仿真引擎的關鍵技術精選(九篇)
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第1篇：仿真引擎的關鍵技術范文
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第2篇：仿真引擎的關鍵技術范文
關鍵詞：三維漫游；建模；碰撞檢測；場景管理
中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2012）012-0065-03
0引言
虛擬現(xiàn)實技術是近年來發(fā)展起來的一項涉及眾多學科的高新實用技術。虛擬現(xiàn)實技術將計算機技術、仿真技術、傳感與測量技術、微電子技術融為一體，利用先進的計算機技術生成一種虛擬環(huán)境及交互式的視景仿真，使用戶通過視覺、聽覺、觸覺來產(chǎn)生身臨其境的感覺，從而實現(xiàn)了用戶與環(huán)境的自然虛擬交互。虛擬漫游技術是虛擬現(xiàn)實技術中的一個重要發(fā)展方向。虛擬漫游系統(tǒng)是由一個逼真的虛擬環(huán)境，將視、聽、觸覺融為一體。
由于我國的三維仿真技術目前還處于發(fā)展階段，因此在一定程度上限制了這些依賴三維引擎技術產(chǎn)品的發(fā)展，不能滿足人們對三維產(chǎn)品的需求。因此，研究開發(fā)三維引擎技術迫在眉睫。在科研教學領域，物理、生物、化學等學科可以使用三維立體仿真技術展示實驗過程和模型仿真，這樣不僅可以重復使用教學資源，而且減少了危險和降低了教學成本。本文所提到的柔性生產(chǎn)線漫游系統(tǒng)就是基于這樣的一個原因，使學生在三維仿真環(huán)境中進行實驗操作，并可以重復地練習。本文的主要目的是研究三維虛擬場景技術，并設計和開發(fā)了一款基于Direct 3D技術的三維虛擬柔性生產(chǎn)線漫游演示系統(tǒng)。
1三維場景建模中的關鍵技術
1.1Direct3D技術介紹
Microsoft Direct3D是Microsoft DirectX交互媒體技術的實時三維圖形組件，是專門用來處理三維繪圖，并利用3D指令來加速顯示的API函數(shù)包。迄今為止，絕大多數(shù)在Windows操作系統(tǒng)中運行的三維圖形都使用了Direct3D函數(shù)。
Direct3D三維對象渲染的具體過程是通過把外部的數(shù)據(jù)模型導入到Direct3D繪圖指令中來完成的。該過程需要兩個階段來完成。第一階段：坐標變換和光照處理階段。在該階段，將所有對象的頂點由抽象的浮點坐標空間轉換為基于像素的屏幕空間，各個對象的光照效果是由場景中的光源和對象表面的不同材質所決定的。第一階段還包括裁減和視口縮放等一些較關鍵的任務；第二階段：光柵處理階段。在該階段中，先用T&L將頂點處理，然后通過Direct3D把該頂點處理成點、線、面等相關基礎的圖元，基于紋理貼圖及物體頂點之色彩屬性，通過對對應渲染狀態(tài)的設置來確定最終在屏幕上顯示的每個像素的顏色值。
1.2三維場景建模
通過建模軟件3DS MAX來對場景進行建模，將建成的模型以3DS的格式導出并將之保存。 眾所周知，3DS MAX是當今流行的專門用于制作動畫及三維建模的專業(yè)軟件，通過該軟件能夠高效完成較大難度三維場景的建立。3DS格式的文件中包含著十分詳盡的三維參數(shù)，而且對于比較復雜模型的材質參數(shù)，紋理參數(shù)及坐標等均能保存起來。3DS模型的仿真效果非常出色，可視化編輯的特色使得該系統(tǒng)在仿真方面非常優(yōu)秀。
3DS文件的一個鮮明特點是它是由很多個“塊”構成的。這些“塊”對其后面所接收數(shù)據(jù)的構成方式進行了描述。“塊”作為3DS文件的基本組成部分，組建成復雜但卻并不笨重的文件系統(tǒng)。
