虚拟现实开发平台

1、目录一、虚拟现实系统开发平台简述 1二、三维建模软件12.1 3ds MAX 12.2 Maya22.3 Creator32.4 Blender4三、虚拟现实开发平台53.1 Virtools 53.2 VRP6四、Web3D系统74.1 Java3D 和 GL4Jave ( OpenGL for Java ) 74.2 Fluid3D 84.3 Superscape ( VRT) 8五、 虚拟现实开发平台的研究现状 8参考文献10虚拟现实系统开发平台的发展现状及分析史龙飞(电子信息学院物理电子学)虚拟现实系统开发平台简述虚拟现实系统的目的是为了开发虚拟现实应用,所以任何一个完整的细腻显示系统

2、都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平 台，即高性能的图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或者虚拟现实工作站； 另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟显示应用软件开发平台。这其中面向 应用对象的虚拟现实应用软件开发平台是最主要的，它在虚拟现实应用开发过程中承担着三维图形场景驱动的简历和应用功能的二次开发，是虚拟现实应用开发的高层API,同时也是连接VR外设、建立数学模型和应用数据库的基础平台，没有它将无法开发出 功能完善的虚拟现实应用程序。因此，开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成，是整个虚拟现实系统最

3、基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其他 各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此、虚拟现实 系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都是不可或缺的，而且至关重要。目前，国外已经开发出一些有代表性的虚拟现实软件开发平台，如美国Sense8公司的WorldToolKit (WTK)，美国爱荷华州立大学虚拟现实应用中心的VR Juggler ,英国 Superscape 公司的 VRT, Division 公司的 dVISE 环境，以及美国 Deneb Robotics 公司福 ENVISION。另外还有 unity3d,virtools,quest3d,cult3d

4、,torque(src)等,另外还有一些开源的三维引擎例如 ORGE!。国内也有一些虚拟现实开发平台涌现出来， 但是与国外的相比还是有很大的差距。二、三维建模软件虚拟现实系统平台中非常重要的一部分就是三维建模软件，它能够提供虚拟现实 中所需要的各种三维模型。较常用的包括 3ds Max Maya及Creator等。这些软件把复 杂的建模过程变的非常简单和易丁理解。另外还有一些开源的3D建模软件，例如Blender , G3DEngine ,ORGEngine , SDL和 Sandy等，这些软件都是在 GNU General Public License或者BSD LicenseT发布的软件，

5、可以自由使用和分发。2.1 3ds MAX3ds Max是美国Autodesk公司推出的功能强大的三维设计软件包，也是当前世界上 销量最大的一种用丁三维动画和虚拟现实建模的工具软件。它集三维建模、材质制作、 灯光设定、摄像机使用、动画设置及渲染输出与一身，提供了三维动画及静态效果图全 面完整的解决方案。与同类软件相比，3ds Max以其强大的及按摩功能，简洁高效的制作流程以及丰富的插件等优势，一直是虚拟显示系统在三维建模的首选工具。在应用范围方面，广泛应用丁广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游 戏、辅助教学以及工程可视化等领域。拥有强大功能的 3DS MAX被广泛地应用丁电视 及娱乐

6、业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根丁玩家心中的劳拉角色形象就 是3DS MAX的杰作。在影视特效方面也有一定的应用。而在国内发展的相对比较成熟 的建筑效果图和建筑动画制作中，3DS MAX的使用率更是占据了绝对的优势。根据不 同行业的应用特点对3DS MAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相对来说 要局限性大一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片 头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大， 特别是视频游戏对角色动画的要求要高一 些；影视特效方面的应用则把 3DS MAX的功能发挥到了极致。hLAXStrptYewI IHfFFh qf妥网用 阳A您规

7、昂0 Ftfsptctive Q SmNh + Hi cht sI Graptis Modeimg TdArreeltxmo币 Mirier¥ir«frBonCone-SphereGecSpiwrecinderTubeTorusPyramdTupaLPlaneName and CubrNene Selects 压囹 K:T!M|zSei KeyDCkk and dr 叫 to setetl and0Add Time Tag图1 3ds MAX的界面2.2 MayaMaya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影 视广告，角色动画，电影特技等

