基于Virtools的虛擬演示系統(tǒng)的設計樣本

基于Virtools虛擬演示系統(tǒng)設計【摘要】虛擬演示是近年來興起一種研究領(lǐng)域，有各種不同開發(fā)工具。運用OpenGL和VRML技術(shù)開發(fā)虛擬交互式演示系統(tǒng)，具備虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）互動和沉浸特性，但是對開發(fā)人員編程能力有一定規(guī)定，而當前大多數(shù)系統(tǒng)并不具備信息詢問功能?；?D動畫軟件3dsmax和實時VR編輯器Virtools，咱們?yōu)辁惙迳止珗@開發(fā)了一套虛擬交互式演示系統(tǒng)。其中，3dsmax用于場景構(gòu)建，而Virtools用于場景可視化，顧客可以通過鼠標和鍵盤控制虛擬人物并與其互動。此外，植物信息可以通過鼠標點擊輕松獲取。通過這種辦法創(chuàng)立虛擬交互式演示系統(tǒng)不但擁有很強互動性和沉浸感，還帶有信息詢問動能，所有這些為實現(xiàn)此虛擬交互式演示系統(tǒng)提供了一種切實可行途徑?！竞诵淖帧刻摂M演示；人物行動；信息詢問；VirtoolsI.引言虛擬現(xiàn)實是一項廣泛集成技術(shù)，涉及計算機圖形學、人機交互技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能等領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實VR是采用計算機和其她設備來創(chuàng)造一種模仿三維虛擬環(huán)境，在這個虛擬環(huán)境中，參加者可以進行虛擬操作和互動，使人產(chǎn)生猶如現(xiàn)實世界感覺。當前，復雜情景虛擬演示是重要應用領(lǐng)域之一，也引起了眾多專家和學者關(guān)注。虛擬演示已經(jīng)采用重要技術(shù)有：基于OpenGL和VisualC++[1]虛擬演示技術(shù)；基于VRML和JAVA有關(guān)技術(shù)以完畢虛擬演示[2][3]；基于WTK技術(shù)進行建模,同步實現(xiàn)虛擬演示[4];基于MultiGenCreator和Vega虛擬演示技術(shù)[5]?；谶@些技術(shù)虛擬演示系統(tǒng)開發(fā)可以獲得更好沉浸感和交互性，而在開發(fā)過程中，規(guī)定開發(fā)人員具備一定水平編程能力，且開發(fā)難度也有所增長。II.虛擬演示實現(xiàn)辦法虛擬演示實現(xiàn)大概可以分為兩某些：場景建模和場景演示。場景模型構(gòu)建是整個虛擬場景基本，它將直接影響到虛擬環(huán)境自然性和逼真度。場景建模就是將需要模仿場景通過數(shù)學辦法，以三位圖像形式儲存在電腦里。場景演示是在虛擬場景基本上創(chuàng)立，運用演示平臺、恰當算法和沖突檢測，實現(xiàn)虛擬場景演示。在本篇論文中，該虛擬演示系統(tǒng)是為北京鷲峰國家森林公園所搭建。采用了基于3D和Virtools技術(shù)開發(fā)辦法。圖表1顯示了系統(tǒng)實現(xiàn)過程。圖表1系統(tǒng)示意圖依照鷲峰森林公園實際地表景觀，一方面，三維模型或者場景動畫在三維動畫軟件3dsmax中被構(gòu)建好，并以.nmo格式輸出(擴展名為nmo文獻是在Virtools中用來存儲人物、場景以及物體信息默認文獻格式)。另一方面，.nmo文獻將被導入到Virtools軟件中。在Virtools中，通過添加模塊腳本來實現(xiàn)交互。當所有交互設立完畢后，該虛擬交互系統(tǒng)將被發(fā)布。有兩種辦法可以進行系統(tǒng)發(fā)布：一種是打包生成.exe可執(zhí)行文獻，另一種是將文獻保存為html+vmo格式，通過InternetExplorer進行發(fā)布。.III.演示平臺功能化設計在此三維虛擬場景中，顧客通過不同演示辦法觀測和研習三維模型，為了獲得更多有用信息，該三維模型是運用三維數(shù)據(jù)創(chuàng)立[6]。該虛擬演示系統(tǒng)是實時，它為顧客提供了不同演示漫游辦法。A.場景演示設計1)演示導航演示導航也可被以為是通過途徑進行演示。人物可以通過在虛擬場景中預先設計好道路進行漫游。在虛擬演示系統(tǒng)中，道路設定是與公園中景點分布相一致，而這將會被提前記錄和保存起來。顧客可以令虛擬人物在實現(xiàn)選取好道路上自由漫游，道路沿途景觀便可一一呈當前顧客面前。2)人物演示a)設計人物虛擬人物被設計在演示系統(tǒng)中，在演示過程中，顧客可以再互動模式中控制人物進行漫游。顧客可以用鼠標或鍵盤，甚至其她交互設備來控制虛擬人物在虛擬場景中向前移動、向后移動、向左轉(zhuǎn)、向右轉(zhuǎn)以及旋轉(zhuǎn)?？