將處理完畢的模型導出為3DS格式的文件，然后對該文件中包含的信息進行獲取實現(xiàn)在內存中對模型數(shù)據(jù)進行加載。需要獲取的文件中的信息有三維模型的頂點信息和頂點組成面片信息。其中頂點信息主要指其光照、顏色屬性、法向量、位置及紋理信息等。一個3D模型是由多個物體來構成的，以物體材質信息為依據(jù)將其劃分成兩個類別，建模過程中需建立兩個頂點信息存儲區(qū)及兩個索引信息存儲區(qū)，將這兩個類別的物體頂點信息各自放入對應的頂點信息存儲區(qū)和索引信息存儲區(qū)內。同時在放入該物體時也將該物體的頂點個數(shù)、紋理ID、最小索引、ID號、索引偏移及下一個物體的頂點等信息存放到一個結構體中。按結構體方式進行存儲的優(yōu)點是在渲染過程中可以快速方便地在該結構體中將數(shù)據(jù)取出并放置到頂點信息存儲區(qū)和索引信息存儲區(qū)中，并在這些存儲區(qū)中得到有用的信息渲染場景。
1.3三維場景管理
場景管理的目標就是合理利用數(shù)據(jù)的組織結構來使場景中的對象高效地完成場景空間的索引、排序和遍歷。場景管理的關鍵技術為場景的數(shù)據(jù)組織形式、空間索引、排序技術及空間簡化技術。
柔性生產(chǎn)線的場景組織技術采用的是BSP樹來組織的。在建模時首先需要將所有的墻體定義為分割面，并以“wall_”開頭的形式來命名上述定義的分割面，這樣可以方便在后面的BSP樹遍歷時能夠通過分割面的名字找出對應的分割面。在進行空間分割的時候，被分割面分割的三角形首先需要對其面片進行裁剪。一般需要將該三角形裁剪成為兩個或者三個三角形。這時就需要對新分割出來的三角形面片的頂點坐標進行重新計算，并需要將新分割的三角形面片放到一個子空間中，如此一來就大大增加了構建BSP樹的難度。
因此，本文提出了一種新的分割算法來回避物體及三角的分割。該算法的基本思想是把需要分割的對象放到兩個不同的子空間中，并判斷組成該對象的所有三角形與分割面之間的位置關系。如果位置處于分割面的前側子空間，就將此三角形置于前側子空間所對應的三角形列表中；同理，如果該位置處于分割面的后側子空間，就需要將此三角形置于后側子空間所對應的三角形列表中；倘若該位置與分割面重合，則前、后子空間對應的三角形列表均需加入該三角形。這種方法的缺點在于增加了數(shù)據(jù)的冗余量，但優(yōu)點是極大地降低了分割對象和重新計算三角形頂點坐標的難度。
2總體設計與實現(xiàn)
2.1系統(tǒng)主體構架設計
本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為微軟公司的VS2008。建立Win32程序工程，采用C++進行編程，對3D圖像的處理過程則通過調用Direct3D提供的C語言API來實現(xiàn)，過程中通過3D指令可加快相應接口函數(shù)包的顯示。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。
2.2系統(tǒng)功能模塊詳述
本系統(tǒng)的功能架構如圖2所示。
本系統(tǒng)的功能模塊主要有以下幾個類及函數(shù)來實現(xiàn)。
（1）獲取3D模型文件模塊3DS.cpp。本模塊的主要功能是提供一個模型文件數(shù)據(jù)處理函數(shù)，通過該函數(shù)將數(shù)據(jù)轉化放到本類對應的數(shù)據(jù)結構內。
（2）生成BSP樹模塊函數(shù)BSPConstruct.cpp。本模塊的主要功能是提供一個生成BSP樹的函數(shù)，該函數(shù)包含對BSP樹節(jié)點結構的定義并能根據(jù)三維模型中的物體索引構造BSP樹。
（3）遍歷BSP樹模塊BianLiBSP.cpp。本模塊主要功能是通過查找到視點處的最小子空間并獲取該最小子空間內的物體，為后期的碰撞檢測做好準備。
（4）可視化編輯模塊。本模塊的主要功能是以生成的BSP樹保存的物體信息為依據(jù)，實現(xiàn)以物體為基準的視錐編輯剪裁。