8、。 Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极 高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。Maya集成了 Alias Wavefront最先进的动画及数字效果技术。它不仅包括一般三维 和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹 配技术相结合。Maya可在 Windows NT与SGI IRIX 操作系统上运行。在目前市场上用来进行数字和三维制作的工具中，Maya是首选解决方案。Maya和3DMAX的区别：MAYA是高端3D软件，3dsmax是中端软件，易学易用， 但在遇到一些高 级要求 时(如 角色动 画/运动学模拟)方面 远不如 MAYA 强大。

9、3dsmax的工作方向主要是面向建筑动画，建筑漫游及室内设计。MAYA软件应用主要是动画片制作、电影制作、电视栏目包装、电视广告、游戏动画制作等。3dsmax软件应用主要是动画片制作、游戏动画制作、建筑效果图、建筑动画等。图2 Maya进行3D动画角色设计2.3 CreatorMultigen Creator 系歹0软件，由美国 Multigen-Paradigm()公司开发， 它拥有针对实时应用优化的 OpenFlight数据格式，强大的多边形建模、欠量建模、大面 积地形精确生成功能，以及多种专业选项及插件，能高效、最优化地生成实时三维(RT3D)数据库，并与后续的实时仿真软件紧密结合，在视

10、景仿真、模拟训练、城市 仿真、交互式游戏及工程应用、科学可视化等实时仿真领域有着世界领先的地位。Multigen Creator是一个软件包，专门创建用丁视景仿真的实时三维模型。Creator使得输入、结构化、修改、创建原型和优化模型数据库更容易。不仅可用丁大型的视景 仿真，也可用丁娱乐游戏环境的创建。图 3 Creator2.4 BlenderBlender是一个开源的跨平台全能三维动画制作软件，提供从建模，动画，材质,渲染，到音频处理，视频剪辑的一系列动画短片制作解决方案。拥有方便在不同工 作下使用的多种界面，blender以python为内建脚本，支持yafaray渲染器，同时还 内建游

11、戏引擎。拥有极丰富的功能，而且很大部份是高端模组塑造软体。动画工具，包括了反向动作组件，可设定骨骼，结构变形，关键影格，时间线， 非线性视频编辑，顶点量重及柔化动量组件，包括网孔碰撞侦察和一个具有侦察碰 察的粒子系统，固体碰撞、布料、液体、力场解算。图4 Blender官方正文版界面三、虚拟现实开发平台以上只介绍了一些三维的建模软件，而虚拟现实则需要将建模软件获得的模型进行 组织显示，并实现交互等功能，这些就不是建模软件能够实现的，就需要专门的虚拟现 实系统软件。现在已经出现了比较多的虚拟现实系统软件，例如converse3d , quest3d , unity3d ,virtools 等，另

12、外还有国内的中视典的 VRRS拟现实编辑器。3.1 VirtoolsVirtools是一套整合软件，可以将现有常用的档案格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。Virtools是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件，可以制作出许多不同用途的3D产品，如网际网络、计算机游戏、多媒体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展示等。Virtools制作具有沉浸感的虚拟环境，它对参与者生成诸如视觉、听觉、触觉、味觉 等各种感官信息，给参与者一种身临其境的感觉。因此是一种新发展的、具有新含义的 一种人机交互系统。目前全世界有超过270所大学使用Virtools ,Vir

13、tools已经获得许多媒体技术学系 学生的肯定和支持。Virtools主要经由一个设计完善的图形使用者界面，使用模块化的行为模块撰写 互动行为兀素的脚本语言"。这使得使用者能够快速地熟悉各种功能，包括从简单的变形 到力学功能等。Virtools可以制作出许多不同用途的3D产品，如网际网络、计算机游戏、多媒 体、建筑设计、交互式电视、教育训练、仿真与产品展示等 。因为在台湾已经普及到相当规模，所以汉语教材和相关项目的从业经验已经十 分丰富与成熟。许多大型游戏制作公司，例如 EA和Sony Entertainment都使用 Virtools来快 速地制作游戏产品的雏形。而且还有很多游戏是

