主机CPU图形处理器设计主体控制、集成、设计声像头盔大屏幕影像立体眼镜数据手套接收器跟踪球接收器地图数据库GISVR生成与控制软件音频系统知觉系统①VR生成系统②软件系统③图像生成显示系统图像数据库①②③单兵沉浸式多人共享式与地图的区别与3D图像的区别可交互可进入沉浸性：关键是立体呈像和立体观察技术交互性：关键是软件优化和数据组织按适人化原则对数据进行细节分层管理和显示旅游模拟地图(演示)三维地形(演示)三维数字化城市(演示)视点追踪(演示)1.5.2专题应用领域建筑环境电力管理矿产资源（地质）水资源与水环境大气与海洋（海口、海岸带）交通模拟与管理战场模拟故地理环境重建E—Life（大学、银行、工作、购物、旅游等）1.建筑环境虚拟香港中文大学2.电力管理3.矿产资源（地质）4.水资源与水环境5.大气与海洋（海口、海岸带）（资源、环境、灾害等）6.交通模拟与管理7.战场模拟8.古地理环境重建9.E_Life（旅游、上学、购物）