（5）碰撞檢測模塊collision.cpp。本模塊的主要功能是提供碰撞檢測所需的兩個函數(shù)。其一是檢測視點在最小子空間內物體平面穿越狀況的函數(shù)；其二是用于檢測穿過最小子空間物體平面的視點在三角形中穿越情況的函數(shù)。
（6）場景繪制模塊。本模塊的主要功能是提供場景繪制函數(shù)。該函數(shù)位于主程序類內，以分析后的模型數(shù)據(jù)為依據(jù)對頂點信息存儲區(qū)和索引信息存儲區(qū)進行填充，然后該函數(shù)通過調用渲染函數(shù)對場景進行相應的渲染操作。
（7）場景視點控制模塊。本模塊的主要功能是提供設置矩陣函數(shù)及消息處理函數(shù)，完成操作場景內的視點在其中進行漫游。
2.3模型效果
模型系統(tǒng)是通過3DS MAX 軟件構造的柔性生產(chǎn)線模型場景。因為該系統(tǒng)中所用到的物體很多，其開發(fā)設計過程有較高難度，所以采用為其中所有物體都獨立建模的方法。在最后總的場景中將所有獨立建模的物體模型導入到系統(tǒng)中，對物體所在的位置、方向及物體大小等進行適當?shù)恼{整。設計開發(fā)完成并在3DS MAX中渲染后的最終效果如圖3所示。
圖3最終場景渲染效果
3結語
文章說明了三位仿真技術及Direct3D技術等三維場景建模中的關鍵技術。以這些技術為基礎，運用微軟相關開發(fā)環(huán)境設計開發(fā)了柔性生產(chǎn)線場景漫游系統(tǒng)，并采用經(jīng)典的三維建模軟件3DS MAX 來創(chuàng)建三維場景模型，并完成相關物體模型的導入，最終得到柔性生產(chǎn)線場景的漫游渲染效果圖。
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Research on Key Technology of the Flexible Production
Line Roaming Teaching System
第3篇：仿真引擎的關鍵技術范文
關鍵詞：3D；游戲引擎；特點；技術核心；理論支持
中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)17-4189-02
A Brief Introduction of 3D Game Engine
XU Lei1, FAN Liu-qing2
(1.Engineering College of Armed Police Force, Xi'an 710086, China; mand College of Armed Police Force, Shijiazhuang 050061, China)
Abstract: Game engine is the core technology of game development. In order to understand the game engine better, according to the characteristics of the game engine, this paper introduces 3D game engine, and has a brief introduction of characteristics of 3D game engine from real-time rendering, interactivity, multi-participants and collision detection. So it provides a theoretical supporting to understand the 3D game engine. The key technology of 3D game engine will be researched in the next step.