紤]到人在旅途中所體現(xiàn)出生理特性，咱們?yōu)樘摂M人物設計了兩個屬性：體力值和饑餓值，相應地咱們也設計了這些屬性值變化規(guī)則。與此同步，咱們也為虛擬人物設計了背包。顧客如果點擊背包按鈕，便可打開背包。顧客點擊X按鈕，便可關(guān)閉信息面板。還是在圖表2中，在背包中有幾種食物。不同食物對緩和虛擬人物饑餓感限度是不同。在徒步漫游過程中，虛擬人物體力值會逐漸減少，饑餓限度會逐漸增長，“饑餓限度”狀態(tài)欄顯示了人物當前饑餓值，如果虛擬人物停下來休息，體力值便會升高，如果虛擬人物補充某些食物，饑餓值就會減少。虛擬人物體力值和饑餓值重要功能模塊見圖表3。圖表2人物面板圖表3體力值變化實現(xiàn)b)人物運動在Virtools中，虛擬人物移動有兩種類型辦法：一種是基于二維圖像持續(xù)幀來進行控制和調(diào)用，另一種辦法是對三維模型實時移動數(shù)據(jù)進行測算和響應。二維圖像持續(xù)幀實現(xiàn)運用了Virtools中獨有動態(tài)構(gòu)造。不同動態(tài)持續(xù)圖像由響應鍵盤消息驅(qū)動，從而形成了持續(xù)動畫。普通圖像持續(xù)幀由48幅不同角度圖像構(gòu)成，從而保證了視覺上持續(xù)性。在Virtools中，三維模型虛擬人物移動有兩種類型設立辦法。一種類型是基于人物動畫交替模仿，一種類型是在三維模型骨架中插入人物動作。人物動畫與二維圖像持續(xù)幀原則相似，預先保存好動畫會以一定幀速率進行播放。然而，人物動作插入是通過精準計算。線性插入是相對比較簡樸插入算法[7]。這種算法速度快，適合于人物身體形狀轉(zhuǎn)換。當時始幀和終結(jié)幀給定期，線性插入算法可以生成一種較好中間插入幀。線性插入算法詳細內(nèi)容如下：咱們假設核心幀a移動參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)是Tj(a)和Rj(a)，其中j表達x，y和z。相應核心幀b移動和旋轉(zhuǎn)參數(shù)是Tj(b)和Rj(b)。線性插入將在核心幀a和核心幀b之間完畢，咱們便可得到核心幀i(a<i<b)移動和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，計算公式如下：在動畫模式下，虛擬人物空間變化與其在行進中動作是相分離。當虛擬人物在行走時，她看起來似乎是在行走，其實她并沒有變化在空間中位置，而是在原地執(zhí)行行走動作。然而，在動作插入模式下，一旦虛擬人物執(zhí)行行走動作，她空間位置也會相應地隨著她行走步伐大小而變化。咱們可以比較這兩種辦法，動作插入模式顯然更加實際和有效，可以獲得更好模仿效果。本演示系統(tǒng)采用了線性插入辦法。系統(tǒng)實現(xiàn)過程如下：當虛擬人物移動框架在3dsmax中設定好后，咱們運用3dsmax插件MaxExporter把數(shù)據(jù)文獻轉(zhuǎn)換成.nmo格式文獻，并將其導入到Virtools中。最后，通過添加控制模塊實現(xiàn)人物動作插入。虛擬人物動作控制包括兩個重要模塊，無限制控制器和鍵盤映射。無限制控制器模塊依照消息來設定虛擬人物動作或動畫。例如，與人物向前移動相相應消息是Joy_Up鍵，與人物向后移動相相應消息是Joy_Down鍵等。鍵盤映射模塊則依照鍵盤來設定動作消息。例如，按W鍵是控制人物向前移動，相應消息是Joy_Up鍵；按S鍵是控制人物向后移動，相應消息是Joy_Down鍵。如圖表4所示。圖表4人物漫游實現(xiàn)B.信息查詢信息查詢屬于更高檔互動。來自功能實現(xiàn)視圖信息可以分為兩個獨立某些，即依照鼠標位置選取樹木名字，然后通過數(shù)據(jù)表中名字來找到相應樹木有關(guān)信息并顯示在信息面板上。依照鼠標位置獲取樹木名字重要是通過2D采摘模塊實現(xiàn)。這種辦法是將鼠標在二維屏幕接口上坐標位置與三維物體在屏幕坐標上投影位置進行比較，如果她們正好是鼠標要選取目的。如果這兩點是一致，則以為鼠標選取是該物體。樹木信息以數(shù)組形式存儲，稱為Array。在Virtools中，Array是一種小數(shù)據(jù)庫，它存儲在數(shù)組中。它可以滿足樹木信息簡樸存儲規(guī)定。在Array中，樹木信息依照植物名、植物類型、生長地，以列形式保存。該數(shù)組與顯示面板坐標相一致，使用取元素、取行模塊等。坐標不同位置與數(shù)組中各種不同元素相一致，以實現(xiàn)依照位置坐標獲取數(shù)組信息。從而信息交互得到了實現(xiàn)。圖表5顯示了在虛擬演示中，當鼠標點擊樹木時所顯示出樹木信息。圖表5樹木信息查詢IV.結(jié)論復雜情景下虛擬演示研究是重要研究議題之一。該研究重要集中在大學校園和社