系统仿真与虚拟现实的结合机制.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机测控与仿真技术研究所,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机测控与仿真技术研究所,2021/10/2,1,系统仿真与虚拟现实结合机制,第三讲,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第1页,课前思索,1,系统仿真与虚拟现实有什么联络,?,2,了解都有些什么,VR,和仿真用软件,?,学习目标,1,了解系统仿真基本概念与知识关键点。,2,了解相关,VR,与仿真惯用一些开发软件。,学习指南,1,注意系统仿真与虚拟现实联络与区分。,2,可视化仿真技术知识关键点。,3,各种仿真与,VR,软件基本使用。,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第2页,3.1 系统仿真基础知识,一、系统仿真基本概念,当代系统仿真,是以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学理论和优化理论为基础，以计算机为工具，对含有不确定性原因现实系统或未来系统进行动态试验研究理论和方法。,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第3页,1,、系统仿真特征,1,）系统仿真是一个试验技术，它为一些复杂系统创造了一个计算机试验环境；,2,）系统仿真试验需要在一定语言支持下建立经过抽象和简化仿真模型；,3,）系统仿真输出结果是在仿真试验运行过程中不停对系统行为和系统状态进行观察和统计而得到；,4,）系统仿真研究对象往往包含各种随机原因综合作用，每次仿真运行只是对系统行为一次随机抽样。,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第4页,1,）认识客观世界规律性新型伎俩，它能够将研制过程、运行过程和实施过程放在试验室中进行，含有良好,可控制、无破坏性、可复现性和经济性,等特点；,2,）用它能够探索高技术领域和复杂系统深层次运动机理和规律性，给出人们直观逻辑推理不能预见系统动态特征，含有,科学先验性,；,2,、系统仿真优点,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第5页,3,）系统仿真可依据系统内部逻辑关系和数学关系，面向系统实际过程和行为来结构仿真模型，在极少假设或不作假设前提下建立包含系统主要原因和详细细节模型框架，并经过仿真试验运行，得到复杂解。,4,）系统仿真建模含有面向过程特点，仿真模型与所研究系统运行过程在形式上和逻辑上存在对应性，防止了建立抽象数学模型困难，显著简化了建模过程，含有,直观性,。,三、系统仿真优点,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第6页,5,）伴随系统仿真理论和计算机技术发展，系统仿真已跻身于高新技术领域，使系统仿真与人工智能技术、并行处理技术、分布式仿真、优化理论、三维图像处理技术以及多媒体技术等融为一体，并逐步步入虚拟现实仿真、互联网上仿真以及群决议仿真研讨等领域。,鉴于系统仿真这些优点，它已在工业生产、交通运输、能源供给、医疗卫生、航空航天、军事作战、制造过程以及社会服务等领域得到广泛应用。,三、系统仿真优点,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第7页,系统模型,是对实际系统一个抽象、本质描述，是人们对客观世界重复认识、分析，经过多级转换、整合等相同过程而形成最终止果，它含有与系统相同数学描述或物理属性，以各种可用形式，给出研究系统信息,二、系统仿真建模和类别,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第8页,1,、模型要求,1,）模型必须是现实系统一个抽象，它是在一定假设条件下对系统简化。,2,）模型中必须包含系统中主要原因，模型不可能与实际系统完全对应，只应该包含那些决定系统本质属性主要原因。,3,）为了进行定量分析，模型中必须反应出各主要原因之间逻辑关系和数学关系，使模型对系统含有代表性。,二、系统仿真建模和类别,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第9页,1,、,系统仿真分类,1,）依据计算机分类,模拟计算机仿真,数字计算机仿真,模拟数字混合仿真,模,拟,计,算,机,混合接口,A/D,、,D/A,控制逻辑,数,字,计,算,机,二、系统仿真建模和类别,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第10页,2,）,依据仿真时钟与实际时钟百分比关系分类,实时仿真,仿真时钟与实际时钟是完全一致。