虚拟现实新技术 目录 1、虚拟现实新技术简介 2、Multigen、Performer、OSG基础虚拟现实仿真软件介绍 3、Vega premiere、Delta3d虚拟现实仿真工具介绍 4、OSG基础虚拟现实仿真软件功能及结构解析 5、OSG基础虚拟现实仿真软件编程技术讲解与实战 6、Delta3d虚拟现实仿真工具编程技术讲解与实战 7、在OSG与Delta3d基础上研发的虚拟现实仿真平台3DVRI介绍() 8、三维制作软件3dsmax与虚拟现实平台的接口 () 9、其它虚拟现实软件介绍(包括QUEST3D、VRTOOLS、EON、等等) () 10、虚拟现实技术在各个行业中的应用及本课程结束语 (1课时) 1、虚拟现实与仿真技术简介 VR(VRITUAL REALITY)虚拟现实,虚拟现实又称“虚拟环境 ”，是一项较早出现的计算机技术，是用高科技的手段构造出 来的一种人工环境，它具有模仿人的视觉、听觉、触觉等感知 功能的能力，具有使人可以亲身体验沉浸在这种虚拟环境中并 与之相互作用的能力，人进入到虚拟的场景中，不仅有逼真的 感受，而且能在其中进行各种活动如漫游用户可以在虚拟场景 中行走，可以触摸物体，可以打开或关上虚拟的门，在虚拟的 场景中您可以看到鸟在天上飞，汽车在公路上跑，也可以飞行 的模式在高空进行俯视，这些都是模拟实际环境的各种情况， 所以虚拟现实就是采用计算机等高科技技术，模拟真实的生活 环境，通过人机交互，使人产生一种身临其境的感觉。较早出 现的虚拟现实软件有(VRML、X3D、CULT3D、VIRTOOLS、 SHOCKWAVE3D、MULTIGEN等等)。 2、 Multigen、Performer、OSG基础虚 拟现实仿真软件介绍 三维仿真软件经过几十年的发展后，经历了 OpenGVS,Vtree,SGI performer,Multigen等等多代软件的发展 ，目前已进化到先进基础仿真软件Openscenegraph(以下简称 OSG)的时代，据世界权威的现代仿真网站（www.modsim.org） 在2005年34月份的调查统计，OSG在世界仿真软件市场的占有 率已超过51%，附调查统计饼图(图零)。 与老一代的基础仿真软件Multigen之类相比OSG具有的先进特性列 表列举如下： 1)产品的内核采用标准的场景图结构，通过对各类遍历场景图的算 法进行优化，具备了最高效率的场景图结构与访问方法，通过 对并行功能的加强，使得多个CPU可以对同一场景图进行硬件支 持的高效运算。 2)直接从内核开始支持最新发布的OpenGL2.0版本的功能，目前极 大多数仿真软件仍然停留在Opengl1.5或者更早 期的版本的基础上，已经不能满足日益提高的仿真市场的需求。 3)内置了对已经成为世界标准的GLSL的支持，使得仿真效果的真 实性大为提高，老式的仿真软件由于开发年代久远限于当时的 硬件条件，在效果的视觉真实性方面一直存在让人感觉很不舒 服的效果真实性问题，而仿真软件的一大目标就是要让人们能 得到与真实接近的计算机仿真结果，不真实的仿真结果与这一 目标是背道而驰的。 4)内置块状地形分割与降解的高速算法，能处理以地球为规模的 大地形仿真工程。 5)直接与显示硬件相关联的二进制文件格式，可以快速的装入大 量的数据到显示内存中。 6)能直接处理大量模型数据的场景编辑器，老式的仿真软件受限 于研发时的硬件条件，通常以少量的面片作为仿真场景编辑器 的处理单位，现在随着显示硬件的飞速发展，仿真场景能处理 的模型的复杂度与数据量都大幅度增长，老式仿真软件的模型 与数据处理能力不再与最新的仿真硬件相匹配，从而面临淘汰 的命运。 