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基于PC机的视景实时互操作支撑平台设计与实现

何业兰  
【摘要】: 视景仿真技术是现代仿真技术的一个重要分支。视景仿真(Visual Simulation)是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境,它采用计算机图形图像技术,根据仿真的目的,构造仿真对象的三维模型并再现真实的环境,达到非常逼真的仿真效果。其作为计算机技术中最为前沿的应用领域之一,已经在工业设计、石油勘探、科学研究、军事演习、科学可视化等领域被越来越多的研究人员采用进行研究工作。 以前视景仿真工作均是在图形工作站上进行,其昂贵的软硬件价格和极差的兼容性让大多数用户无法接受,后来随着普通PC机运算速度和整机性能的不断提高以及高档专业图形卡的出现,在PC机上实现中小型视景仿真不仅使软硬件价格低廉而且兼容性好,正在成为当今视景仿真研究一个趋势。 在PC机上实现视景仿真,需要对视景仿真实现原理和仿真系统体系结构进行深入思考与积极实践。视景仿真往往不是独立存在的,而是网络分布环境中的一部分,需要与控制仿真子系统进行交互。相对于其它应用仿真,视景仿真对实时性的要求较高,与其它仿真子系统工作之间的交互性和可重用性差,开发、使用、维护成本高。目前,美国已提出高级体系结构(HLA-High Level Architecture)标准,它按面向对象的思想与方法来构建仿真系统,实现联邦组织方式下的互操作和重用功能。按HLA标准实现仿真应用,是国内外仿真技术的发展方向。 论文针对实时交互视景仿真的主要矛盾,即网络有限带宽与视景运动交互参数实时传输矛盾,探讨了三维视体运动控制机理,结合HLA思想,建立视景联邦对象模型(VFOM-Visual Federal Object Model)来描述视景数据分布;并设计了仿真实体链描述文本文法及其存储转换机制,有效支持多领域视景仿真系统开发;分析并应用图形接口标准OpenGL,设计了基于PC机的实时互操作视景生成方法;针对网络分布环境下视景仿真实时交互需求,设计视景运动同步控制方案;并综合应用了面向对象编程技术、网络通信技术、多线程技术,实现了基于PC机的视景实时互操作支撑平台(PC-VRISP—Real-time Interactive Supporting Platform For Virtual Simulation based on Personal Computer)。 论文主要内容包括8章,第1章作者对国内外视景仿真技术发展动态进 行了分析,明确了课题研究的目的和意义,介绍了研究的主要内容。第2章 深入研究了实时交互视景生成原理与视景仿真开发技术。第3章分析了PC 机对视景仿真的支持。第四章是PC-VRISP总体设计,结合HLA思想,建立 视景联邦对象模型VFOM来描述视景数据分布,设计了系统运行框架。第5 章讨论了三维实体场景存储结构的建立方法,包括场景对象3D模型库的建 立,VFOM文本文法及其存储转换机制的设计。第6章研究了OpenGL动画 制做原理,在此基础上确定了场景的绘制流程,探讨了网络分布环境下三维 视体运动控制机理,设计了视体运动同步控制模型,结合相关技术,研究了 仿真驱动的实现。第7章对演示实例进行分析,讨论了进一步研究的方向。 第8章是全文小结。


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