,欠实时仿真,仿真时钟比实际时钟慢。,超实时仿真,仿真时钟比实际时钟快,。,3,）,依据仿真系统结构和实现伎俩不一样分类,数学仿真,物理仿真,1,、,系统仿真分类,二、系统仿真建模和类别,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第11页,半实物仿真,又称硬件在回路中仿真。,动力学系统,三轴转台、目标,仿真器、水,/,动,/,静压仿真器,执行机构,伺服回路,控制,/,制导,/,导航计算机,探测器,传感器,仿真计算机,仿真环境,图：半实物仿真系统,1,、,系统仿真分类,二、系统仿真建模和类别,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第12页,人在回路中仿真。,软件在回路中仿真。,动力学模型,人,视景系统,仪表显示,音响模拟,多自由度运动系统,操纵负载模拟系统,仿真计算机,仿真环境,图：人在回路中仿真系统,1,、,系统仿真分类,二、系统仿真建模和类别,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第13页,三、系统仿真作用,1,）优化系统设计；,2,）对系统或系统某一部分进行性能评价；,3,）节约经费；,4,）重现系统故障，方便判断故障产生原因；,5,）能够防止试验危险性；,6,）进行系统抗干扰性能分析研究；,7,）训练系统操作人员；,8,）系统仿真能为管理决议和技术决议提供依据。,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第14页,1,）阐述问题和目标设定；,2,）仿真建模；,3,）数据采集；,4,）仿真模型确实认；,5,）仿真程序编制和验证；,6,）仿真模型运行；,7,）仿真输出结果统计分析。,四、系统仿真基本步骤,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第15页,问题描述,确定仿真目标,仿真建模 数据采集,模型确认？,仿真程序编制（生成）,程序验证？,仿真试验设计,仿真试运行,仿真再确认,正式仿真运行,仿真输出统计分析,仿真汇报,是,是,是,否,否,否,3.1,系统仿真基础知识,四、系统仿真基本步骤,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第16页,五、当代仿真基本框架,当代仿真技术发展使仿真技术扩展到系统建模、仿真建模和仿真试验等三项活动中，使传统意义上仿真概念产生了变革。,1984,年,Oren,提出了当代仿真基本概念框架：,“建模,试验,分析”,。,仿真这一基本概念框架总结了仿真研究三个基本要素：,1,）对仿真问题描述；,2,）行为产生器；,3,）模型行为处理。,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第17页,模型行为及其处理,仿真问题描述,特定模型：,参数模型,参数值,试验：,试验框架,仿真运行控制,行为产生,模型行为（仿真数据）,轨迹产生,结构行为,行为处理：,分析、显示,六、仿真研究基本要素,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第18页,1,、对仿真问题描述,任何一个仿真问题都由模型与试验两部分组成。任何一个数学模型，不论采取什么样建模方法，又都由两部分组成：一个参数模型及一组参数值。试验也分为两部分：试验框架和仿真运行控制。,2,、行为产生器,行为产生器是一套对模型进行试验软件，由它能够产生一组系统状态变量随时间改变资料（称为模型行为）。,3,、模型行为及其处理,有三种模型行为：点行为、轨迹行为、结构行为。,行为处理包含对行为进行分析以及将行为显示出来。,六、仿真研究基本要素,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第19页,仿真算法是将系统数学模型转换成适合于计算机运行模型（即计算机仿真模型）一类算法。,1,、集中参数系统数字仿真算法,集中参数系统数学模型通常由一阶常微分方程组表示。惯用算法有：,数值积分法、离散相同法、置换法、根匹配法、增广矩阵法,等。,2,、分布参数系统数字仿真算法,分布参数系统是用偏微分方程描述。惯用方法：有限差分法、有限元法。,3,、离散事件系统数字仿真算法,离散事件系统仿真模型通常采取流图或网络图描述。