王磊

摘要：計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的不斷普及，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為一種新的科學(xué)。三維場景建模技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算、人工智能仿真以及三維圖形的制作等個個方面。而OpenGL是一個圖形硬件的軟件接口，它是公認(rèn)的高性能圖形視景標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用基于OpenGL的圖形建模技術(shù)并結(jié)合3DSmax軟件可以快速的構(gòu)建三維場景。那么如何快速使用這種技術(shù)，該文首先對可視化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行分析，再討論基于OpenGL的三維場景構(gòu)建技術(shù)。

關(guān)鍵詞：OpenGL；三維場景；建模；可視化技術(shù)

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）30-7198-01

目前三維場景建模技術(shù)廣泛的應(yīng)用與科學(xué)計(jì)算，建筑，醫(yī)學(xué)，設(shè)計(jì)以及三維圖形制作的個個領(lǐng)域。在建立三維虛擬場景時，對于地形的構(gòu)造是非常重要的，采用一種細(xì)節(jié)層次技術(shù)來構(gòu)造地形是十分關(guān)鍵的技術(shù)?？梢暬侵高\(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像處理技術(shù)將十分抽象概念圖像現(xiàn)實(shí)化，以便理解。運(yùn)用3DMAX技術(shù)提高了建模技術(shù)指令等級，它方便了三維建模技術(shù)，使其更精細(xì)跟準(zhǔn)確。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)迎來了新的春天。PC圖形處理技術(shù)大幅度提高，那么使用一種基于OpenGL的三維場景建模的軟件技術(shù)應(yīng)該是當(dāng)前虛擬技術(shù)發(fā)展的突破點(diǎn)。因此本文將介紹一下基于OpenGL的三維場景建模技術(shù)使用程序框架，以便開發(fā)使用中解決一些問題。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的起源和發(fā)展

由于現(xiàn)在PC硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的要求也越來越高，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)迎來了新的高潮階段。人們普遍認(rèn)為研究VR始于60年代，但由于當(dāng)時PC硬件技術(shù)的不成熟，投資過大，技術(shù)環(huán)境不成熟，除了軍事工業(yè)上應(yīng)用外很少被外界關(guān)注。美國是VR技術(shù)的發(fā)源地，1965年有VR先鋒之稱的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)創(chuàng)始人提出人們可以把計(jì)算機(jī)屏幕當(dāng)做一個窗口，人們可以通過這個窗口觀看虛擬世界，這便是虛擬世界的雛形。虛擬世界從上世紀(jì)60年代到80年代的發(fā)展是十分緩慢的。

從80年代后VR進(jìn)入發(fā)展高速期，這是因?yàn)閳D像顯示技術(shù)已經(jīng)基本可以滿足人們的視覺效果。VR第一次世界展出是在1990年的圖形圖像學(xué)會議上，這次會議上圖像圖像學(xué)專家是交互式技術(shù)從二維開始向三維技術(shù)過度。從2000年以來由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展受到人們的廣泛關(guān)注，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)際生活中的應(yīng)用也越來越廣泛。

與外國的一些發(fā)達(dá)國家相比，我國的VR技術(shù)還略有不足，但已受到相關(guān)學(xué)者的關(guān)注和研究。北京大學(xué)航天計(jì)算機(jī)系是我國最早研究VR技術(shù)的單位之一，他們最早只是進(jìn)行一些基礎(chǔ)方面的研究，而后為了飛行員的訓(xùn)練，他們設(shè)計(jì)研究了用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，此外浙江大學(xué)也是我國重點(diǎn)研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的單位。

2 可視化技術(shù)的研究

近10年來，可視化技術(shù)的研究十分活躍。從前期的后處理現(xiàn)在已經(jīng)向?qū)崟r跟蹤和交互式處理方向發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)軟硬件的高速發(fā)展以及光纖網(wǎng)速的應(yīng)用，高性能圖像處理技術(shù)使得可視化技術(shù)的研究進(jìn)入新的階段。在美國進(jìn)行了一項(xiàng)燃燒過程動態(tài)可視化研究，他顯示了氣體燃燒中復(fù)雜的動態(tài)效果。而在醫(yī)學(xué)上使用的可視化技術(shù)可以獲取人體內(nèi)部數(shù)據(jù)，這一技術(shù)使一系列的二維圖像合成為三維人體圖像。在地質(zhì)勘測中使用的可視化技術(shù)，是一種強(qiáng)大的分析解釋地質(zhì)信息技術(shù)。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)利用可視化技術(shù)對棉花的生長過程進(jìn)行研究，這一方法省去了大量數(shù)字研究的時間。浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制的虛擬樣機(jī)可以在機(jī)械系統(tǒng)動力方面使用可視化技術(shù)。意大利大學(xué)研究軟塑料內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化，他們開發(fā)了OpenGL軟件，使用該軟件可以觀察軟塑料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。日本的東京技術(shù)學(xué)院研究了一個用于建立三維模型的人性化界面，此技術(shù)應(yīng)用到了地球內(nèi)部可視化物理數(shù)據(jù)的模擬。

3 三維場景的實(shí)現(xiàn)

利用3DMax建立模型后，可以使用3D等軟件把模型轉(zhuǎn)換成圖片格式，用軟件轉(zhuǎn)換成的圖像圖像可以保留源文件的色彩格式，但是其轉(zhuǎn)換速率不高。而在3DMax種寫入OpenGL不僅可以進(jìn)行相應(yīng)的移動，放大縮小等控制，主要功能是提高了轉(zhuǎn)化速率。3D文件是采用塊結(jié)構(gòu)的方式組連的，對于3D文件的讀取是要通過ID來讀取信息，在進(jìn)行數(shù)據(jù)梳理。使用OpenGL中的簡單函數(shù)讀取信息可以輕松實(shí)現(xiàn)三維場景的建立。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最大特點(diǎn)是用戶可以和虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作，實(shí)現(xiàn)三維空間的圖形圖像表現(xiàn)，它是一種新的人機(jī)交互是技術(shù)，是21世紀(jì)最引人關(guān)注的新科學(xué)。其在醫(yī)學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用，給人們的生活帶來的更多改變。利用基于OpenGL的三維場景建模技術(shù)彌補(bǔ)了3DMax缺乏人機(jī)交互的不足。OpenGL的靈活性，實(shí)時交互性并結(jié)合3DMax技術(shù)這種高效組合以后會在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中更廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，人們對于三維建模技術(shù)的要求也越來越高，我們還不應(yīng)滿足現(xiàn)在的技術(shù)，通過對計(jì)算機(jī)硬件的優(yōu)化，優(yōu)化實(shí)時模擬粒子系統(tǒng)，在三維場景中加入碰撞檢測等都是提高三維建模技術(shù)的關(guān)鍵。

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