8)可以快速的提高仿真场景的制作效率与所得到结果的真实性， 许多老式的仿真软件自带具备建模能力的场景编辑器，但由于 这类场景编辑器不是主流的建模的软件，结果随着岁月的流逝 当时确实非常领先的工具，经过N年后已不再先进，反而变成 一个提高仿真模型与场景生产效率的阻碍因素，OSG通过专为 当今最为先进的几大三维建模及动画软件3DSMAX、MAYA等等编 写插件的方式可以直接支持与读入这些软件的工作结果，无论 在模型的生产效率与场景的真实性方面都有一个质的飞跃。 9)通过软件提供的外围数据库接口，可以非常方便的将仿真场景 与外围的数据库中的内容进行动态挂接，甚至只需写上几句 Visual Basic语句就可以将场景中的物体与数据库挂接起来， 而老式的仿真软件通常提供C+的数据库接口，这样将提高仿 真软件使用者的技能要求，会将一大批懂专业但编程能力不是 很强的很 有价值的专业人士排除在仿真领域之外。 10)OSG本身就具备了许多其他仿真软件目前并不具备的先进特性 限于篇幅这儿不再逐一介绍，详细可以查看OSG官方网站的信 息 。 3、Vega premiere、Delta3d虚拟现实仿真工 具介绍 Delta3D是一款由美国海军研究学院(Naval Postgraduate School)开发的全功能游戏与仿真引擎，得到美国军方巨大的 支持与丰厚的投资。该引擎应用领域极为广泛，如开发在培训 、教育、娱乐行业和科学计算可视化领域等方面建模与仿真的 软件。 Delta3D可以用在游戏与模拟仿真或其他图象处理软件上， 最新版本Delta3D 1.1.0于2005年11月12日发布，修改了 Delta3D 1.0.0版的许多错误，同时增加了许多新特性。它的 标准化设计把一些知名开源软件和引擎如 Open Scene Graph(OSG), Open Dynamics Engine (ODE), Character Animation Library (CAL3D), 还有 OpenAL融为一体。 Delta3D通过对这些底层模块进行隐藏封装，整合在一起从而 形成了一个使用更加方便的高级API 函数库，使得开发者在必 要的时候能够使用底层函数进行二次开发。Delta3D在软件系 列中，处于中间层(Middle layer)的位置上。 当前，Delta3D完全可以在Windows与Linux操作系统上使用 Microsoft Visual Studio .NET (7.1)开发与测试的(其中 Linux Fedora Core 4 使用gcc 4.0.0)，所有底层内核良好实 现多平台支持，只需对源代码稍加修改(只要是Win32 和 Linux系统 无需改动直接可以运行)，就可以快速搭建适应任何平台 的应用程序。 Delta3D使用OSG 和OpenGL渲染而且可以导入众多完整的格式 ，如(.flt, .3ds, .obj, 等)。 Delta3D的主要特性： Delta3D主要目标是提供一套简单可行的API函数库，构成搭 建任何可视化软件的基本要素。它不但提供了底层功能模块， 而且提供了仿真、训练、游戏编辑器(STAGE)，BSP 编译器， 粒子编辑器，单机版模型浏览工具，以及内置支持美国军方标 准的分布式仿真环境HLA通讯及仿真标准等多种实用工具。而 且Delta3D提供了一套与引擎高度集成的庞大的仿真模块体系 ，包含用于系统初始化的基类模块(ABC)，用于设置动态角色 和道具的动态角色层(DAL)，用于直接方法连接的信号/跟踪支 持，用于控制角色的游戏管理器(GM)，用于读取、渲染、产生 过程化地形的插件和用于角色通信的高级消息处理器，地形数 据也采用美国军用的经纬度标准，可以直接根据卫星遥测图像 自动生成地形，并能根据卫星遥测图像上的色彩标准用LCC算 法自动产生出各种植被并且正确的分布到地形模型上， Delta3D的地景模块采用动态装载的算法，可以支持以一个星球 为单位的超大型地形数据容量，在军方需要的高精度地形仿真领域具 有很高的实用价值。 