露天矿生态重建VR仿真系统研究.pdf

计算机工程与应用““ 引言 虚拟现实技术（） 5/91A2BFF/（““）/““G/“G文献标识码H中图分类号I8FJJ “.*3） / 7,/*） 的英文简称， 其主 要思想是为虚拟环境中的地形和建筑物构造多层次的细节模 型。 对于同一块地形或建筑物， 根据其在虚拟场景中的距离、 视 觉特性等规则，构造一组可显示不同多面体数量的三维模型。 在模型驱动时根据所制定的规则，自动选择相应的显示层次， 从而达到实时简化模型， 而又不影响视觉效果的目的。 比如 对 于一个具有二层567的模型， 在实时仿真系统中， 如果视点远 离物体， 它将显示为一个低细节层次、 具有较少多面体的模型； 当视点逐渐移近物体时， 实时仿真系统将显示为一个高细节层 次的模型。 由于实时仿真系统所能显示的最大多面体数目是有 限的，利用567可以让你在近距离看到非常细致的三维模型 图， 而在远距离只能看到轮廓图形。因而， 用567技术构建的 层次细节模型结构， 可以针对不同的硬件平台和视觉特性建立 不同的地形或建筑物分辨率。 笔者采用基于视点的连续567算法，该算法的基本原理 是根据7语言应用程 序接口（;/6*编程函数库） ， 为软件开发人员提供了开放式的 软件控制和灵活性。可以实现虚拟场景中虚拟人漫游、 视点切 换、 碰撞检测、 地势追踪、 获取目标信息、 场景的缩放、 旋转和平 移， 照明、 声音、 动画、 事件感知等功能。 ;/6*提供了两种方式实现虚拟场景中的实时驱动，一是 可视化编程方式； 二是;/6*A函数编程方式。 （） 可视化编程方式 可视化编程方式的基本方法是启动;/6*软件，如图所 示。在左边的工具箱中选择设置工具， 在右边的窗口中进行参 数设置。主要步骤如下 第步 选择’-B/4C（ 对象） 按钮， 设定虚拟场景中要加入 的地形、 建筑物、 运动目标等三维模型文件。 第步 选择D4/9/E（ 场景） 按钮， 设定虚拟场景中要显示 的全部目标。 第F步 选择’-E/GH/GE（ 观察者） 按钮， 设定在虚拟场景中 进行观察的方式。 第步 选择.C19 .0/IE（ 运动方式） 按钮， 设定观察者 在虚拟场景中的运动方式， 如 驱动、 飞行等方式。 第步 选择其它按钮，设置环境特效 （J9H1G93/9C JKL K/4CE） 、 运动目标（I*M/GE） 、 光源（/6*A函数编程方式 用;/6*A函数在;O“进行编程，可以更加灵活地 实现在虚拟场景中的漫游， 可以实现虚拟人行进、 转弯、 停止、 飞行等漫游行为， 场景缩放、 旋转、 平移， 视点切换、 碰撞检测、 地势追踪、 获取三维目标信息、 照明、 声音、 动画、 事件感知等功 能。主控程序框架及解释如下 H10 3*19（19C *G64，47*G P*G6HQR） S H6’-E/GH/G P-E； H67*99/I P47*9； H6J9H P/9H； H6N190, P,19； H6KT P6KT； H6A91CDME（ ） ；U U检测许可证（/6*系统环境 ,19XH6/CN19（“） ；U U初始化驱动窗口 -EXH6/C’-E/GH（“） ；U U初始化观察者 47*9XH6/C’-E/GH7*9（-E，“） ；U U初始化驱动通道 6KTXH6/C’-E/GHKT（-E） ；U U初始化观察者运动模式 /9HXH6/CJ9H（“） ；U U初始化驱动环境 ,71I/（）S H6DM94YG*3/（ ） ；U U桢同步 H6YG*3/（ ） ；U U测定桢时间 47*96/（,19，6KT，47*9，/9H） ；U U调用;/6*A函数， 实现各种 驱动功能 Z Z O在虚拟场景中进行生态重建规划方案设计 在虚拟场景中进行生态重建规划方案设计能快速展现出 各种备选方案， 能直观、 形象地看到最终规划效果， 对各种方案 进行评价、 比较和优选， 通过反复人机对话， 能充分发挥设计者 的分析、 判断能力， 为最佳决策提供有力支持。 