用3dmax进行建模虚拟现实场景漫游的设计和实现.docx
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用3dmax进行建模虚拟现实场景漫游的设计和实现
设计说明书
题目:
用3dmax进行建模虚拟现实场景漫游的实现
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设计中文摘要
虚拟现实场景漫游的实现
摘要本论文论述了用VRML与3dmax煤矿安全技术仿真系统虚拟环境,通过使用VRML中的语法和节点与3dma物制作与代码,能够轻松地创建出用于网上浏览的3D环境并能实现简单的交互性,且文件非常小,极其适合网上浏览。
由此看出VRML是一个非常适合网上浏览的一种新兴语言。
可见,这也正适合了当前网络的发展。
用VRML语言进行虚拟场景的实现以及漫游,既直观又生动,可以方便煤矿工人进行岗前的培训,更为重要的是,他是高科技技术进入煤矿的一个标志,更为突出的表现出了科学技术是第一生产力这一思想。
由此可以看出来,未来通过虚拟技术现实场景漫游的重大意义与巨大的潜力。
我们可以预见,随着未来网络的空前发展,科学技术的更大进步,人们的思想进一步提高,虚拟现实的场景漫游会有着更进一步的发展。
这一点许多的科学家都做出了科学的论断,我们也坚信不移。
关键词节点建模交互过程系统仿真时间感知器
接近传感器插补器朝向插补器位置插补器
TitleVirtualrealityview’srealization
AbstractThistexthasbeendiscussedandhasbeenmadeThesafetechniqueofcoalmineimitatesthetruesystemwithVRMLand3dmax,bywayofgrammarandthenodeamongtheVRMLofuse,andcodeandsome.caneasilyfoundout3Denvironmentthatisusedbrowsingnetons,andcanrealizetheinteractivitysimply,andthefileverysmall.Itisfitforonthenetbrowsingmost.MakingoutVRMLisonekindofnewanddevelopinglanguagethatisfitforglancingoveronthenetfromthisverymuch.ProceedswithVRMLlanguageconjectureviewofrealizesandtravelextensively,sincethedirectionisagainvivid,cantheconvenientcoalminerproceeds岗frontthattraining,moreimportantthathigh-techtechniqueis,heisamarkingtoenterthecoalmine,moreoutstandingexpressoutedthesciencetechniqueisthefirstproductivitythisathought.Canfromhereseeout,andthefuturepasstheconjecturetechniquethepotentialforgreatsignificanceforviewtravelextensivelyingandbignessofrealisticfield.Wecanforesee,alongwiththefurtherexaltation,fieldofactualityconjectureofthethoughtofthelargeradvance,peopleofthetechniqueofunprecedenteddevelopment,scienceofthefuturenetworktheviewtravelextensivelytocanhavegotthefurtherdevelopment.Thediscutionthatthisscientistoflotsofpointalldooutedsciencedbreaks,andwealsobelievefirmlytonotmove.
