CN106600688A - 基于三维建模技术的虚拟现实系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于三维建模技术的虚拟现实系统，通过采用3DS模型作为系统的基础模型，从给定的3DS文件中提取三维模型数据并进行相关参数的优化处理，在满足场景真实性的基础上，对虚拟场景中的景观进行重现；在虚拟场景渲染过程中，一方面保证了用户与三维场景的实时交互性，另一方面注意了三维场景的实时渲染性，同时还结合特效技术来增强虚拟场景中的视觉景观效果的真实感，从而很好地实现了真实性、实时性和交互性的要求。

Description

基于三维建模技术的虚拟现实系统
技术领域
本发明属于虚拟现实技术领域，涉及一种虚拟现实系统，具体是一种基于三维建模技术的虚拟现实系统。
背景技术
虚拟现实是一种逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、嗅觉、运动等行为的一种全新的人机交互技术，其最终目标是使用户置身于一个由计算机生成的虚拟环境中，虚拟环境的建模是虚拟现实系统建立的基础，也是虚拟现实技术中的关键技术之一，三维场景构建是系统生成的基础，场景构建的好坏将直接影响系统的真实感、实时性和交互性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真实性、实时性和交互性强的基于三维建模技术的虚拟现实系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于三维建模技术的虚拟现实系统，包括3DS基础模型创建模块、模型数据参数优化模块、模型数据获取模块、显示列表控制与生成模块、模型库建立与列表对应关系建立模块、模型优化组合模块、外部引用模型模块、特效技术模块、人机交互控制模块、实时渲染模块、渲染参数控制模块以及场景输出模块；
所述3DS基础模型创建模块，从实际场景获取的数据、视频、图表信息，利用3DSMAX三维建模工具创建三维模型，生成3DS文件；
所述模型数据参数优化模块，对模型数据参数进行优化处理，根据系统对当前模型的参数要求控制读取后的数据量，对于3DS文件包含的3D编辑程序块中视口、背景色、雾化参数、视图、光源、相机以及关键帧信息进行屏蔽；
所述模型数据获取模块，提取3DS文件的三维描述数据；
所述显示列表控制与生成模块，根据用户需求设计出场景的显示列表，根据系统的场景规模、组成情况及层次关系，控制显示列表整数索引的范围，形成显示列表索引树，同时利用模型数据获取模块读出的信息，按场景区域生成与模型对应的显示列表；
所述模型库建立与列表对应关系建立模块，对生成的3DS模型的显示列表按场景区域划分后存入数据库、建立文档，并详细记录模型数据与索引树以及模型与场景区域的对应关系；
所述模型优化组合模块，根据模型的实际结构和系统的实际需求，提取模型库中的优化参数及显示列表中的关键信息，对模型进行优化组合；
所述外部引用模型模块，用于引入形体规则、细节水平要求低的模型，增强系统的真实感；
所述特效技术模块，使用特效技术来实现场景的特殊效果；
所述人机交互控制模块，对用户化身及可操作的实体在三维虚拟场景中的位置及视点信息进行判断，在此基础上控制绘制的规模、复杂程度以及调用显示列表索引的区域范围；
所述渲染参数控制模块，用于对渲染参数进行调节、控制；
所述实时渲染模块，对优化后的场景模型进行整合，在获取人机交互控制信息后，对渲染参数按场景时间变换，通过区域与显示列表索引树的对应关系，调用对应的显示列表，并结合特效技术建立初始化场景模型；
所述场景输出模块，用于将实时渲染模块建立的初始化场景模型输出。
进一步地，所述3DS基础模型创建模块包括几何建模子模块和物理建模子模块。
本发明的有益效果：本发明通过采用3DS模型作为系统的基础模型，从给定的3DS文件中提取三维模型数据并进行相关参数的优化处理，在满足场景真实性的基础上，对虚拟场景中的景观进行重现；在虚拟场景渲染过程中，一方面保证了用户与三维场景的实时交互性，另一方面注意了三维场景的实时渲染性，同时还结合特效技术来增强虚拟场景中的视觉景观效果的真实感，从而很好地实现了真实性、实时性和交互性的要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供了一种基于三维建模技术的虚拟现实系统，包括3DS基础模型创建模块、模型数据参数优化模块、模型数据获取模块、显示列表控制与生成模块、模型库建立与列表对应关系建立模块、模型优化组合模块、外部引用模型模块、特效技术模块、人机交互控制模块、实时渲染模块、渲染参数控制模块以及场景输出模块。
3DS基础模型创建模块，作为整个系统建立的基础，主要包括几何建模子模块和物理建模子模块；根据从实际场景获取的数据、视频、图表等信息，利用3DSMAX三维建模工具创建三维模型，该三维模型的几何形状和尺寸符合实际，而且包含实际物体的物理特性和运动特征，生成3DS文件。
模型数据参数优化模块，对模型数据参数进行优化处理，根据系统对当前模型的参数要求控制读取后的数据量；由于3DS文件中包含描述模型三维信息的3D编辑程序块以及描述关键帧信息的关键帧块，因此对于3DS文件包含的3D编辑程序块中有关视口、背景色、雾化参数、视图、光源、相机以及关键帧等信息可以根据需要进行屏蔽，待需要时再解除屏蔽。