惯用方法：面向事件建模方法、面向活动建模方法、面向进程建模方法。,七、仿真研究基本要素,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第20页,仿真软件是一类面向仿真用途专用软件，它特点是面向问题、面向用户。,它功效可概括为：,1,）模型描述规范及处理；,2,）仿真试验执行与控制；,3,）资料与结果分析、显示及文档化；,4,）对模型、试验程序、资料、图形或知识存放、检索与管理。,依据实际情况，仿真软件分为：,仿真程序、仿真语言、仿真环境,三个不一样层次,八、仿真软件,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第21页,1,、虚拟现实,建立三维实体和虚拟现实场景，提供给用户一个浏览空间，但在这么环境中用户往往不能控制对象运动。对象运动轨迹和方式普通是在环境创建时预先设计好。,2,、仿真,为了在虚拟现实环境中能够得到身临其境感觉，仿真系统中对象应该是可控，能够按照研究者需要动态地产生或消除三维实体，而三维实体运动也应该按照仿真需要进行。,3,、结合,虚拟现实给研究者一个仿真空间，使仿真结果愈加真实可信，而仿真可实时地控制对象运行，干预虚拟环境中系统运行。,九、系统仿真与虚拟现实技术比较,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第22页,1,、智能仿真系统,如：知识库仿真系统、仿真建模自动化、仿真程序自动生成和智能化仿真决议系统。,2,、面向对象仿真系统,比较突出是由德国开发,SIPLE+,面向对象仿真系统软件。,3,、分布式并行仿真,适合用于局域网内不一样节点上分布式仿真和异地远程网络上仿真。在军事作战仿真中已得到应用。,4,、,Internet,网上仿真,如美国海军研究院,Simkit,能够在网上浏览器支持下进行分布式仿真。,5,、可视化交互式仿真系统（,VIS,）,6,、虚拟现实（,VR,）仿真,十、仿真研究热点,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第23页,十一、应用实例,1,、美游戏机商为军方研制驾驶,模拟器,美国陆军同游戏机生产商,Zombie Studios,企业签署了一份总额为,10,万美元协议，将由后者为军方研制一个新型驾驶模拟器。,美国军方讲话人介绍称，军方订购这种新型训练设备目标是为了尽可能模拟出一个贴近现实环境，以帮助军车驾驶员准确识别可能隐藏在行进路线上爆炸装置，并在发生爆炸或遭到攻击时做出快速而且准确反应。,训练过程中，士兵们将会坐在一部货真价实“悍马”越野吉普车中。在车体周围将会设置,6,或者,8,部屏幕，可提供,360,视界。另外，模拟器还可产生非常逼真响声，让参训士兵有种身临其境感觉。车上士兵们将会携带安装了激光器自动步枪进行模拟射击。,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第24页,十一、应用实例二,2,、德国危机预防信息系统,对巨大灾难管理（包含自然和人为灾难）要取得高效、取得成功，决议者必须要及时获取相关信息。,夏天德国内政部门决定建立“危机预防信息系统”（German Emergency Planning Information System/简称deNIS）。在此基础上开发deNIS II目标则是为市民和灾难反应建立起一个网络，作为联邦和地方政府决议制订者信息沟通支持，更加好地为自然灾害和技术事故等突发事件援救提供信息服务。deNIS主要任务即是支持灾难管理者工作，对应deNIS II系统只对一些授权使用群体开放：主要是联邦政府内务部门和灾难控制部门运作中心。系统用以评定灾难现实状况情势和面临问题，分析应该采取什么样方法来保护公众人生安全，必须向州、联邦政府或者外国申请哪些援助物资。,3.1,系统仿真基础知识,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第25页,3.2 可视化仿真及相关应用软件,3.2.1,可视化仿真技术介绍,1,、可视化技术,一个用图形或图像来表征数据计算方法，即利用计算机图形图像技术将一维数据转化为可观察二维或三维几何表示，从而到达增强人们对抽象信息认知目标。,2,、分类：,科学计算可视化和空间信息可视化,可视化仿真应用系统组成,仿真应用程序：,可视化仿真驱动关键；,图像生成器：,可视化仿真硬件平台；,可视化数据库：,可视化仿真数据基础。