KeywordsNode、Modeling、Interaction、ProcessSystemSimulation、TimeSensor、TouchSensor、Interpolator、OrientationInterpolator、positionInterpolator
设计
1.引言………………………………………………………………………5
1.1可行性分析………………………………………………………………6
1.2各章内容简介…………………………………………………………………9
2.系统需求分析…………………………………………………………………10
2.1系统功能需求分析……………………………………………………………10
2.1.1vrml语言的应用……………………………………………………………11
2.1.2VRML文件的组成部分………………………………………………………11
2.1.3节点………………………………………………………………………12
2.1.4VRML中的节点分类………………………………………………………13
2.2vrml部分语法分析……………………………………………………………14
2.3强大的平台支持………………………………………………………………22
3系统设计…………………………………………………………………………23
3.1作品结构设计…………………………………………………………………23
3.23dmax设计部分……………………………………………………………25
3.2.1放样制作巷道……………………………………………………………25
3.2.2风门制作…………………………………………………………………28
3.2.3人车的制作……………………………………………………………29
3.3vrml交互设计:
……………………………………………………………30
3.3.1打开风门的接近感知器代码………………………………………………31
3.3.2打开风门的时间感知器代码………………………………………………32
3.3.3打开风门的位置插入器代码………………………………………………32
3.3.4打开风门的方向插值器代码………………………………………………33
3.3.5人车的时间感知器代码……………………………………………………35
3.3.6人车的位置插值器代码……………………………………………………35
4用户使用手册……………………………………………………………………36
5系统评价………………………………………………………………………37
5.1系统应用……………………………………………………………………37
5.2系统仿真……………………………………………………………………38
结论……………………………………………………………………………………39
致谢……………………………………………………………………………………40
参考文献。
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1.引言
虚拟现实(VirtualReality)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。
它充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术,提供了一种实时的、三维的虚拟环境(VirtualEnvironment),使用者完全可以进入虚拟环境中,观看计算机产生的虚拟世界,听到逼真的声音,在虚拟环境中交互操作,有真实感,可以讲话,并且能够嗅到气味。
虚拟在电子商务、教育、工程技术、交互式娱乐等领域都有着广泛的应用。
虚拟现实具有以下三个基本特征:
沉浸(Immersion)、交互(Interaction)和构想(Imagination),即通常所说的“3I”。
(1)沉浸是指用户借助各类先进的传感器进入虚拟环境之后,由于他所看到的、听到的、感受到的一切内容非常逼真,因此,他相信这一切都“真实”存在,而且相信自己正处于所感受到的环境中。
(2)交互是指用户进入虚拟环境后,不仅可以通过各类先进的传感器获得逼真的感受,而且可以用自然的方式对虚拟环境中的物体进行操作。
如搬动虚拟环境中的一个虚拟盒子,甚至还可以在搬动盒子时感受到盒子的重量。
(3)构想是由虚拟环境的逼真性与实时交互性而使用户产生更丰富的联想,它是获取沉浸感的一个必要条件。
1.1可行性分析
本课题将运用vrml语言,3dmax开发工具进行设计
本课题设计:
运用虚拟现实交互浏览器(VRExplorer)作为浏览界面。
运用3dmax建模。
运用vrml实现一些相对简单的交互实现。
