楊增梓 陳祺 張建輝

摘要 Cult3D作為窗口型軟件環(huán)境下的虛擬實現(xiàn)平臺，以及其使用簡捷、應(yīng)用廣泛、效果精美的特點，被眾多展示系統(tǒng)所采用。應(yīng)用三維軟件將機(jī)載設(shè)備按實際結(jié)構(gòu)與尺寸建模，實現(xiàn)仿真互動，足不出戶就可以學(xué)習(xí)、了解、操作和展示增雨作業(yè)新設(shè)備的原理及應(yīng)用。Cult3D的跨平臺特點，方便展示在不同的平臺，結(jié)合工作需要，并對未來展示與應(yīng)用進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 3D建模；虛擬實現(xiàn)；Cult3D；飛機(jī)機(jī)載增雨作業(yè)；新設(shè)備；應(yīng)用

中圖分類號 P481 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）09-0226-03

Abstract As the virtual reality platform in the window software environment，Cult3D is used in more and more show software because of its easy usage，extensive，application and exquisite effects. An virtual designed model on the Cult3D platform was introduced according to the actual structure and size of the airborne device. Users can learn and understand the principle and application of the new airborne rain enhancement device. Meanwhile by the Cult3D cross-platform feature，this software could be ported to other platform，also according to need of the work，the exhibition and application in the future was prospected.

Key words 3D modeling；virtual reality；Cult3D；aircraft artificial precipitation；new equipment；application

虛擬實現(xiàn)技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門嶄新綜合信息技術(shù)，它融合了多種計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)速的提高，在網(wǎng)上實現(xiàn)3D物品互動展示和操作已成為現(xiàn)實，用計算機(jī)模擬的三維環(huán)境對現(xiàn)實真實環(huán)境進(jìn)行仿真，用戶可以進(jìn)入這個環(huán)境，可以控制瀏覽方向，并操縱場景中的對象進(jìn)行人機(jī)交互。瀏覽者只需用鼠標(biāo)進(jìn)行簡單的操作，就可以對頁面中的逼真物體模型進(jìn)行全方位的觀看，還可以對物體進(jìn)行拉近、拉遠(yuǎn)、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、互動操作等，讓瀏覽者能夠真實地感受到物體的相關(guān)屬性，現(xiàn)在多用于電子商務(wù)和產(chǎn)品展示中，目前少數(shù)發(fā)達(dá)國家在經(jīng)濟(jì)、藝術(shù)、軍事等多方領(lǐng)域已開始廣泛使用這種高新技術(shù)，并取得顯著的綜合效益。

目前，虛擬實現(xiàn)（Web3D）技術(shù)發(fā)展已有許多種，最主要的幾種已廣泛應(yīng)用于網(wǎng)上3D展示，Cult3D脫穎而出，Cult3D是Cycore公司開發(fā)的一種3D網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種跨平臺的3D渲染引擎，有高效的壓縮技術(shù)，使用戶通過因特網(wǎng)訪問Cult3D內(nèi)容，文件量小，傳播速度快，可通過普通撥號上網(wǎng)的用戶完全可以接受，Cult3D是眾多Web3D中最友好的，輕松開發(fā)出具有交互功能的Cult3D對象。它作為窗口型軟件環(huán)境下的虛擬實現(xiàn)平臺，其主要目的是在網(wǎng)頁上建立互動的三維模型。這種互動的三維模型與3D或2D軟件制作的平面圖或視頻動畫有著本質(zhì)的區(qū)別：一是它具有自由的視點，Cult3D不再滿足于一個固定的角度來展示作品，而是把對作品的欣賞權(quán)完全交給使用者；二是具有強(qiáng)大的交互能力，人不僅可以通過鼠標(biāo)直接對三維模型進(jìn)行交互操作，而且可以通過健盤控制三維模型的動作或控制攝像機(jī)導(dǎo)航[1]。它的另一個特點是可以作為元素（控件插件）插入PC編程平臺，將這一技術(shù)移置到Office、Authorware，使用效果非常好。設(shè)計制作出的甘肅省人影新設(shè)備互展示系統(tǒng)得到各位同行和專家的好評。圖1為Cult3D的工作流程。