,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第26页,3,、可视化仿真系统三维建模数据库特点,模型多边形数量要尽可能少,模型数据结构要尽可能简单,模型数据库结构要便于进行遍历操作,模型数据库要能够被应用程序快速读取,模型数据库能够包含各种约束限制信息,4,、可视化仿真与计算机动画技术区分,仿真画面是“实时”生成，而三维动画画面是预先渲染好。尽管它们最终在屏幕上显示出来效果都是连续画面。,仿真含有高度交互性，用户能够主动参加到仿真过程中，仿真系统还能够对用户各种输入进行实时响应而三维动画因为只是连续播放渲染好画面帧序列，所以不具备任何交互性，用户只能被动参加或者观赏。,3.2 可视化仿真及相关应用软件,3.2.1,可视化仿真技术介绍,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第27页,仿真帧频率普通是改变，从每秒,15,帧（低于这个帧频率时，视觉上就会感到不连贯）到每秒几十或者上百帧不等，这跟仿真运行过程中画面复杂度有直接关系；而三维动画帧频道是事先设定好画面一直保持设定帧频率。,可视化仿真强调是实时交互性，而三维动画强调视觉效果。,5,、可视化仿真技术独特作用,进行商业和军事事件排练和演练模拟，如飞行训练仿真；,对复杂事件进行深入直观再现，如交通救护仿真；,需要对突发事故进行预排和演练，如消防救灾仿真；,交互式三维视频游戏仿真；,对不确定事件进行预览。,3.2 可视化仿真及相关应用软件,3.2.1,可视化仿真技术介绍,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第28页,6,、传统建模软件不足,传统三维模型数据库因为应用目标限制，经常不能很好地满足上述一些特点。如,CAD,模型,传统三维模型软件虽能够方便创建各种各样三维模型，但这些模型都不适合用于可视化仿真应用。,7,、在视景仿真中，会用到哪些元素？,实时应用程序；,图形生成器（,IG,）；,视景数据库；,建模包；,视觉真实度。,3.2 可视化仿真及相关应用软件,3.2.1,可视化仿真技术介绍,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第29页,7,、仿真模型渲染过程,大致上要经历应用,(APP),、剔除（,CULL,）和绘制（,DRAW,）三个主要过程。,APP,从控制设备中,读入输入数据,加载模型数据,计算当前视点,位置和模型位置,CULL,判断当前可视,范围内模型,从内存中剔除,当前不可见模,型数据。,DRAW,从显示列表中,读出模型数据,绘制多边形,数据。,3.2 可视化仿真及相关应用软件,3.2.1,可视化仿真技术介绍,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第30页,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,Multigen Creator,系列软件是,Multigen-Paradigm,企业专门针对可视化仿真行业应用特点推出,实时可视化三维建模软件,系统，它提供了分别运行于高端,SGI,工作站和低端,PC,平台不一样版本，,能够最大程度地满足不一样应用需求,。,在,SGI,工作站,SGI IRIX,操作系统上运行时,Multigen,软件包能够充分利用,SGI,工作站超强图形功效，,最大程度地利用多个处理器强大计算功效，能够支持多线程和丰富图形音频编程接口,等。,基于实时应用环境,OpenFlight,数据格式，,Multigen,提供了强大,多边形建模、矢量建模,以有大面积地形准确生成等功效，配合各种专业可选模块及插件，用户能够,高效地生成实时三维模型数据库，并与后续实时仿真软件,紧密结合。,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第31页,Creator,可视化建模软件包，将,OpenFlight,格式模型数据库层次,视图无缝地与建模环境,集成在一起，使得用户能够在创建虚拟三维模型同时关注模型数据库结构与状态，能够实时地对模型进行观察、检察和修改。,用户能够直接对模型数据库进行操作，经过简单移动和调整就能够到达优化,OpenFlight,模型数据库目标。,为了确保软件良好可扩充性，,Multigen,采取了模块化开发和销售方式，用户能够依据实际需要选取适当模块进行工作。,主要模块,包含：基本建模模块（,CreatorPro),、地形建模模块（,TerrainPro,）、标准道路建模模块（,RoadTools,）等。