运用公司的交互开发平台实现比较复杂的阴影。
VRML(VirtualRealityModelingLanguage)即虚拟现实建模语言,是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言。
也就是说,它是用来描述三维物体及其行为的,可以构建虚拟境界(VirturalWorld)。
VRML的基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体,基本特征包括分布式、三维、交互性、多媒体集成、境界逼真性等。
是目前Internet上基于WWW的三维互动网站制作的主流语言。
VRML虽然还很不成熟,但已经表现出其百折不挠的强大生命力,它必将成为WWW服务的新一代标准。
VRML的出现使得虚拟现实象多媒体和因特网一样逐渐走进我们的生活,简单地说,以VRML为基础的第二代万维网=多媒体+虚拟现实+因特网。
第一代万维网是一种访问文档的媒体,能够提供阅读的感受,使那些对Windows风格的PC环境熟悉的人们容易使用因特网,而以VRML为核心的第二代万维网将使用户如身处真实世界,在一个三维环境里随意探寻因特网上无比丰富的巨大信息资源。
每个人都可以从不同的路线进入虚拟世界,和虚拟物体交互,这样控制感受的就不再是计算机,而是用户自己,人们可以以习惯的自然方式访问各种场所,在虚拟社区中"直接"交谈和交往。
事实上,目前采用VRML技术取得成功的案例已经很多,例如探路者到达火星后的信息就是利用VRML在因特网上即时发布的,网络用户可以以三维方式随探路者探索火星。
在这利用计算机发展中的高科技手段构造出一个虚拟的境界中,使参与者获得与现实一样的感觉。
虚拟现实是一个在当今国际上倍受关注的课题。
如果真正实现了虚拟现实,那么对整个人类的生活与科学发展将会发生很大的变革。
我们可以设想这样一幅情景:
当你戴上特制的头盔与手套后,你就发现你已置身于一个虚拟的晶体结构世界中,您就是结构中的一个自由原子,当你向前行走或者转头时,你所看见的景象也会随之改变,你可以穿过结构孔道,挪动结构中的水分子;你甚至可以对结构的上上下下、里里外外仔细地观摩和研究.......这就是虚拟现实技术给你带来地一切--近乎完美的真实感觉。
3dmax5.0是一个基于windows操作平台的优秀三维动画制作软件,我们通过3dsmax可以创建出各式各样的虚拟现实效果以及生动逼真的动画场景。
其工作界面分为7个区域,标题栏区域,菜单栏区域,主工具栏区域,视图区区域,提示栏和状态栏区域,动画和视图控制区域,命令面板区域。
一、利用放样制作巷道
1、画出放样的路径
2、画出放样的截面形状
3、放样
二、利用布尔运算制作巷道的衔接。
技术可行性
由于开发此系统需要的硬件环境比较低,再加上Windows稳定的运行环境的支持,从功能和性能上完全满足系统的要求,因此从技术方面讲开发此虚拟现实场景漫游的系统是可行的。
经济可行性
由于虚拟现实系统所需的硬件(计算机及相关硬件)主要硬件有:
计算机,可以是一台超级计算机,也可以是微机网络系统,还可以是工作站;显示设备,有头盔显示器,双筒全方位监视器,风镜型显示屏和全景大屏幕显示屏等;位置跟踪设备及其它交互设备,交互设备有数据手套、数据衣服等,由它们产生信号,与计算机实现交互作用。
软件环境价格低廉,在市场上都容易购买到,所需技术人员为数不算太多,但是技术要求较高,可以减少开发此系统成本经济效益高,因此系统经济可行应积极开发。
使用可行性
虚拟现实场景漫游具体良好的界面,使用方便,,操作简单易于被用户接受,用户只需可以熟练操作计算机,对此系统使用做简单的了解即可方便使用,从使用方面看,此系统的开发是可行的。
法律可行性
此系统不侵犯他人合法权益,法律可行的。
正是由于虚拟现实技术的上述特性,它在许多不同领域的应用,可以大大提高项目规划设计的质量,降低成本与风险,加快项目实施进度,加强各相关部门对于项目的认知、了解和管理,从而为用户带来巨大的经济效益。
VRML在远程教育、科学计算可视化、工程技术、建筑、电子商务、交互式娱乐、艺术等领域都有着广泛的应用前景,利用它可以创建多媒体通信、分布式虚拟现实、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区、赛博空间等全新的应用系统。
虚拟现实的应用如下:
领域
用途
医学
外科手术,远程遥控手术,身体复建,虚拟超音波影像,
教育
虚拟天文馆,远距教学
艺术
虚拟博物馆,音乐
商业
电传会议,电话网路管理,空中交通管制
景观模拟
建筑设计,室内设计,工业设计,地形地图
科学视觉化
数学、物理、化学、生物、古生物、考古、行星表面重建,虚拟风洞试验,分子结构分析
军事
飞行模拟,军事演习,武器操控