14、从头到尾都用Virtools进行开发的。中国大陆的Virtools的应用刚刚起步，但是前景十分看好，水晶宫和奇士等公司已经开始 应用。3.2 VRPVRP是VR-Platform的简称。VR-Platform 三维互动仿真平台 是由中视典数 字科技独立开发的具有完全自主知识产权的一款三维虚拟现实平台软件，可广泛的 应用丁视景仿真、城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军 事模拟等行业。VRP系列软件是国内具代表性的 VR开发平台，具有不逊丁国外著名 VR软件 的技术和功能。它以 VR-Platform引擎为核心，衍生出 VRP-IE（VRP三维网络浏览 器）、VRP-BUILD

15、ER （VRP虚拟现实编辑器）、VRP-PHYSICS （VRP物理系统）、 VRP-DIGICITY （VRP数字城市平台）和 VRP-SDK （VRP二次开发工具包）等 5 个相关成品。文件 蹄臼界面 虽示 相机© 靴 雁图也)IS (T)舄本区 运行旭) 制tlOU7-B 淑!型:G l .£1.物艘推 囹 串醐面. 理± 。缺 J堀 卜七碰窿撞A如&3212EjPla-ieOlJ密困网3Z整 5fhire019钮燮 ConeOt%噜 CharrfcrBDKOl2W* BwCM12V<LIj!>：昌4A M辱出划00 .-Z-,惜谡5c：

16、po(umertj and ritmasenshioMi 5etmgremp*Bnp_院jtixen共航如Ide'tP虹凯晌 Exw!警告15Cant Irid ShelBton Noded>¥rtMcant find阳血的质渺购直tfRPIatfiwfn KiH好四、Web3D系统WEB 3D 乂称网络三维，该技术的出现最早可追溯到 VRML。VRML (Virtual Reality Modeling Language即虚拟现实建模语言。 VRML开始丁 20世纪90年代 初期。1998年。VRML组织把自己改名为 Web3D组织，同时制订了一个新的标准， Exte

17、nsible 3D (X3D),到了 2000 年春天，Web3D 组织完成了 VRML 到 X3D 的转换。 X3D整合正在发展的XML、JAVA、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的 3D计算能力、渲染质量和传输速度。随着网络技术的发展，虚拟现实的 3D场景不需要再下载和安装大型的软件， 或者需要专门的高速度处理计算机来实现，只需要一个浏览器就能畅游3D的世界。最简单的Web3D仅仅是在网页中嵌入三维模型供用户观看，复杂些的就是使用 flash, Java等技术生成流式三维展示系统，或者模拟系统。而现在网页版的3D游戏也逐渐流行起来。然而Web3D也面临着比较大的问题，标准不同意，另外

18、浏览器插件也不统一， 基本每个公司都要依赖自己的插件才能实现网页中的3D展示。而且网页中的3D效果并不能和本地程序产生的效果相媲美，他还要受到网络传输速度等的影响。4.1 Java3D 和 GL4Jave ( OpenGL for Java )JAVA3D可用在三维动画、三维游戏、机械 CAD等领域。可以用来编写三维形体，但和VRML不同，JAVA3D没有基本形体，不过我们可以利用JAVA3D所带的UTILITY生成一些基本形体如立方体、球、圆锥等，我们也可以直接调用一些软件如ALIAS、LIGHTWARE、3DS MAX生成的形体，也可以直接调用 VRML2.0生成的形体。可以和VRML 一

