虚拟现实技术及矿井工业广场的可控可视化

收稿日期:2001-06-13

　　第19卷　第2期

计　算　机　仿　真

2002年3月　　

文章编号:1006-9348(2002)02-0032-04

虚拟现实技术及矿井工业广场的可控可视化研究

李青,杨威,韩可琦,申闫春

(中国矿业大学能源科学与工程学院,江苏徐州221008)

摘要:根据煤矿设施规划与设计的特点,研究了实现矿井工业广场计算机立体模型可控可视化的技术途径,并应用虚拟现实开发软件MultiG en 进行建模、在Vega 中渲染、驱动,实现了矿井工业广场的可控可视化,为矿井总平面布置迅速提供多个三维可视化的方案,为其合理选择提供科学依据,而且为矿井工业广场的物流管理提供了先进、快捷的手段,也为虚拟现实技术在矿业工程中的进一步开发与应用奠定了基础。关键词:虚拟现实技术;矿井工业广场;可控可视化中图分类号:TP391.9　　文献标识码:B

1　引言

虚拟现实技术实际上是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体变化与相互作用的3维世界,并通过头盔显示器(H M D )、数据手套等辅助传感设备,提供用户一个观测并与该虚拟世界交互的3维界面,使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化。它具有多媒体信息感知性、沉浸感、

交互性、自主性等特点。研究和开发虚拟现实技术的根本目的在于扩展人类的认知与感知能力,建立和谐的人机环境。

虚拟现实技术是一系列现代科技的汇集,它涉及到图形图象处理、实时分布系统、数据库、立体环绕音响、跟踪定位装置等。因此,必须为虚拟现实系统设计一个合理的体系结构及交互手段。本文在阐述虚拟现实系统体系结构的基础上介绍了虚拟现实软件开发工具MultiG en 和Vega ,以及虚拟现实技术在矿井工业广场可控可视化研究中的应用。

2　虚拟现实系统的体系结构

虚拟现实系统的设计就是利用各种先进的硬件技术及软件技术工具,设计出合理的硬、软件体系结构及交互手段,使参与者能交互式地考察该系统生成的虚拟世界。从概念上讲,任何一个虚拟环境系统的设计都是为了达到下述两个目标:

1)使参与者有“真实”的体验;

2)提供方便的、丰富的、基于自然技能的人机交互手段。

尽管在实际应用中,由于各种各样的原因,不同系统设计时的侧重点各不相同,但其一般体系结构可用图1表示。

虚拟环境产生器实质上是一个包括虚拟世界数据库的高性能计算机系统。根据虚拟现实产生器的性能与组成方式可把虚拟现实系统分为:基于PC 机的虚拟现实系统、基于工作站的虚拟现实系统、高性能并行虚拟现实系统、分布式

图1　虚拟现实系统的一般体系结构

虚拟现实系统。

3　虚拟现实系统的软件开发工具MultiG en 和V ega

目前,虚拟现实开发软件发展迅速,种类较多。按其用途不同,大致可分为视景模拟开发软件、虚拟原型开发软件、数据可视化软件、科学计算软件、机械装配软件、分布交互仿真软件等。下面就将作者所使用的美国MutiG en -Paradigm 公司的视景模拟开发软件做一介绍。

3.1　实时仿真建模软件MultiG en

MultiG en 是美国MultiG en -Paradigm 公司的新一代实时

仿真建模软件,主要考虑在满足实时性的前提下如何生成面向仿真的、逼真性好的大面积场景。其强大的建模功能可为二十五种不同类型的图象发生器提供建模系统及工具;诸如层次细节(LOD )、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级及分离面等高级实时功能使得OpenFlight 格式在实时三维领域成为流行的图象生成格式。下面是该实时仿真建模软件的几个