Key words: 3D; game engine; characteristics; core technology; theoretical support
游戲引擎是當今游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術驅動力。一款優(yōu)秀的游戲的引擎不僅能夠極大地提高游戲開發(fā)效率，而且能給開發(fā)者帶來豐厚的版權收益，這使得國內外的游戲公司紛紛投入到游戲引擎的研究開發(fā)中。簡單的說，游戲引擎就是“用于控制所有游戲功能的主程序”，從計算碰撞，物理系統(tǒng)和物體的相對位置到接受玩家的輸入，以及聲音的輸出等等功能都是游戲引擎需要負責的事情[1]。而3D游戲引擎則是整個游戲產(chǎn)業(yè)的核心技術。3D游戲引擎技術是一門結合技術，涉及了計算機圖形學、網(wǎng)絡、人工智能等領域，是當前研究的熱點之一。本文主要討論的就是3D游戲引擎的特點及其優(yōu)勢。
1 3D游戲引擎的優(yōu)點
1.1 實時渲染
添加諸如陰影、紋理等一些視覺特征，可以使三維模型看起來更加的直觀和現(xiàn)實。將一個通過計算使三維模型外觀轉化成為一個可以在二維屏幕上顯示的圖像的全過程稱為渲染[2]。具體來說，渲染就是將三維對象的數(shù)學模型通過數(shù)據(jù)轉換成顯示的二維圖像的過程。圖形渲染模塊支持固定渲染方式和圖形處理器的可編程渲染方式。這不僅使得引擎的渲染效率大大提高，而且能實現(xiàn)陰影，動態(tài)紋理貼圖，顏色漸變效果。除此之外，還有許多的著色（渲染）處理技術，比如平面著色、Lambert 著色、高氏著色、Phong著色、材質貼圖、凹凸貼圖、Mip貼圖等等。
我們可以通過實時渲染效果來衡量一個3D游戲引擎的性能。Mullen（1998）提出了一個標準：3D游戲引擎在計算機上運行的性能可以通過測量每秒屏幕上所產(chǎn)生的圖像的幀數(shù)來進行。通常，當開發(fā)一個3D模型時，隨著真實性的增加，也使得復雜程度提高，這也便利實時渲染的難度上升，因此一般情況下降低了幀速。如果幀的速率從每秒15幀降低到3-4幀的時候，這個時候顯示一個三維模型，直覺的視觀圖則表示的不流暢，而且模型表示結果也十分的不理想[3]。許多目前正在使用的3D游戲引擎均可以保持在每秒30幀圖像渲染。它們可以在一個單一的場景處理多個的三角形及多邊形。
1.2 人機交互
交互是指計算機和用戶之間的相互作用和溝通，處理來自鍵盤、鼠標、搖桿和其他外設的信號。游戲引擎可以接受和響應每秒30幀的實時交互性操作。交互性對于用戶來說是十分重要的，因為這將直接影響到用戶可以通過虛擬的場景看到一個真實的世界。這種真實性可以促使用戶感到所面對的不再是電腦控制下的環(huán)境，而是一個真正的“現(xiàn)實世界”[4]。
交互控制可以通過鼠標的點擊和拖動來完成。一些控件，如編輯框，用戶還需要通過鍵盤輸入一些文本。有些控件是已經(jīng)包含了使用目的的內置標簽，有的會要求用戶創(chuàng)建一個伴隨非交互式控件提供一個標簽。非交互式控件，顧名思義，是用來顯示信息，而不是用來捕捉用戶輸入及操作。
1.3 多人參與
在一個虛擬環(huán)境當中，用戶自定義角色可以有智能特征（即AI角色或機器人），或者只是簡單地提出了一個虛擬表示由用戶的輸入控制[5]。角色可以代表一個用戶在一個有一組或單獨的虛擬工廠之旅。當然這其中許多涉及角色以及其他行為動作、事件均可以通過使用內置的游戲引擎所提供的工具進行模擬。
分布式虛擬系統(tǒng)允許多個用戶同時進行實時協(xié)作。這種實時協(xié)作可以通過文字聊天、語音通信等方式，也可以能過共享設計組件的方式進行交互。這樣多個用戶就可以在一個實時虛擬仿真環(huán)境下進行設計。3D CAD系統(tǒng)不支持這種實時協(xié)作，但提供給了用戶異步協(xié)作。通常這是通過文字注釋和白板類型標記的功能實現(xiàn)。
同步或異步通信的軟件，對于協(xié)作來講，以支持多種類型文件的屬性是一個重要的影響因素。在這方面3D CAD比傳統(tǒng)的虛擬環(huán)境系統(tǒng)有更好的支持。然而隨著開放式通用文件格式的出現(xiàn)，這種情況迅速的改變。比如，IFC標準和Khronos開發(fā)的Collada[6]。