更重要的是，Delta3D是一个开放源码的引擎，研发开始于 2002年4月，荟萃现有最先进的系列开源软件(Open Source projects)，并经过全世界所有Delta3D关注者的增补与完善， 相对于购买一款价格很高又不开放源代码的引擎具有很大的优 势，使用Delta3d你可以任意修改代码并且定制所有你想要的 功能，这是不开放源代码的商业引擎无法做到的。 Delta3D的内部功能模块构成和应用程序 Delta3D的内部功能模块主要含有： dtCore：包含通用基本功能。 dtChar：包含动画融合(Animation blending)，角色步长与场景协调 (Avatar feet correspond to world positioning)等功能。 dtABC：高级程序基本类模块，对于某些应用程序的开发很有用处的。 dtHLA：HLA网络模块的界面，实现坐标系统转换等功能。 dtTerrain：提供执行地形载入，渲染，装饰的插件体系框架。 dtDAL：动态角色层模块提供一个生成、访问、控制角色的底层支持。 dtGUI：包含Crazy Eddies GUI的简捷界面。 dtGame：提供一个建立复杂的游戏，训练软件的体系。 dtUtil：贯穿整个Delta3D的基本应用组件。 dtBSP：将载入文件自动优化为BSP格式的组件。 dtAudio：提供高级的音频处理函数库。 dtNet：提供多用户网络操作的高级API函数库。 Delta3D应用软件提供了多种实用工具：包含一个仿真、训练、游戏 编 器STAGE是一个完整的可视化3D地图编辑器，除此之外还有： 1、可视化粒子效果编辑器：为粒子特效编辑提供一个使用与演示方 便的操作界面。 2、3D模型浏览器：是一个使用方便，独立运行的3D模型浏览工具。 3、BSP编译器：是一个载入、编译和保存普通对象为BSP格式的工具 。 4、HLA阅读器：是一个对HLA网络所有实体对象进行3D描述的工具。 Delta3D研发团队： 如上图所示，Delta3D研发团队有三个项目组完成了Delta3D的内 核（Core），编辑器（“STAGE”）以及应用系统（Testing） 的研发。 Delta3D研发过程中，得到美国军方大量的资金支持，同时拥 有人数众多的高素质研发团队，因此研发进展大大加快，最后 研发完毕时间比预计的进程至少提前半年有余。 在2005年12月2日，Delta3D研发团队参加了2005年美国奥兰多仿 真会议，大会一致认为Delta3D在仿真领域取得了最大的成就 。“尽管没有像其他与会者有更大的展台，仅凭我们口头宣传 与介绍，依然吸引无数人的关注。NETC, BMH, and DARWARS制 作的Delta3D工程演示也吸引了一群又一群的人们。” Delta3D 1.1.0的CD很快就给拜访的人群发光了，最后会议 闭幕时只留下两张CD作为珍品收藏。下面是部分会场图片。 Delta3D最新应用推广大事： 最近，纽约北港(Northport)的 AVI (Applied Visions, Inc.) 公司获赠 了美国商业创新研究计划（SBIR）提供的第二阶段高额基金，用以使 用Delta3D来研发实战导弹武器控制系统TTWCS的操作及训练辅助系统 。 AVI公司是第一家被授予使用Delta3D 进行软件开发的公司(不算 Delta3D开发团队的合作公司BMH)，AVI有限公司已经获赠一笔SBIR高 额基金，这是为开发一套武器操作人员用于完成课程训练任务的战斧 导弹武器操作仿真系统TTWCS而准备的。这表明Delta3D应用开发已经 进入国防仿真软件市场的第一步，标志着Delta3D的发展进入一个重要 的里程碑。该仿真软件的快速发展将取代Multigen在仿真界的地位。 实战武器控制系统TTWCS使得海军战舰的武器操作人员能够利用他 们掌握的技能操作和控制战斧导弹。在以前，战斧导弹是执行具体任 务时发射的；现在战斧导弹能够发射出去并在指定的空间