19、样，使形体带有颜色、贴图。可以产生形体的运动、变化，动态地改变观测点的位置及视角。可以具有交互作用，如点击形体时会使程序发出一个信号从而产生一定的变化。可以充分利用JAVA语言的强大功能，编写出复杂的三维应用程序。4.2 Fluid3D由丁 Fluid3D并不是一个 Web编写工具，因此它着眼丁强化 3D制作平台的性 能。直到最近才公诸丁世的Fluid3D插件填补了市场 的一个空白，尽管到目前为止 它的应用范围还相当有限。它的主要功能是可以用来传输高度压缩的3D图像，而这种图像的下载通常是相当麻烦和耗时的。它的运用有助丁使 Web的3D技术更实 用和切合实际，使之对桌面用户而言更有乐趣。4.3

20、 Superscape(VRT)Superscape VR世 Superscap必司基丁 Direct3D开发的一个虚拟现实环境编程 平台。它最重要的特点是引入了面向对象技术，结合当前流行的可视化编程界面， 另外，它还具有很好的扩展性。用户通过VRT可以创建真正的交互式的3D世界,并通过浏览器在本地或Internet上进行浏览。五、虚拟现实开发平台的研究现状虚拟开发平台VR-Mak是陕西凯信电子工程有限责任公司出品，虚拟现实应用开发 平台VR-Maker以计算机图形技术为基础，基丁 OpenGL开发，采用C+为编程语言， 自主研发了三维实时渲染引擎 ，开发了建模及场景输出、场景编辑器、数据库管

21、理、 算法、大规模地形、特效、分布式计算及网络通讯、多通道视觉等功能模块，是一款易 丁二次开发与具备快速定做各类虚拟仿真系统的应用支撑软件，适用性强，操作简单， 功能强大，高度可视化，无行业限制，高度支持人机交互。使用该支撑平台可以极大提 高用户开发各类仿真应用系统的效率与质量，从而大大减少由最原始的工具开发一个仿 真系统的成本，可广泛的应用丁军事战争模拟、飞行驾驶模拟、医学三维人体成像模拟、 大型互联网交互三维游戏制作以及各种行业图形仿真交互模拟。虚拟现实仿真开发平台 Vega是MultiGen-Paradigm公司最主要的工业软件环境， 用丁实时视觉模拟、虚拟现实和普通视觉应用。Vega将

22、先进的模拟功能和易用工具相结 合，对丁复杂的应用，能够提供便捷的创建、编辑和驱动工具。Vega能显著地提高工作 效率，同时大幅度减少源代码开发时间。中视典数字科技有限公司的软件产品有 VRP-BUILDER虚拟现实编辑器VRPIE三 维网络平台 VRP-PHYSICS物理系统 VRP-DIGICITY 数字城市平台 VRP-SDK三维仿 真系统开发包等。3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Autodesk公司开发的基丁 PC系统 的三维动画渲染和制作软件。广泛应用丁广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。北卡罗来纳大学（UNC）

23、的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。他们主要 研究：分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。在显示技术上，UNC开发了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动态显示的并行处理系统，叫做像素飞机（Pixelplane。乔治梅森大学研制出一套在动态虚拟环境中的流体实时仿真系统。在一个分布交互式仿真系统中仿真真实世界复杂流体的物理特性，包括仿真正在穿过水面行驶的 船、仿真搅拌液体、仿真混合不同颜色的液体、仿真混合不能溶解的油和水、仿真下雨 和流动的地形以及仿真流体的相互影响等特性。但该系统有一些缺陷，例如：当船行进 时不能显示出水的不同波浪曲线；不能用于任何精确的工程用途等。京都的先进电子通信研究所（ATR）系统研究实验室的开发者们正在开发一套系统， 它能用图像处理来识别手势和面部表情，并把它们作为系统输入。该系统将提供一个更加自然的接口，而不需要操作者带上任何特殊的设备。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行 VR研究、最有权威的单位之一，他们 首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与 处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计， 建立了网上虚拟现实研究论坛， 可以提供实时三维动 态数据库，提供虚拟现实