1.4 碰撞檢測
碰撞檢測可以描述為“在一個模擬的環(huán)境中，檢測兩個或多個對象接觸到彼此是否相交的過程”[7]。碰撞檢測可以使交互變得更加真實。日前，許多的商業(yè)引擎開發(fā)工具中的碰撞檢測都是由程序員在設計進程中進行定義的。在計算機游戲中，碰撞檢測將保證真實世界的正確虛擬化（例如，禁止人物穿越墻壁，或者防止人物墜落至地板之下）。同時，碰撞檢測還提供了某種視線查詢，通知敵人是否發(fā)現(xiàn)玩家并改動攻擊。
某些應用程序，例如路徑規(guī)劃和動態(tài)渲染，并不需要其碰撞檢測系統(tǒng)的實時特性，而有些應用程序，特別是計算機游戲，則十分強調碰撞檢測系統(tǒng)的實時性能。一些基于計算機或游戲機平臺的動作類游戲所涉及的模型計算數(shù)據(jù)量，則要求以每秒30幀-60幀的幀速率進行計算。在這種實時狀態(tài)以及游戲和物理引擎中碰撞檢測占優(yōu)狀態(tài)下，碰撞檢測系統(tǒng)將占用游戲一幀中的大量時間消耗[8]。
2 結論
游戲產(chǎn)業(yè)是近年來IT業(yè)關注的焦點，游戲給人們的業(yè)余生活帶來了豐富的娛樂體驗，因此具有廣闊的發(fā)展前景。游戲引擎能夠給游戲開發(fā)帶來很大的便利，越來越受到國內產(chǎn)業(yè)界和學術界的重視。介紹3D游戲引擎的特點和優(yōu)勢，具有理論培養(yǎng)和核心技術積累兩方面的重要意義，下一步的研究工作將是深入3D游戲引擎關鍵技術和引擎內部的各個核心模塊。
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第4篇：仿真引擎的關鍵技術范文
一、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的構成
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設計開發(fā)須涉及到人工智能、計算機科學、電子學、傳感器、計算機圖形學、智能控制等多個學科，一般來說完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由以下幾部分構成：
1.傳感器模塊：是用戶與虛擬環(huán)境的接口，一方面接受用戶的操作并將其作用于虛擬環(huán)境；另一方面將操作結果以綜合形式反饋給用戶，使用戶形成對虛擬環(huán)境的感知。
2.檢測模塊：用于檢測分析由傳感器模塊接收到的用戶操作，并將其轉換為系統(tǒng)操作指令傳輸給控制模塊操控虛擬環(huán)境。
控制模塊：是仿真系統(tǒng)的核心部分，既可以仿真控制虛擬環(huán)境以應對用戶操作，又可以將虛擬環(huán)境的反饋通過反饋模塊控制傳感器使用戶獲得仿真體驗。
3.反饋模塊：接收來自控制模塊的處理信息為用戶提供實時反饋。
4.建模模塊：獲得現(xiàn)實世界的三維表示，并由此構成對應的虛擬環(huán)境。
二、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的關鍵技術及成本構成
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的關鍵技術及成本構成主要包括以下幾個方面：
1.動態(tài)環(huán)境建模技術：虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實技術的核心內容。動態(tài)環(huán)境建模技術的目的是獲取實際環(huán)境的三維數(shù)據(jù)，并根據(jù)應用的需要，利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應的虛擬環(huán)境模型。三維數(shù)據(jù)的獲取可以采用CAD技術（有規(guī)則的環(huán)境），而更多的環(huán)境則需要采用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數(shù)據(jù)獲取的效率。這里的開發(fā)成本主要表現(xiàn)為環(huán)境三維模型和貼圖帶來的系統(tǒng)空間及時間占用，如果不能較好的優(yōu)化模型和貼圖將會嚴重影響整個系統(tǒng)的視覺效果及運行速度，大量浪費計算機系統(tǒng)資源，甚至導致復雜場景環(huán)境無法實現(xiàn)。