太空
太空训练,太空载具驾驶模拟
机械人
机械人辅助设计,机械人操作模拟,远程操控
工业
电脑辅助设计
娱乐
电脑游戏
从上表我们可以看出,虚拟现实的应用十分的广泛,这又注定了它的未来发展前景是巨大和美好的。
VRML为虚拟环境的建立提供了规范,综合了现有三维软件的景象描述语言的优点。
它有基本元素、顶点、线和面的定义,坐标变换有缩放、旋转和平移,并有优化的数据结构。
如果说VRML是一种语言的话,显然VRML浏览器就是它的解释器。
VRML浏览器的主要功能是读入VRML代码文件,并把它解释成一图形映象。
1.2各章内容简介
第一章绪论
本章的主要内容包括:
课题研发的目的与意义以及研发的背景;可行性分析;各章节内容简介。
(如上)
第二章系统需求分析
本章的主要内容包括:
流程分析,数据库分析。
第三章系统设计
本章的主要内容包括:
系统总体结构设计,系统开发与运行环境确定以及维护设计。
第四章主要模块详细设计
主要内容包括:
模块简介,模块的体系结构,模块的运行流程,各个主要界面的详细说明。
第五章用户使用说明书
本章的主要内容包括:
系统功能简介及运行环境简介,系统操作手册。
第六章系统评价(即结论)
本章的主要内容包括:
系统主要功能、特色/优点介绍,系统存在不足与改进方案,毕业设计的心得体会与收获等等。
最后还有参考资料、致谢等内容的介绍。
2.系统需求分析
2.1系统功能需求分析
煤矿安全技术虚拟培训系统的建立必须以煤矿生产实际过程为基础,以党的安全生产方针、政策、法律法规为导向,以煤矿安全科学技术理论和计算机科学为工具,紧密结合煤矿安全生产和煤矿安全培训教学的实际情况,采用先进的计算机技术,通过对煤矿安全生产的全过程进行动态仿真,利用图像、声音和文字注解说明的形式系统地对煤矿安全生产中存在的各种事故预防与处理的技术措施和煤矿生产过程中常见的违章现象进行剖析,给出预防处理措施,建立科学实用、操作性较强的煤矿安全培训计算机教学系统,实现煤矿安全培训教学的科学化和现代化,促进煤矿安全生产。
首先,要建立煤矿井下生产过程中的动态特征模型以及各种设备的特征模型模拟生产的动态过程特性。
其次,要创造一个与真实装置非常相似的操作环境,各种画面的布置、颜色、数值信息、动态指示、操作方式等方面要与真实装置的操作环境相同,使学员有一种亲临其境的真实感。
2.1.1vrml语言的应用
VRML是面向对象的一种语言,它类似Web超级链接所使用的HTML语言,也是一种基于文本的语言,并可以运行在多种平台之上,只不过能够更多地为虚拟现实环境服务。
它提供对三维世界及其内部基本对象的描述,如球体、平面、圆锥、圆柱、立方体等,并把他们同二维的页面链接起来,是一种非常简洁的高级语言。
最新的VRML2.0版除了提供VRML1.0版的基本功能外,最主要的特点是加入了行为功能和多用户环境,使Web网上的三维世界动起来了。
另外,它将支持动画、交互性、与JAVAScript和JAVA的集成及声音。
VRML的出现,是由于当代网络技术与虚拟现实技术的迅猛发展的需要,它使得Web的页面不再局限于二维空间。
VRML增加动作、动画模拟、传感器和声音后,网络站点创作人员可以制作规模大、交互性强的三维应用程序。
2.1.2VRML文件的组成部分
VRML文件可以包括下列四个主要成份:
VRML文件头、原型、造型和脚本、路由。
并不是所有的文件都包括这些要素,唯一必须的是VRML文件头。
VRML2.0标准的文件头为#VRMLV2.0utf8。
这不同于1.0标准中的文件头,1.0标准中文件只支持ASCII字符集,所以文本头为#VRMLV1.0ASCII。
为了向下兼容,VRML2.0文件格式兼容1.0文件格式。
这个文件头有三个含义:
第一、表明这个文件是一个VRML文件;第二,符合VRML2.0版本;第三,文件使用的是utf8字符集(这是多种语言中键入字符的一种标准方式,包括英语,也支持朝鲜语、日语和阿拉伯语的字符)。
VRML注释允许在不影响VRML空间外观情况下,在VRML中包括其他信息。
可以加入对文件内容、文件绘制的不同部分的注释。
注释以一个#符号开始,结束于该行的最后。
注释VRML注释允许在不影响VRML空间外观的情况下,在VRML文件中包含其它信息。
可以加入对文件内容、文件绘制的不同部分的注释。
注释以#符号开始,结束于该行的最后。
VRML浏览器将跳过#符号后键入的任何字符。
2.1.3节点
VRML中包含描述空间中造型及其属性的节点。
这些是VRML的构件。
单个节点描述造型、颜色、光照、视点、以及造型、动画定时器、传感器、内插器等的定位和朝向等等。
节点一般包括:
节点的类型(必需)。
一对括号(必需)。
括号中的一定数目描述节点属性的域(可选)和域值。