1 AgI發(fā)生爐

1.1 原理與建立模型

AgI發(fā)生爐由控制儀和發(fā)生器組成，控制儀主要控制發(fā)生器點火、噴燃液及供發(fā)生器控制電路、電源等組成；發(fā)生器內(nèi)部由控制噴液裝置和電路與控制點火電路裝置，外部由發(fā)生器貯液箱、點火針（靜電發(fā)生）、加液孔、放液孔及加液漏斗組成。AgI發(fā)生爐增雨作業(yè)流程（圖2）所示，發(fā)生爐作業(yè)分地面準(zhǔn)備、作業(yè)段、作業(yè)完成3個階段；根據(jù)以上特點，在建模時由于內(nèi)部電路控制部份及相應(yīng)裝置是不可見的，不可操作部分，建模時盡可能簡化，以減少文件大小，可見部分是加液蓋、放液蓋、點火針、加液漏斗及發(fā)生器主體外觀，根據(jù)實物外觀及相關(guān)尺寸和圖片資料在3DMAX下建模，設(shè)置精確貼圖和材質(zhì)，保持模型與實物的真實完整性，輸出發(fā)生器.c3d文件，同時可反復(fù)預(yù)覽修改，反復(fù)調(diào)整，直到與實物接近。

1.2 建立互動

將所生成的發(fā)生器.c3d文件在Cult3d Designer5中進(jìn)行互動操作設(shè)計，對發(fā)生器而言，在建模過程中所存在的層次關(guān)系（父子關(guān)系）及作標(biāo)系統(tǒng)在Cult3D中得到繼承，在Scene Graph窗口中可見，對發(fā)生器互動主要加入一些Actions，發(fā)生器主體加入按鼠標(biāo)左鍵響應(yīng)Acrball行為，這樣可對整個發(fā)生器進(jìn)行拉近拉遠(yuǎn)、放大縮小隨意旋轉(zhuǎn)觀看發(fā)生器的各部位及結(jié)構(gòu)。對發(fā)生器加液蓋漏斗分別按鼠標(biāo)左鍵響應(yīng)Translation XYZ和Translation Y的位移行為，取得合理的位移值，完成加液操作過程，最后完成其他設(shè)計，經(jīng)調(diào)試輸出發(fā)生器.co二進(jìn)制編碼文件直接在各平臺及網(wǎng)絡(luò)觀看（圖3）。

2 液氮播灑裝置及操作

2.1 原理與建模

液氮播灑裝制根據(jù)液氮容器內(nèi)外氣壓差的原理完成在作業(yè)中施放液氮，作業(yè)過程中插入銅管自動虹吸，飛機(jī)飛行的高度越高氣壓差越大，施放流速提高，液氮施放一般在云中或云上近云處施放，一般在4 500～5 500 m高空進(jìn)行，操作人員可操作的設(shè)施主要有木賽子、貯液罐、木蓋、銅管、塑料軟管等組成，建模時，有3D系統(tǒng)中調(diào)出銅制材質(zhì)、木蓋與木塞子用木材質(zhì)，塑料軟管屬半透明，調(diào)到合適的透明度，將對應(yīng)材質(zhì)賦于各相應(yīng)物件。工作及操作流程是選接好塑料軟管、銅管與飛機(jī)上施放接頭對接后，取開木賽子，插入銅管，實施作業(yè)。在建模時設(shè)定銅管、蓋子、塑料軟管為位移動畫，以實現(xiàn)插入貯液罐的操作過程，確定合適的幀數(shù)以控制相應(yīng)的時間段，最后輸出播灑裝置.c3d文件[2-5]。

2.2 建立互動

在Cult3D Designer中調(diào)入播灑裝置.c3d編程，Cult3D所有的交互（Intoractions）行為包括播放聲音、放映動畫和URL連接等，甚至可以編寫JAVA代碼實現(xiàn)更復(fù)雜的動畫控制。對播灑裝置主體加入Acrball行為，對木塞子加放Translation Y位移行為，對銅管、蓋子、塑料軟管加入播放動畫行為，最后生成播灑裝置.co文件，以便進(jìn)一步編程和觀看（圖4）。

