虛擬現實系統與復雜模型實現動態交互的研究

郭俊杰,江獻棟,高　俊（.捷溫汽車系統（中國）有限公司；.廊坊科森電器有限公司,河北　廊坊　065000）

虛擬現實系統與復雜模型實現動態交互的研究

郭俊杰1,江獻棟2,高俊2
（1.捷溫汽車系統（中國）有限公司；2.廊坊科森電器有限公司,河北廊坊065000）

摘要：虛擬現實技術是一門涉及眾多學科的新型技術。本文從虛擬現實入手，介紹了復雜三維模型的構建和讀取的方式，并以virtools為平臺闡述了對復雜模型的處理以及整體模型與虛擬環境實現交互的方法，最后以實例的形式介紹了3DMAX中建立的模型讀取數據和交互平臺的實現，給出了由virtools軟件開發出來的平移旋轉交互模塊，為以后虛擬現實系統的開發做了鋪墊。

關鍵詞：虛擬現實（virtualreality），動態交互（dynamicinteractive），virtools，模型構建

1　前言

分布式虛擬現實系統的應用前景；介紹virtool工具的使用

隨著科學技術的發展，人們對現實的認識和處理信息，已不在是通過一個單維的數字化信息或者二維平面空間，而是通過建立一個三維甚至多維化傳感式空間，即包括人的視覺、聽覺、觸覺等感性和理性認識在內的信息化集成環境，而虛擬現實技術將是實現這個多維信息空間的重要手段。

此項技術是1990年，在美國達拉斯召開的Siggraph會議上提出的，它的主要內容是：實時三維圖形生成技術、多傳感器交互測試，及高分辨率實現等。虛擬現實技術是利用計算機生成仿真的三維虛擬場景，并可以通過使用傳感器進行交互控制的技術。虛擬現實世界，最重要的特點就是“逼真”感與“交互”性。

Virtools是由法國某交互三維公司開發，其特點是方便易用，應用領域廣，并在3D互動展示方面有強大的技術。它有很完善的構成：應用程序、動作和渲染引擎、軟件開發工具包（SDK）等。其開放的架構，極其的靈活，使開發者方便有效地實現對象的交互設計和管理。

2　三維模型的構建與讀取

三維模型的構建是整個系統的重要基礎，其好壞是影響運行的效果和場景的逼真度的關鍵。

在虛擬現實環境中，首先應該是模型的構建，因為virtools無建模的功能，故一般建模方法是使用常用建模軟件（如3DMAX、solidworks等）來實現，其轉換過程如圖1所示。

三維模型的構建是通過幾何建模方式，對象的輪廓和形狀可以用點、直線、多邊形、曲線或者曲線方程等方法表示。在建模時，為了更加快速流暢的模擬，盡量少的使用模型數據量，主要通過二維轉三維，三維轉多邊形等多種方法進行構建，最后以較小的數據量完成了建模和數據的導入。

隨著計算能力的提高，對復雜機械系統運動模型的高效創建和仿真已成為現實。

3　虛擬場景的交互方式

在虛擬場景中模擬現實中的動態情況，必須具備兩個要素：時間控制和動態過程的描述。在virtoolsdev交互引擎中，提供動態過程的描述是通過對應模型的節點控制實現的，時間控制的描述由3D Layout(實時3D編輯器)來顯示Realtime3D實時場景的內容。

virtools中三維模型的控制是靠內置行為模塊實現的。通過這些模塊對模型進行各種基本操作，還可以通過編程開發軟件（如Visual c++）手動編寫操縱模塊，更加靈活的實現模型的動態仿真。

4　應用實例

4.1三維模型構造

3DMax中，模型的存儲格式是一種專用格式，通過ASE（3D StudioMaxAsciiExportFormat）格式存儲三維實體，通過一系列三角形面形成了網格物體，其描述實體的格式和定義如下。

在3dmax中，可以根據網格數據可以在程序中實現重載建模，其幾何網格信息如下：

{頂點數；實體的三角形面數；頂點列表{X，Y，Z坐標值}；三角形列表{A，B，C索引值}；面法向列表{X，Y，Z向量值}}；

材質可通過物體表面對光的反射特性體現出來，所以材質能較真實的反映現實物體，通過材質列表給出物體的漫反射特性、鏡面光特性、貼圖等信息，其數據個數如下：

材質列表：{材質數；材質信息{材質名稱；材質類型；環境光；漫反射光；鏡面光；材質貼圖}}

在三維模型構建過程中，需要注意局部坐標的設定，3DMAX中使用的是右手坐標系，virtools中使用左手坐標系，并且設定好的坐標系在virtools中不能改變。

4.2動態交互的編制及實現

（1）首先把建立好的模型通過接口程序轉換成virtool所識別的格式（*.vom），以character的形式導入到virtool的平臺中；

（2）設置交互場景，添加場景信息、場景相機、場景燈光等元素；

（3）增加模型的交互模塊（buildingblock），（4）效果展示，并打包。

4.3功能實現

本文在Virtools平臺上開發出了鼠標與三維實體的交互方式，通過鼠標控制場景的視角，完成與整體場景的交互，下面是利用鼠標控制實體模型平移旋轉的模塊如圖2。

5　結束語

本文的目的是將復雜造型的實體模型在計算機上進行仿真試驗，在virtools平臺上實現復雜模型與虛擬現實環境的無縫結合，使產品的表現方式更加美觀、流暢。該方法具有很高真實性、交互性，簡單和易實現等特點。

作者簡介：郭俊杰（1982—），男，河北廊坊人，本科，研究方向：機械設計及軟件仿真。