Cylinder{
height2.0
radius2.0
}
括号将节点的域信息组织在一起。
组织在括号中的域是属于节点的。
由节点及其相关域定义的造型或属性在空间中被视为一个整体。
所有的域类型,要么是单值类型,要么是多值类型。
单值类型是单一的值,如一种颜色和一个数字,该类型命名以“SF”开始。
多值类型可以很有值,比如颜色和数字的列表,命名以“MF”开始。
当指定多值类型时,使用括号将值的列表扩起来。
VRML文件以扩展名.wrl或.wrz结尾,表示这是一个包含VRML空间的文件。
MIME是英文MultipurposeInternetMailExtensions—多用途Internet邮件扩展的缩写。
它用来定义Internet上传送的文件内容类型的软件标准,所有的Web浏览器都能够理解MIME所定义的文件类型,并使用它们在浏览器上自动决定显示的信息内容。
例如:
如果一个MIME类型显示一个文件中包含VRML文本,那么浏览器将格式化VRML文本使其显示在浏览器的窗口中。
一个MIME内容类型由用斜杠分开的两部分指定。
第一部分说明内容的一般类型,象文本、音频、视频类型。
第二部分说明内容的子类型,用于指定内容使用的确切格式。
MIME内容类型由Internet协会标准化,临时的或最新的MIME内容类型都以x-开始(x表示扩展)。
VRML非常新,以至于它现在使用下列扩展的MIME内容类型:
x-world/x-vrml。
将来,VRML的内容类型将融合进正式的MIME标准,并成为下列MIME内容类型:
model/vrml。
2.1.4VRML中的节点分类
VRML中的节点有以下几种类型:
·造型尺寸、外观节点:
Shape、Appearance、Material
·原始几何造型节点:
Box、Cone、Cylinder、Sphere
·造型编组节点:
Group、Switch、Billboard
·文本造型节点:
Text、FrontStyle
·造型定位、旋转、缩放节点:
Transform
·内插器节点:
TimeSensor、PositionInterpolater、OrientationInterpolater、ColorInterpolator、ScalarInterpolator、CoordinateInterpolator
·感知节点:
TouchSensor、CylinderSensor、PlaneSensor、SphereSensor、VisibilitySensor、ProximitySensor、Collision
·点、线、面集节点:
PointSet、IndexedLineSet、IndexedFaceSet、Coordinate
·海拔节点:
ElevationGrid
·挤出节点:
Extrusion
·颜色、纹理、明暗节点:
Color、ImageTexture、PixelTexture、MovieTexture、Normal
·控制光源的节点:
PointLight、DirectionalLight、SpotLight
·背景节点:
Background
·声音节点:
AudioClip、MovieTexture、Sound
·细节控制节点:
LOD
·雾节点:
Fog
·空间信息节点:
WorldInfo
·锚点节点:
Anchor
·脚本节点:
Script
·控制视点的节点:
Viewpoint、NavigationInfo
·用于创建新节点类型的节点:
PROTO、EXTERNPROTO
具有定义名称的节点叫原始节点。
每次对该项节点的重用叫做实例。
你只能在定义原始节点时设定域值。
每个实例只能不加修改地使用原始节点的域值。
另外,如果你修改原始节点,所有实例将被同时修改。
使得对空间快速进行改变变得容易,改变你命名的椅子、窗户、门或其他造型的风格。
定义用作实例的节点,使用“DEF”和你选择的节点名称。
一个VRML文件可以包含任何数目的命名节点。
但是,在一个文件中不能创建两个具有相同名称的节点。
2.2vrml部分语法分析
1)DEF节点名节点类型{…}
节点名可以是任何字母的序列,它们是区分大小写的。
例如,VRML浏览器将命名“ABC”和“abc”视为不同名称。
节点名可以包括字母、数字和下划线。
下列是合法的节点名例子:
PianoKeyGurgleSoundlndy500red_brickDark_brown
命名不能以数字开头,不能包括非印刷的ASCII字符,如空格
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- 关 键 词:
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