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第32页,1,、基本建模环境模块,其基本功效是为用户提供一个功效强大、交互式可视化建模环境，主要功效包含：,强大多边形建模功效；,强大矢量化建模功效；,强大模型数据库控制功效；,强大纹理映射和贴图功效；,支持各种格式三维模型格式转换；,支持大面积地形准确生成；,支持多细节层次（,LOD,）建模；,支持多自由度（,DOF,）建模；,支持光点系统模拟；,支持序列动画模拟；,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第33页,2,、地形建模模块,利用地形建模模块能够快速创建大面积地形模型数据库，经过自动化层次细节设置和组筛选，能够很轻易地创建各种分辨率地表特征，并能够准确控制地表面片数以及与原始数据误差值。,该模块,主要功效,包含：,支持各种地形生成算法；,支持各种数字地形高程数据；,支持数字特征分析数据（,DFAD,）；,强大批处理地形生成功效；,强大整体纹理映射功效；,提供高级地形表面生成工具。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第34页,3,、标准道路建模模块,标准道路建模模块是利用高级算法快速生成符合美国国家高速公路与交通协会（,AASHTO,）标准路面数据模型，尤其适合用于车辆设计、驾驶培训、事故重现等驾驶仿真应用。,其,主要功效,包含：,自动多层次细节模型生成；,自动路面纹理贴图；,支持自定义道路横断面；,支持自定义道路中线及分道线；,提供预定义公路交通标志、路灯模型；,支持模拟驾驶预览效果。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第35页,4,、基本建模技术,设置参考网格,选择模型对象,使用颜色,使用材质,使用纹理,使用灯光,下面介绍一下这几个技术中一些比较主要内容。,1,）设置参考网格,能够处于图形视图任一位置一个参考平面，用户在视图中全部用鼠标左键输入操作都是在这个参考平面上今次能够在该参考平面上一个二维网格，这个网格作用只是为了让用户能够在图形视图中看到参考平面实际位置，从而方便进行各种操作。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第36页,2,）选择模型对象,在创建模型数据库过程中，对模型对象进行任何操作之前都要选择该模型对象。,遵照标准和惯用技巧：,在图形视图中选择模型对象结果取决于当前建模模式。,在图形视图中经过单击左键进行选择，只能选择到面向视点模型对象，不能选择到模型几何体后面,在层级视图中进行选择时，能够不考虑当前建模方式。,在层级视图中进行选择时，不能同时选择父节点和它子节点。,在选择模型对象同时按下,Alt,键，被选择模型对象对应节点就会成为当前父节点。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第37页,3,）使用纹理,纹理,：指那些被映射到三维模型表面二维图像，使用纹理能够在不增加多边形前提下，使模型对象取得照片级真实感视觉效果。,纹素,：二维纹理图像在纹理空间最小单位被称为纹素映射到模型表面纹理在实际渲染过程中会出现三种情况：,一个纹素恰好对应屏幕上一个像素；,多个纹素映射到同一个屏幕像素中，压缩过滤；,一个纹素映射到几个屏幕像素中，放大过滤。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第38页,纹理映射步骤：,准备纹理图像；,将纹理,u,，,v,坐标映射为屏幕空间坐标；,将纹理颜色与多边形颜色和材质颜色融合；,进行适当纹理过滤处理，优化纹理映射效果。,纹理图像要求：,Creator,支持各种通用标准图像格式，惯用主要格式包含：,INT,，,INTA,，,RGB,，,RGBA,，,TGA,，,JPEG,，,BMP,，,GIF,等：,使用纹理前，必须将响应纹理图像加载到纹理内存中；,纹理图像在两个方向上尺寸必须是,2,幂次大小，但不要求长宽相同。,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第39页,5,、高级建模技术,LOD,技术,DOF,技术,动画序列技术,声音建模技术,光点建模技术,仪表建模技术,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第40页,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,下面介绍其中一些关键技术：,1,）,LOD,技术,在可视化仿真运行过程中，实时系统会依据当前视点位置距模型对象距离选择其中一个,LOD,来显示模型对象。假如视点离物体较远，则使用多边形较少低,LOD,显示模型对象，伴随视点向物体移动，实时系统会逐步用越来越复杂,LOD,代替，反之亦然。