在虚拟场景中进行生态重建规划的设计方法采用实物标 图技术， 主要设计思路是 用.2IC16/9建立各种重建对象的三 维模型， 将它们存入三维模型数据库中， 用;建立三维模 型数据库、 模型库管理系统和系统设计界面， 在系统设计界面 的上面两行是菜单栏和工具栏，下面左侧是实物标图工具箱， 下面右侧的工作区窗口用于虚拟场景设计。设计过程是 首先 将露天矿地形地貌场景展现在工作区窗口， 然后在实物标图工 具箱中选择实体对象， 在工作区窗口中进行规划设计。在虚拟 场景中进行生态重建规划方案设计可以用于地形重建、 植被重 建、 功能区规划设计等方面。例如 图是用实物标图技术设 计的矿山生活区。 图用实物标图技术设计矿山生活区 [虚拟场景中的地面实体模型与外部数据库的链接 F ““计算机工程与应用 （ 上接页） 况来讲，要进行基于）032 计算机仿真，“““；8H5IJK L5B57E68A O5HG68A ,7AH5（L;;,）1AB5C012P578A “，/ 张耀鸿， 沙基昌， 罗雪山IJK在*’系统仿真中的应用032火力与指 挥控制，“““；.（*） “AECB I Q8F8E，7 18HRE5C S I85T 56 ECS5NA76 G6 A 6R5 4’ 6GBU V7AGN028FGCE68A ’657AN57ET8C86U WA7XRAN，,EN57 ““L9 ’W9““.，“““ 与查询 用鼠标获取三维虚拟场景中的实体模型信息是实现三维 动态查询和链接外部数据库的关键技术。 作者采用设备线相交 算法分别在N5VJ、PS1J、P5DEK,’虚拟空间中实现了对三 维实体的选取。 其算法思路是 将指点设备（ 如 鼠标、 触摸屏等） 看成是视 点与屏幕上鼠标指向点在虚拟空间的一条射线， 这条射线称为 “ 设备线” 。从数学角度来看， 三维空间的一个点必须要三个参 数才能表现， 而一条射线只需要两个参数， 与鼠标的参数数目 相同。 这条设备线始终存在。 另一方面， 对于要感应信息的三维 几何体， 必须设定求接触点传感器。求接触点传感器实际上是 一个计算直线与平面相交的触发程序。 因为任何一个三维几何 体均由空间平面构成，当这个三维几何体设定为感应信息体 时， 它的每一个平面均具有感应属性。一旦设备线指向这个几 何体， 求接触点传感器便可计算出该线与其中一个平面的交点 （ 接触点） ， 从而感应查询信息。 求接触点传感器的算法如下 设 空间设备线过视点,（Y，Z，[） 和屏幕上的鼠标指 向点,（Y，Z，[） 两点。 ,,的解析式为 “ HA \“ HA“ \“ HA \ 其中 HA\“ ，HA“\“ ，HA\“ （’9’） ]（9） ]（9） 三维虚拟空间中任一平面过不共线的三点,8，,，,X， 其解 析式为 KO]_U]‘]\“ 求直线,,与此平面的交点。 如果KHA]_HA“]HA\“， 则直线与平面平行； 否则， 直线必与平面相交， 其交点坐标为 ’*\’9*HA *\9*HA“ *\9*HA 其中 * ’],]-]. HA],HA“]-HA 根据交点坐标， 可以判断出该交点是否落在此平面之内。 虚拟场景中的三维物体被选取之后， 将触发一个超链接（G7C） ， 与外部程序、 文件或数据库链接。例如 在PS1J虚拟空间中 用KHRA7节点指定超链接的文件名，便可以文本或三维图形 等窗口形式打开， 实现了三维条件下的查询。 /结论 利用虚拟现实技术进行露天矿生态重建规划设计， 在设计 阶段就能以三维可视的、 动态的方式全方位展示、 鸟瞰、 漫游矿 区实景， 能看到各种优选方案， 以及逐年规划方案进展的实景 状况， 能增强空间分析和三维图形管理功能， 更能为决策者理 解和接受。因而， 用虚拟现实技术开发的露天矿生态重建视景 仿真系统是生态重建规划方案设计、 效果展示、 方案投标、 方案 论证、 方案评审及方案决策的有力工具， 在露天矿生态重建领 域有着广泛的应用前景。（ 收稿日期““年月） 参考文献 韦有双， 王飞， 冯允成虚拟现实与系统仿真032计算机仿真，； （） *9 郭著实安太堡露天煤矿土地复垦与生态重建研究032露天采煤技术， “““； （） *9*/ *王映辉， 周明全， 冯德民“ 数字城市” 关键技术及模型研究032计算机 工程与应用，““；*（） “9 44