關于三維視景仿真系統的軟硬件開發研究

李東輝

【摘要】隨著社會經濟水平的不斷提高，工業領域的發展速度也在不斷加快，越來注重高新技術的引進和應用。其中三維視景仿真系統的開發與應用不斷加強，特別是在工業領域受到了一定的重視。三維視景仿真系統，包括了相關的軟件和硬件，要想提高三維視景仿真系統的開發水平，就對其相應的軟件和硬件進行分析、充分了解不同軟件和硬件的性能及適用性。整正發揮出三維視景仿真系統的優勢。本文主要對三維視景仿真系統的軟硬件開發情況進行研究分析。

【關鍵詞】三維視景仿真系統；軟件；硬件；開發

前言：

隨著科學技術水平的不斷提高，三維視景仿真系統作為一種虛擬的現實技術，備受關注。三維視景仿真，也就是虛擬仿真或者虛擬現實仿真。發展前景廣闊，技術水平較高。主要是利用計算機技術，圖形圖象技術，光學技術，控制技術等多種高科技，對現實世界或者是人類想象的虛擬世界，進行三維建模，并且進行實時驅動，通過利用頭盔顯示器或者三維投影技術顯示出來，這也是一種先進的人機交互技術，能夠很好的呈現出一系列的感官世界，仿真效果非常突出。但是在開發三維視景仿真系統中，還要注重對其軟件和硬件的開發，把軟件和硬件更好的結合起來，充分發揮出其實際功能，從而不斷完善三維視景仿真系統，使其發揮出更好地作用。

一、三維視景仿真系統軟件開發分析

對于三維視景仿真系統軟件開發來說，主要分為模型、動畫和環境幾部分。其中，主要的開發環境有以下幾個方面：大地形主要用于軍事、航空航天等工作，能夠滿足高真實度和強實時性的具體要求[1]。小地形應用于范圍比較小的模型。還有一種就是無地形，一般是指一個平板或者虛擬的界面，模型具有一定的動態性。

對于模型來說，主要有整體模型、模塊模型和環境模型等。而動畫方面主要有：火焰等粒子系統、模型動作、發射等方向。

1、建模軟件與視景軟件的開發

在三維視景仿真系統開發中，根據其具體的特點，要有針對性的開發相關軟件。其中，Creator建模軟件主要是對三維虛擬的場景進行描述，通過節點式分層結構的采用，能夠直接編輯、修改和控制虛擬城境內的任何一個元素，在圖像生成器的具體操作中非常適用，具有一定的可視化仿真效果。通過對Creator建模軟件的開發利用，有效改進了傳統建模軟件，滿足了渲染操作的實際需要。另外，就是視景軟件VegaPrime的開發，這個軟件是要與Creator建模軟件配套使用的，是就上它是一個三維驅動工具包，其中包含了人機交互的界面設置，還能夠對其中的具體參數進行定義，操作更加方便，避免了編程的繁瑣，能夠直接對模型進行操控，完成場景漫游。對于這兩種軟件的開發利用，也要有一定的使用范圍，一般會在一個較大的仿真模型中應用，完成各個模塊的裝配仿真，能夠提高實際操作的效率。

2、傳統三維視景仿真圖形建模軟件開發

在三維視景仿真系統軟件開發中，常用的三維建模軟件主要有：Maya、3dmax、Milk3D等等，其主要目標就是達到一定的視覺效果，而在此過程中，忽視了模型的渲染效率。對于這些建模軟件來說，具有非常強大的功能，能夠形成非常絢麗奪目的視覺光影效果，光線追蹤效果也很好，任務動畫等也很生動。畫面效果質感很強。但是在獲得了非常好的視覺效果的同時，也出現了一定的缺陷和不足。模型的復雜性增加了，計算負擔加重，渲染效率低，用時長，適時仿真性不強，人機交互水平低。因此，在開發過程中，要盡量避免這些不足，發揚其優勢。這些軟件不需要其他軟件的配合，基本上都是直接制作動畫，特別適用于不需要交互的三維動畫制作。

二、三維視景仿真系統硬件開發分析

1、三維視景仿真圖形工作站機柜的開發

對于圖形工作站機柜來說，主要包括以下幾個組成部分：電源控制系統、KVM主機、三個圖形工作站等。在此硬件的開發中，要考慮到圖形工作站機柜的影響因素，保證各個構成部件的穩定性和安全性，還要保證其運行的連續性，能夠對不同的數據信息進行有效處理，提高三維視景仿真中大地形方針的實時效果。

2、矩陣機柜的開發

矩陣機柜主要構成為：矩陣系統、RGB多窗口處理器、融合器以及相應的影響設備其中，融合器是其最主要的構件[2]。在傳統的投影技術應用時，投影圖像在屏幕上會隨著拉伸發生一定的變形，這樣觀察到的圖像就會處于失真狀態。為了避免這個缺陷，保證屏幕前處于不同位置的人都能夠看到真實的圖像，需要對這種投影技術進行改進。通過開發矩陣機柜硬件，利用PROMAP融合器，在圖像更新正常的情況下，提高了投影圖像的質量，避免其發生變形，提高了真實性，能夠有效控制圖像的實時比例，隨時對發生變形的圖像進行調整，對于任何形狀的屏幕，都能夠使用。

3、投影系統的開發

投影系統，就是把物體照明后的成像投影到相應的屏幕上，要與投影機等設備結合起來應用。如：液晶屏，LED大屏幕，等離子，數字視頻墻等等。在三維視景仿真系統中，主要開發的投影系統，一般應用到的投影機為四臺，還有要應用柱形的投影幕。根據投影的實際需要，合理安排投影機的而具體位置，一般是左邊上下各一臺，右邊上下各一臺。以保證投影效果。

4、總臺控制硬件系統開發

在三維視景仿真硬件開發中，總臺控制具有重要作用，不容忽視。要對總臺控制的相關硬件進行開發利用，并且要重視各個硬件之間的聯系[3]。一般主要有：顯示器、鍵盤、觸摸屏、控制器、調音臺等等。

5、加強硬件之間的聯系

對于三維視景仿真硬件系統來說，主要就是圖形工作站機柜、矩陣機柜、投影儀和總臺控制。這寫硬件之間是相互聯系的。構成了一個硬件系統，因此，要保證各個硬件的質量和運行效果，減少硬件系統的復雜程度，提高其系統性能。促進三維視景仿真系統的進步。

結論：

綜上所述，三維視景仿真系統的發展是高新技術進步的重要表現，也是實現人機交互的重要技術。其應用具有很大的現實意義。因此，要注重其相關軟件和硬件的開發，不斷完善三維視景仿真系統，使其發揮出更大的作用。

參考文獻：

[1]祝明，楊然. 三維視景仿真系統的軟硬件開發研究[J]. 飛機設計，2012，01：39-42.

[2]褚彥軍，康鳳舉，高立娥，宋志明. 視景仿真的三維模型庫管理系統的研究與開發[J]. 計算機仿真，2014，05：174-176.

[3]袁野，張靚. 視景仿真的三維模型庫管理系統的研究與開發[J]. 電子技術與軟件工程，2014，23：206.