2.實時三維圖形生成技術：三維圖形的生成技術已經(jīng)較為成熟，其關鍵是如何實現(xiàn)“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低于15楨/秒，最好是高于30楨/秒。在不降低圖形的質量和復雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術的研究內容。隨著新一代高性能圖形處理器三維渲染技術的實用化，經(jīng)過適當優(yōu)化模型貼圖的虛擬環(huán)境實時生成已不再是系統(tǒng)設計的成本瓶頸了—大多數(shù)主流圖形處理器已可以輕松勝任此項任務，不必再增加額外的開發(fā)成本。
3.立體顯示和傳感器技術：虛擬現(xiàn)實的交互能力依賴于立體顯示和傳感器技術的發(fā)展?，F(xiàn)有的傳感器技術還遠遠不能滿足系統(tǒng)的需要。例如，數(shù)據(jù)手套有延遲大、分辨率低、作用范圍小、使用不便等缺點；虛擬現(xiàn)實設備的跟蹤精度和跟蹤范圍也有待提高，因此有必要開發(fā)新的三維顯示技術。由此可見，現(xiàn)有的立體顯示和傳感器技術還遠遠不能滿足高仿真度虛擬環(huán)境的構建要求，并且由于技術的不成熟性還極大的提高了系統(tǒng)開發(fā)的成本。據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)開發(fā)成本的40%以上將消耗在該方面，因此是低成本虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)必須解決的問題。
3.仿真控制技術：自然環(huán)境中的各物體之間是有相互作用的，簡單的說就是各種力場的存在特性。幾乎所有的運動和交互動作都要涉及到約束力學，這意味著仿真環(huán)境及身處其中的用戶應該在合理的作用力影響下活動。因此虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)需要模擬環(huán)境中出現(xiàn)的大量物體的材料及物理力學特性，單從需要仿真的數(shù)量及類型上看就會極大地增加系統(tǒng)實際的工作量及成本，更何況虛擬環(huán)境中物體之間紛繁復雜的相互影響關系了。事實上針對這些問題現(xiàn)代工程物理學也沒有一種簡單有效的解決方法，故而要想找到合理簡單的數(shù)學模型并最終形成算法是虛擬現(xiàn)實技術的重要研究方向。就目前的情況來看仿真度要求越高算法的實現(xiàn)就越困難，系統(tǒng)開發(fā)成本就越巨大。
4.系統(tǒng)集成技術：由于虛擬現(xiàn)實中包括大量的感知信息和模型，因此系統(tǒng)的集成技術起著至關重要的作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數(shù)據(jù)轉換技術、數(shù)據(jù)管理模型、識別和合成技術等等。目前的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)通常都是單獨開發(fā)相關的部分，致使系統(tǒng)存在開發(fā)難度及工作量巨大、可重復利用率低、通用性差等缺陷，這也是系統(tǒng)開發(fā)中成本高昂的重要原因之一。
三、低成本化虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方案分析
使虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在工業(yè)產(chǎn)品設計生產(chǎn)方面無法大規(guī)模應用的高昂開發(fā)成本，主要來源于高精度三維環(huán)境模擬，高度真實的動力學仿真設計及高度沉浸感的交互式感覺器及三維顯示技術等幾個方面。綜合來看，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對虛擬環(huán)境及虛擬交互的仿真度要求越高則系統(tǒng)的開發(fā)成本就越大，因此有必要提出適度仿真的概念，以解決當前高成本阻礙應用的問題，至于完善的問題盡可以在應用擴展的同時，隨著技術的發(fā)展逐漸解決。