,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第41页,2,）,DOF,技术,DOF,技术能够使模型对象含有活动能力，,DOF,节点可控制它全部子结点按照自由度范围进行移动或者旋转运动。,注意问题,：,DOF,节点和组节点级别是相同，在创建,DOF,节点时，必须以组节点或其它同级别节点（如,LOD,）作为父节点。,为模型对象定义自由度，必须创建对应局部坐标系，因为模型对象全部运动都是相对于该局部坐标系进行。,要使,DOF,节点下模型对象能够运动，除了设置局部坐标系外，还必须设定模型对象自由度范围,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第42页,3,）动画序列技术,动画序列模拟传统二维动画创作方法，经过连续播放一系列动画画面以产生运动效果，,Creator,则经过按照指定次序依次显示组节点下单个子节点来实现这个过程。,4,）模型数据库优化技术,调整数据库层级结构,降低多边形数量,使用边界体,活用剪裁面,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第43页,示例演示,光滑面制作过程,建弯道方法,3.2.2 Creator,可视化仿真建模技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第44页,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,Vega,是,Multigen-Paradigm,企业推出先进软件环境。它主要用于虚拟现实技术中实时视景仿真、声音仿真以及科学计算可视化等领域。它支持快速复杂视觉仿真程序，为用户提供一个处理复杂仿真应用便捷伎俩。,Vega,主要包含两部分：一个是被称为,LynX,图形用户界面,，另一个则是基于,C,语言,Vega,函数调用库,。,Vega,及其相关模块支持,Unix,和,Windows NT/,平台。用,Vega,写应用程序能够,99%,地兼容跨平台使用，支持,Open Flight,、,3D Studio,和,VRML2.0,等数据库格式。,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第45页,Vega,当前有以下附加模块：,Audio Work2,：,音响环境生成,Special Effects,：特殊效果,LADBM,：大地景数据库管理,Marine,：海洋仿真,DIS/HLA,：分布交互仿真,DI-Guy,：人体运动仿真,Symbology,：仪表和控制面板仿真,Light Lobes,：移动光源照明,Navigation and Signal Lighting,：导航及信号灯模块,Non-Linear Distortion Correction,：非线性失真矫正,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第46页,CloudScape VR,：云彩、尘土仿真,SimSmith Vehicle Objects,：车辆物体仿真,SimSmith Vehicle Controls,：车辆物体控制,Immersive,：增加沉醉感,SensorVision,：传感器图像仿真,SensorWorks,：增加对实际传感器效果模拟,RadarWorks,：基于物体机制雷达图像仿真,TMM,：纹理材料图生成器,MAT,：大气工具,VCR,：实时场景统计和播放,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第47页,Vega,视景仿真开发流程,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第48页,Vega,编辑环境,Vega,对于程序员和非程序员都是称心如意。它提供,LynX,，一个基于,X/Motif,技术点击式图形环境，使用,LynX,能够快速、轻易、显著地改变应用性能、视频通道、多,CPU,分配、视点、观察者、特殊效果、一天中不一样时间、系统配置、模型、数据库及其它，而不用编写源代码。,LynX,能够扩展成包含新、用户定义面板和功效，快速地满足用户特殊要求。实际上，,LynX,是强有力和通用，能在极短时间内开发出完整实时应用。用,LynX,动态预览功效，您能够立刻看到操作改变结果,。,LynX,界面包含您应用开发所需全部功效。,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第49页,Vega,还包含完整,C,语言应用程序接口，为软件开发人员提供最大程度软件控制和灵活性。