3 機(jī)載溫濕儀、PMS粒子探測儀虛擬實現(xiàn)

機(jī)載PMS粒子探測儀、機(jī)載溫濕儀的虛擬實現(xiàn)，由于可操作部分都在機(jī)內(nèi)微機(jī)中自動采集，其安裝都是一次性安裝好的，建模后在Cult3D對其實施交互，對兩設(shè)備模型加入Acrball行為以實現(xiàn)對其外觀的展示，工作中PMS粒子探測儀采集各類尺度的雨滴、冰晶、粒子等相關(guān)的資料，存入計算機(jī)硬盤以供分析之用，溫濕儀測得實時溫度、濕度、飛行高度、飛行速度、GPS時間等要素存盤，PMS粒子探側(cè)儀和溫濕儀的虛擬實現(xiàn)如圖5、6所示[6-10]。

4 VB中編程

完成了各儀器設(shè)備的虛擬實現(xiàn)，作為元素通過相應(yīng)控件插入到VB中進(jìn)行編程設(shè)計，完成了甘肅省人工影響天氣新設(shè)備展示系統(tǒng)，主界面見圖7。隨著儀器設(shè)備的引進(jìn)和進(jìn)一步升級，展示系統(tǒng)將進(jìn)一步補(bǔ)充和完善，現(xiàn)階段完成了AgI發(fā)生爐、液氮裝置、機(jī)載溫濕儀、機(jī)載PMS、焰彈氣球增雪過程、發(fā)生器控制儀、高炮、火箭、移動雷達(dá)、雙通道微波等。同時，設(shè)計制作完成的人影機(jī)載設(shè)備網(wǎng)上發(fā)布，實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上互動學(xué)習(xí)。

5 Cult3D應(yīng)用展望

Cult3D虛擬現(xiàn)實的技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，比如，虛擬實現(xiàn)建筑物的展示和參觀、虛擬實現(xiàn)手術(shù)培訓(xùn)、虛擬實現(xiàn)模擬飛機(jī)飛行等，結(jié)合甘肅省人工影響天氣辦公室人工影響天氣工作之需要將更進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)該于日?？蒲袠I(yè)務(wù)和展示工作中。

5.1 人影虛擬參觀系統(tǒng)

利用Cult3D提供的虛擬參觀，模擬高1.8 m的人的步長與視角進(jìn)入場景建筑物中，利用3D工具設(shè)計好合理尺寸的模型，有展板，包括文字、圖象、影像等資料，也包括設(shè)計真實的實物放置在合理的位置，在場景中設(shè)置燈光和方便行走的路徑通道，參觀者只需在電腦前，利用鍵盤虛擬步行進(jìn)入這個場景里，用鍵盤或鼠標(biāo)簡單地前行、后退和轉(zhuǎn)彎，遇到墻面或建筑物阻擋就停止，就像一個人不能穿越墻面，Cult3D系統(tǒng)自動感知。建成這樣一個虛擬參觀系統(tǒng)，節(jié)省大量的人力、物力和資金，人性化、綠色環(huán)保，大大提高了工作效率。

5.2 祁連山山脈虛擬仿真行走觀看系統(tǒng)

結(jié)合正將進(jìn)行的甘肅河西祁連山二期增雨雪的探測與研究工程，為了更好地了解祁連山山脈的實際情況，應(yīng)用Cult3D建成仿真系統(tǒng)，首先用3D技術(shù)建成祁連山山脈模型，利用該地區(qū)的等高資料，結(jié)合衛(wèi)星遙感和先進(jìn)的建模手段，建成完整的祁連山山脈的模型，包括雪線、河流、植被等，如同一個沙盤，但其不同于沙盤，可仿真進(jìn)入到祁連山里行走觀看、參觀考察，同樣，參觀者只坐在電腦前通過鍵盤和鼠標(biāo)操作完成[11-15]。

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