虚拟现实系统与复杂模型实现动态交互的

摘 要：虚拟现实技术是一门涉及众多学科的新型技术.本文从虚拟现实入手,介绍了复杂三维模型的构建和读取的方式,并以virtools为平台阐述了对复杂模型的处理以及整体模型与虚拟环境实现交互的方法,最后以实例的形式介绍了3DMAX中建立的模型读取数据和交互平台的实现,给出了由virtools软件开发出来的平移旋转交互模块,为以后虚拟现实系统的开发做了铺垫.

关 键 词 ：虚拟现实（virtual reality）,动态交互（dynamic interactive）,virtools,模型构建

1.前言

分布式虚拟现实系统的应用前景；介绍virtool工具的使用

随着科学技术的发展,人们对现实的认识和处理信息,已不在是通过一个单维的数字化信息或者二维平面空间,而是通过建立一个三维甚至多维化传感式空间,即包括人的视觉、听觉、触觉等感性和理性认识在内的信息化集成环境,而虚拟现实技术将是实现这个多维信息空间的重要手段.

此项技术是1990年,在美国达拉斯召开的Siggraph会议上提出的,它的主要内容是：实时三维图形生成技术、多传感器交互测试,及高分辨率实现等.虚拟现实技术是利用计算机生成仿真的三维虚拟场景,并可以通过使用传感器进行交互控制的技术.虚拟现实世界,最重要的特点就是“逼真”感与“交互”性.

Virtools是由法国某交互三维公司开发,其特点是方便易用,应用领域广,并在3D 互动展示方面有强大的技术.它有很完善的构成：应用程序、动作和渲染引擎、软件开发工具包（SDK）等.其开放的架构,极其的灵活,使开发者方便有效地实现对象的交互设计和管理.

2.三维模型的构建与读取

三维模型的构建是整个系统的重要基础,其好坏是影响运行的效果和场景的逼真度的关键.

在虚拟现实环境中,首先应该是模型的构建,因为virtools无建模的功能,故一般建模方法是使用常用建模软件（如3DMAX、solidworks等）来实现,其转换过程如图1所示.

三维模型的构建是通过几何建模方式,对象的轮廓和形状可以用点、直线、多边形、曲线或者曲线方程等方法表示.在建模时,为了更加快速流畅的模拟,尽量少的使用模型数据量,主要通过二维转三维,三维转多边形等多种方法进行构建,最后以较小的数据量完成了建模和数据的导入.

随着计算能力的提高,对复杂机械系统运动模型的高效创建和仿真已成为现实.

3.虚拟场景的交互方式

在虚拟场景中模拟现实中的动态情况,必须具备两个要素：时间控制和动态过程的描述.在virtools dev交互引擎中,提供动态过程的描述是通过对应模型的节点控制实现的,时间控制的描述由3D Layout（实时3D编辑器）来显示Realtime3D实时场景的内容.

virtools中三维模型的控制是靠内置行为模块实现的.通过这些模块对模型进行各种基本操作,还可以通过编程开发软件（如Visual c++）手动编写操纵模块,更加灵活的实现模型的动态仿真.

4.应用实例

4.1 三维模型构造

3D Max中,模型的存储格式是一种专用格式,通过ASE（3D Studio Max Ascii Export Format）格式存储三维实体,通过一系列三角形面形成了网格物体,其描述实体的格式和定义如下.

在3dmax中,可以根据网格数据可以在程序中实现重载建模,其几何网格信息如下：

{顶点数；实体的三角形面数；顶点列表{X,Y,Z 坐标值}；三角形列表{ A,B,C索引值}；面法向列表{ X,Y,Z 向量值}}；

材质可通过物体表面对光的反射特性体现出来,所以材质能较真实的反映现实物体,通过材质列表给出物体的漫反射特性、镜面光特性、贴图等信息,其数据个数如下：

材质列表：{材质数；材质信息{材质名称；材质类型；环境光；漫反射光；镜面光；材质贴图}}

在三维模型构建过程中,需要注意局部坐标的设定,3DMAX中使用的是右手坐标系,virtools中使用左手坐标系,并且设定好的坐标系在virtools中不能改变.

4.2 动态交互的编制及实现

（1）首先把建立好的模型通过接口程序转换成virtool所识别的格式（*.vom）,以character的形式导入到virtool的平台中；

（2）设置交互场景,添加场景信息、场景相机、场景灯光等元素；

（3）增加模型的交互模块（building block）,

（4）效果展示,并打包.

4.3 功能实现

本文在Virtools平台上开发出了鼠标与三维实体的交互方式,通过鼠标控制场景的视角,完成与整体场景的交互,下面是利用鼠标控制实体模型平移旋转的模块如图2.

5.结束语

本文的目的是将复杂造型的实体模型在计算机上进行仿真试验,在virtools平台上实现复杂模型与虚拟现实环境的无缝结合,使产品的表现方式更加美观、流畅.该方法具有很高真实性、交互性,简单和易实现等特点.

作者简介：郭俊杰（1982―）,男,河北廊坊人,本科,研究方向：机械设计及软件仿真.