,Vega,提供了稳定、兼容、易用界面，使开发、支持和维护工作更加快和高效。,LynX,界面使用户能对交付系统重新配置，它实时交互性能为开发系统提供更经济处理方案。,Vega,支持各种数据调入，允许各种不一样数据格式综合显示，,Vega,还提供高效,CAD,数据转换。现在开发人员、工程师、设计师和规划者能够用最新实时模拟技术将他们设计综合起来。,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第50页,Vega,开发产品有两种主要配置：,VEGA-MP(Multi-Process),为多处理器硬件配置提供主要开发和实时环境。经过有效地利用多处理器环境，,Vega-MP,在,多个处理器上逻辑地分配视觉系统作业，以到达最正确性能,。,Vega,也允许用户将图像和处理作业指定到工作站特定处理器上，定制系统配制来到达全部需要性能指标。,VEGA-SP(Single-Process),是,Paradigm,尤其推出高性能价格比产品，用于单处理器计算机，具备全部,Vega,功效，而且和全部,Paradigm,附加模块相兼容。,3.2.3 Vega,构建高级实时仿真高效工具,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第51页,Open Graphics Library,，是一个三维计算机图形和模型库。,3.2.4 OpenGL,3.2,可视化仿真及相关应用软件,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第52页,它是应用程序编程接口（,API,），不是编程语言。,含有高度可移植性，而且含有非常快速度。,独立于硬件，独立于窗口系统，在运行各种操作系统各种计算机上都可用，并能在网络环境下以客户,/,服务器模式工作。,OpenGL,关键库包含,100,多个用于,3D,图形操作函数，主要负责处理对象外形描述、矩阵变换、灯光处理、着色、材质等和三,维图形图像亲密相关事情。,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第53页,1,、,OpenGL,主要功效：,模型绘制,模型观察,颜色模式指定,光照应用,图像效果增强,位图和图像处理,纹理映射,实时动画,交互技术,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第54页,2,、,OpenGL,处理结构,首先，在,OpenGL,中允许视景对象用图形方式表示，有针对三维坐标表示顶点几何变换，经过该变换可使顶点在三维空间内进行平移和旋转，对于由顶点集合表示物体则能够实现其在空间各种运动。,其次，,OpenGL,经过光照处理能表示出物体三维特征，其光照模型是整体光照模型，它把顶点到光源距离、顶点到淘汰方向向量以及顶点到视点方向向量等参量代入该模型，计算顶点颜色。,另外，为填补图形方法难于生成复杂自然背景不足，,OpenGL,提供了对图像数据使用方法，即直接对图像数据读、写和拷贝，或者把图像数据定义为纹理与图形结合，以生成视景图像和增强效果。,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第55页,一个完整窗口系统,OpenGL,图形处理系统结构为：,最底层为图形硬件,第二层为操作系统,第三层为窗口系统,第四层为,OpenGL,第五层为应用软件,应用软件,OpenGL,窗口系统,操作系统,图形硬件,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第56页,3,、,OpenGL,提供基本操作,1,）绘制物体,OpenGL,提供了丰富基本图元绘制命令，从而能够方便地绘制物体。,2,）变换,OpenGL,提供了一系列基本变换，如取景变换、模型变换、投影变换及视口变换。,3,）光照处理,绘制有真实感三维物体必须做光照处理。,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第57页,4,）着色,OpenGL,提供了两种物体着色模式：一个是,rgba,颜色模式，另一个是颜色索引模式。,5,）反走样,在,OpenGL,绘制图形过程中，因为使用是位图，所以绘制出图像边缘会出现锯齿形状，称为,走样,。了消除这种缺点，,opengl,提供了点、线、多边形反走样技术。,6,）融合,为了使三维图形愈加含有真实感，经常需要处理半透明或透明物体图像，这就需要用到,融合技术,。