首先，合理的選擇虛擬三維環(huán)境模型的建模方式和優(yōu)化方法就可以大大節(jié)省對系統(tǒng)資源的消耗，如手工建模方式中的可編輯多邊形建模，就可以在環(huán)境或物體尺寸精度要求不高的情況下，以少量的多邊形網(wǎng)格和極少的代價獲得非常精致的視覺效果，而使用有效的優(yōu)化方法還可以進一步提高網(wǎng)格的效率。同時選擇通用化成熟的商品建模工具也可以大大提高建模的效率，使原來用編輯手段實現(xiàn)的效果開發(fā)變得簡單、快捷，這就大大降低了相應的成本消耗。
其次，在工業(yè)產(chǎn)品的大多數(shù)虛擬現(xiàn)實應用中，降低對傳感器及立體顯示的似真度要求也可以在降低成本的前提下保持相對較好的環(huán)境沉浸感，比如，技術比較成熟的環(huán)幕顯示技術，虛擬洞穴顯示技術雖然還不是立體顯示技術，但其視覺效果已可以滿足大多數(shù)的沉浸交互應用了，而使用傳統(tǒng)的鼠標指點設備代替復雜的數(shù)據(jù)手套等高技術傳感器，雖然對用戶的沉浸體驗有很大的影響，但依然可以滿足大多數(shù)的低成本系統(tǒng)的要求，而開發(fā)成本卻可以極大下降。
第5篇：仿真引擎的關鍵技術范文
關鍵詞：三維引擎；數(shù)據(jù)模型；.Net編程
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A
1引言
泰達水業(yè)有限公司凈水廠占地面積約60萬m2，地下管線種類較多。經(jīng)過多次擴建及改造后，系統(tǒng)越來越龐大，空間結構更加錯綜復雜。相關紙質圖紙資料采用人工管理的方式，圖紙資料相關信息不全、查詢效率低、更新速度慢，已經(jīng)無法滿足地下管線管理的實時要求。當開挖某區(qū)域涉及多個專業(yè)管線時，通過圖紙資料很難查找到各管線間的空間結構和綜合狀況，給工作的開展增加了不少難度。當遇緊急情況時，有時要靠有經(jīng)驗員工的記憶來判斷，使搶修人員倍感壓力。通過三維可視化地下管線管理系統(tǒng)，凈水廠實現(xiàn)了對水廠的管線、圖紙資料的科學管理，還為廠內生產(chǎn)調度、施工改造、地線管線維修保養(yǎng)提供了精確、迅速、科學的依據(jù)。本文介紹的就是泰達凈水廠三維可視化地下管線管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。
2技術背景
隨著三維引擎技術逐漸成熟，三維可視化技術在管線管理方面與傳統(tǒng)的二維表現(xiàn)方式相比有諸多優(yōu)勢。優(yōu)秀的空間表現(xiàn)力，能讓用戶從多角度、全方位的視角來觀察管線布局。三維化的拓撲分析功能可以更直觀的給用戶以良好的空間分析（諸如流向分析、開挖分析、斷面分析等）以及管線之間連通性的清晰了解。測量及標識功能可以使用戶能以全局視角去查看管線的標高，輔以多種定位方式以及模型分層顯隱等三維場景下的獨有功能和三維環(huán)境的實景展示，使用戶對現(xiàn)場的管線狀況有一個更直觀、更明確的認識。本系統(tǒng)采用的howsky3D三維引擎具備處理結構化數(shù)據(jù)的功能，依靠三維要素數(shù)據(jù)模型管理機制，可實現(xiàn)對建筑空間、場景、管線、設備等多種空間位置對象的三維仿真展示和管理，具備定位辨識準確，特征辨識清晰，數(shù)據(jù)組織有條理等特點。三維引擎的三維數(shù)據(jù)要素和數(shù)據(jù)模型如圖1所示：三維要素的數(shù)據(jù)模型，簡單要素形成聚合要素和復合要素，實現(xiàn)了對建筑空間、管線、設備的表示和同一工作空間幾何對象多比例尺的表示，采用改進的矢量數(shù)據(jù)表示方法，具有較高的定位精度，易于進行特征的辨別和選擇，并且能精確地存貯坐標值，能有效的組織綜合管網(wǎng)及環(huán)境場景的各類三維管理對象，為凈水廠管網(wǎng)數(shù)據(jù)精益管理提供了技術基礎。