王　健　邵國強

摘要：介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在培訓(xùn)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，分析了虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的組成，選擇了OpenGVS和MultiGen作為虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)平臺。并詳細(xì)論述了從場景建模到場景驅(qū)動的整個系統(tǒng)實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)場景建模場景驅(qū)動

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)具有仿真性、開放性、超時空性、可操作性和安全性等特征，是傳統(tǒng)培訓(xùn)方式無法比擬的。目前，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對員工進(jìn)行培訓(xùn)已經(jīng)成為一種趨勢。

1虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的組成

虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的組成框圖。整個系統(tǒng)主要分為兩大部分：場景建模和場景驅(qū)動。場景建模是將虛擬場景與對象通過數(shù)學(xué)方法表達(dá)成存儲在計算機內(nèi)的三維圖形對象的集合。在虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)的實現(xiàn)中，一般可采用MultiGen Creator作為場景建模工具，通過實時方式完成場景模型的建立。場景驅(qū)動是根據(jù)所建立的場景模型以及場景中各類虛擬對象運行時的狀態(tài)參數(shù)來生成實時視景的程序。其中：用戶接口模塊主要用于接收用戶發(fā)出的各項指令并把執(zhí)行后的數(shù)據(jù)、結(jié)果反饋給用戶；中間虛線圍繞的部分是系統(tǒng)的核心模塊，它把從用戶接口模塊接收到的各項信息經(jīng)過解釋后，向場景渲染或顯示模塊發(fā)出相應(yīng)的運動指令，從而實現(xiàn)場景中物體的運動控制以及場景視角的切換。

2場景建模

場景建模過程主要包括以下幾個步驟：

(1)數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)模型的實體外觀與幾何形狀等數(shù)據(jù)主要來自設(shè)計圖紙和一些實物照片，紋理數(shù)據(jù)主要來自實地拍攝照片的處理。對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和剪裁，并盡量使紋理數(shù)據(jù)量小一些。紋理文件名在整個數(shù)據(jù)采集區(qū)域內(nèi)必須保持唯一，以確保紋理與三維模型每一個面的對應(yīng)：

(2)確定模型層次結(jié)構(gòu)。按其結(jié)構(gòu)進(jìn)行層次分解，并利用MultiGen建立了對應(yīng)的樹狀層次結(jié)構(gòu)，直到底層分解到基本圖元結(jié)構(gòu)；

(3)進(jìn)行可視建模。按照所確定的模型層次結(jié)構(gòu)，逐層進(jìn)行可視建模，然后存儲為不同的mt文件：

(4)去除冗余多邊形。描述實體模型表面的數(shù)據(jù)經(jīng)常存在冗余現(xiàn)象。這里的冗余多邊形主要是指在實體外部觀察模型時那些看不到的部分。去除它們并不影響整體的視覺效果，還可以在很大程度上降低整個場景的復(fù)雜度；

(5)使用紋理映射。在對應(yīng)位置的多邊形表面上“貼制”紋理圖片，用來替代詳細(xì)的模型。這樣處理可以減少模型的多邊形數(shù)目和復(fù)雜程度，提高圖像繪制輸出時的顯示速度。只要視點不過于靠近實體，紋理映射就不會降低場景的逼真程度。

3場景驅(qū)動

我們雖然建立了虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)中的場景模型，但這些模型都是靜態(tài)的、相對孤立的，彼此之間沒有實現(xiàn)真正意義上的聯(lián)系。為了給用戶提供一個“真實”的環(huán)境，實現(xiàn)他們與場景之間的互動，還要驅(qū)動整個虛擬場景，實現(xiàn)對場景模型的調(diào)用、顯示和控制。

基于OpenGVS程序框架，系統(tǒng)的相關(guān)功能主要在用戶初始化函數(shù)GV_user_init()和用戶運行時函數(shù)GV_us-er_proe()中實現(xiàn)。其中，用戶初始化函數(shù)在系統(tǒng)中只執(zhí)行一次，而用戶運行時函數(shù)則每幀調(diào)用一次。

在用戶初始化函數(shù)GV_user_init()中，首先創(chuàng)建了幀緩存、通道、相機、場景、實體對象、光源等資源，接著將這些圖形資源連接在一起，最后對系統(tǒng)參數(shù)及控制變量進(jìn)行設(shè)置。下面的代碼說明了OpenGVS資源如何進(jìn)行創(chuàng)建和連接。

用戶運行時在函數(shù)GV_user_proc()中，我們可以實現(xiàn)三維場景的碰撞檢測、相機控制和人機交互等功能。OpenGVS不只可以通過引擎提供的函數(shù)對場景中的對象進(jìn)行控制，也可以通過仿真回調(diào)函數(shù)的方式進(jìn)行控制，使碰撞檢測、人機交互等實現(xiàn)起來更加方便靈活。

4結(jié)束語

本系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計開發(fā)的，在實際的操作培訓(xùn)中發(fā)揮了重要作用。虛擬培訓(xùn)強調(diào)人、自然環(huán)境、計算機系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和集成，具有不可比擬的優(yōu)越性，是未來培訓(xùn)的發(fā)展方向。