,3,、,OpenGL,提供基本操作,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第58页,7,）雾化,8,）位图和图像,9,）纹理映射,在计算机图形学中，把包含颜色、,alpha,值、亮度等数据矩形数组称为,纹理,。而纹理映射能够了解为将纹理粘贴在所绘制三维模型表面，以使三维图形显得更生动。,l0,）动画,出众动画效果是,opengl,一大特色，,opengl,提供了双缓存区技术来实现动画绘制。,3,、,OpenGL,提供基本操作,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第59页,GL_POLYGON,GL_POINTS,GL_LINES,GL_LINE_LOOP,GL_LINE_STRIP,GL_QUAD_STRIP,GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN,GL_TRIANGLES,GL_QUADS,）基本图元,绘制顶点,glVertex3f(x,y,z),：,glBegin(GL_MODE),和,glEnd(),绘制复杂图元,4,、世界坐标系中图形描绘,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第60页,2,）复杂图元,顶点数组,使用数组存放顶点坐标，法线，颜色,使用指针来获取数据，一次函数调用完成,void glVertexPointer(GLint,size,GLenum,type,GLsizei,stride,const GLvoid*,pointer,),void glDrawElements(GLenum,mode,GLsizei,count,GLenum,type,const GLvoid*,indices,),4,、世界坐标系中图形描绘,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第61页,3,）坐标变换,平移：,glTranslatefd(,x,y,z,),旋转：,glRotatefd(,angle,x,y,z,),缩放：,glScalefd(,x,y,z,),4,、世界坐标系中图形描绘,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第62页,真实感图形是经过景物表面颜色和明暗色调来表现景物几何形状、空间位置以及表面材料，而一个物体表面所展现颜色是由表面向视线方向辐射光能决定。,物体本身材质组成；,光颜色和位置；,含有四种光照效果：,辐射光、环境光、镜面光,漫反射光；,两种颜色模式：,RGBA,模式,颜色表模式。,5,、材质和光照,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第63页,纹理映射,基本步骤,：,1,）定义纹理,;,2,）控制滤波,;,3,）说明映射方式,;,4,）绘制场景，给出顶点纹理坐标和几何坐标,注意,：纹理映射只能在,RGBA,方式下执行，不能利用于颜色表方式。,6,、纹理映射,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第64页,映射方式,:,void glTexEnvifv(GLenum target,GLenum pname,TYPE param);,/,设置纹理映射方式。,参数：,target,必须是,GL_TEXTURE_ENV,；,若参数,pname,是,GL_TEXTURE_ENV_MODE,，则参数,param,能够是,GL_DECAL,、,GL_MODULATE,或,GL_BLEND,，以说明纹理值怎样与原来表面颜色处理方式；,若参数,pname,是,GL_TEXTURE_ENV_COLOR,，则参数,param,是包含四个浮点数（分别是,R,、,G,、,B,、,A,分量）数组,这些值只在采取,GL_BLEND,纹理函数时才有用。,6,、纹理映射,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第65页,1,）三维图形显示流程,世界坐标,系中三,维物体,三维几,何变换,投影,三维,剪裁,视口,变换,屏幕坐标,系中图,形显示,8,、怎样在,OpenGL,中建立一个,3D,物体,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第66页,2,）从三维空间到二维平面,2D,透视,3D,camera,tripod,model,viewing,volume,8,、怎样在,OpenGL,中建立一个,3D,物体,3.2,可视化仿真及相关应用软件,3.2.4 OpenGL,系统仿真与虚拟现实的结合机制,第67页,视点变换