模型数据获取模块，提取3DS文件的三维描述数据，其处理过程为：首先要进行块识别，然后读取块内描述模型的三维顶点序列、面列表、纹理映射坐标以及模型材质数据，最后建立读入模型的各数据存储区域。
显示列表控制与生成模块，根据用户需求设计出场景的显示列表，根据系统的场景规模、组成情况及层次关系，控制显示列表整数索引的范围，形成显示列表索引树，同时利用模型数据获取模块读出的信息，按场景区域生成与模型对应的显示列表。
模型库建立与列表对应关系建立模块，对生成的3DS模型的显示列表按场景区域划分后存入数据库、建立文档，并详细记录模型数据与索引树以及模型与场景区域的对应关系。
模型优化组合模块，根据模型的实际结构和系统的实际需求，提取模型库中的优化参数及显示列表中的关键信息，对模型进行优化组合。
外部引用模型模块，用于引入形体规则、细节水平要求低的模型，这些模型所占用的系统资源少，在系统中不属于重点操作对象，起一定的辅助作用，可以增强系统的真实感。
特效技术模块，使用特效技术来实现场景的特殊效果；例如：使用纹理映射技术来实现草地和道路、自然景观、环境景观的建模；使用粒子系统来仿真联合站安全事故。
人机交互控制模块，对用户化身(use avatar)及可操作的实体在三维虚拟场景中的位置及视点信息进行判断，在此基础上控制绘制的规模、复杂程度以及调用显示列表索引的区域范围。
渲染参数控制模块，用于对渲染参数进行调节、控制。
实时渲染模块，对优化后的场景模型进行整合，在获取人机交互控制信息后，对渲染参数按场景时间变换，通过区域与显示列表索引树的对应关系，调用对应的显示列表，并结合纹理映射、粒子系统、融合以及帧缓存渲染等多种特效技术建立初始化场景模型。
场景输出模块，用于将实时渲染模块建立的初始化场景模型输出。
本发明工作原理：使用3DS基础模型创建模块创建3DS文件，通过模型数据获取模块取得文件中各个三维模型的主要信息，配合模型数据参数优化模块对提取的数据进行整合，屏蔽掉与系统关系不大的冗余信息，然后由显示列表控制与生成模块将前步获取的信息抽象为显示列表，同时建立显示列表与空间区域的对应关系，形成显示列表索引树，提取模型库与显示列表中的信息进行模型的优化组合，通过导入外部引用模型和使用特效技术来达到优化场景的创建，配合特效渲染技术，按照人机交互控制所表达的需求，在特定的区域内，调用对应的显示列表模拟三维场景，同时实时响应渲染及与场景的交互。
本发明通过采用3DS模型作为系统的基础模型，从给定的3DS文件中提取三维模型数据并进行相关参数的优化处理，在满足场景真实性的基础上，对虚拟场景中的景观进行重现；在虚拟场景渲染过程中，一方面保证了用户与三维场景的实时交互性，另一方面注意了三维场景的实时渲染性，同时还结合特效技术来增强虚拟场景中的视觉景观效果的真实感，从而很好地实现了真实性、实时性和交互性的要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.基于三维建模技术的虚拟现实系统，其特征在于：包括3DS基础模型创建模块、模型数据参数优化模块、模型数据获取模块、显示列表控制与生成模块、模型库建立与列表对应关系建立模块、模型优化组合模块、外部引用模型模块、特效技术模块、人机交互控制模块、实时渲染模块、渲染参数控制模块以及场景输出模块；
所述3DS基础模型创建模块，从实际场景获取的数据、视频、图表信息，利用3DSMAX三维建模工具创建三维模型，生成3DS文件；
所述模型数据参数优化模块，对模型数据参数进行优化处理，根据系统对当前模型的参数要求控制读取后的数据量，对于3DS文件包含的3D编辑程序块中视口、背景色、雾化参数、视图、光源、相机以及关键帧信息进行屏蔽；
所述模型数据获取模块，提取3DS文件的三维描述数据；
所述显示列表控制与生成模块，根据用户需求设计出场景的显示列表，根据系统的场景规模、组成情况及层次关系，控制显示列表整数索引的范围，形成显示列表索引树，同时利用模型数据获取模块读出的信息，按场景区域生成与模型对应的显示列表；
所述模型库建立与列表对应关系建立模块，对生成的3DS模型的显示列表按场景区域划分后存入数据库、建立文档，并详细记录模型数据与索引树以及模型与场景区域的对应关系；
所述模型优化组合模块，根据模型的实际结构和系统的实际需求，提取模型库中的优化参数及显示列表中的关键信息，对模型进行优化组合；
所述外部引用模型模块，用于引入形体规则、细节水平要求低的模型，增强系统的真实感；
所述特效技术模块，使用特效技术来实现场景的特殊效果；
所述人机交互控制模块，对用户化身及可操作的实体在三维虚拟场景中的位置及视点信息进行判断，在此基础上控制绘制的规模、复杂程度以及调用显示列表索引的区域范围；
所述渲染参数控制模块，用于对渲染参数进行调节、控制；
所述实时渲染模块，对优化后的场景模型进行整合，在获取人机交互控制信息后，对渲染参数按场景时间变换，通过区域与显示列表索引树的对应关系，调用对应的显示列表，并结合特效技术建立初始化场景模型；
所述场景输出模块，用于将实时渲染模块建立的初始化场景模型输出。
2.根据权利要求1所述的基于三维建模技术的虚拟现实系统，其特征在于：所述3DS基础模型创建模块包括几何建模子模块和物理建模子模块。
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