針對凈水廠的管線管理業(yè)務，考慮安全性和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用C/S模式進行搭建，在局域網(wǎng)內運行。考慮通用性和穩(wěn)定運行的要求，系統(tǒng)采用當前主流的面向對象系統(tǒng)的.NET開發(fā)平臺，使用MicrosoftVisualStudio2008為開發(fā)工具，配合為.NetFramework量身定做的C#語言，結合關系型數(shù)據(jù)庫SQLServer2005共同完成系統(tǒng)的開發(fā)。三維模型采用虛擬三維建模技術，即從CAD圖紙和現(xiàn)場人工拍照獲得實際建筑的尺寸信息及外觀信息后，將數(shù)據(jù)導入當前應用最廣泛的三維建模軟件3DMAX中進行處理，并通過人工生成模型。模型生成后通過自定義的3DMAX導出插件將模型導成本三維GIS引擎可以使用的格式，并將其加入三維GIS引擎進行后續(xù)的流程化渲染及顯示。
3系統(tǒng)設計
3.1總體架構
系統(tǒng)設計遵循分層架構設計思路，將數(shù)據(jù)層、業(yè)務層和應用層分離，多層結構提供了非常好的可擴展性，可以將邏輯服務分布到多臺服務器來處理，從而提供了良好的伸縮方案。數(shù)據(jù)存儲層，采用SQLServer數(shù)據(jù)庫和模型文件相結合的方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的全局性管理，并可方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的備份。數(shù)據(jù)訪問層，確保了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)交互、接口訪問、資源共享等功能，提升管網(wǎng)數(shù)據(jù)的可應用性。業(yè)務層將系統(tǒng)的各個功能模塊進行了封裝，方便調用和升級。應用層為系統(tǒng)交互界面，用戶在此既可以實現(xiàn)各類管理需求，又能夠滿足各類業(yè)務應用的擴展需要。
3.2數(shù)據(jù)需求分析及數(shù)據(jù)設計
所轄區(qū)域范圍內涉及管理對象設計包括以下內容——管線、附屬設施及作為參照對象的建筑、道路、景觀圍欄等模型及其屬性信息。針對管理對象的內容，數(shù)據(jù)存儲及結構設計如下：（1）模型對象，包括三維場景、建筑以及附屬設施等，采用文件加密方式進行存儲，將原始的.X模型文件經(jīng)過格式加密轉換形成.HSZ模型文件，并通過三維引擎可進行解密調用，也可通過專業(yè)工具進行模型文件的修改更新處理，確保模型數(shù)據(jù)在使用過程中的安全性。（2）管線模型作為主要管理對象，依據(jù)原始管線CAD數(shù)據(jù)轉換而來，以點—線—點的邏輯形式存儲在SQLServer數(shù)據(jù)庫中，采用三維引擎讀取邏輯數(shù)據(jù)而生成三維模型的的方式進行瀏覽和管理。（3）各類模型數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)以及管理信息，也采用SQLServer數(shù)據(jù)庫進行存儲。針對數(shù)據(jù)模型對象及其屬性今后在工作中的管理特點，研發(fā)兩種數(shù)據(jù)入庫管理的手段，一是針對數(shù)據(jù)初始化工作，為數(shù)據(jù)管理員的批量入庫工具，實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)快速入庫的功能；二是針對日常管網(wǎng)維護改造工作，在三維可視化場景中為管理員開放數(shù)據(jù)維護權限，可逐對象進行修改編輯。另外，針對三維場景和建筑，專門研發(fā)了兼容三維引擎接口的模型管理工具，實現(xiàn)現(xiàn)有模型包的解密，添加或替換新模型后再實現(xiàn)加密打包功能。
4系統(tǒng)主要功能模塊
4.1三維展示功能
基于howsky3D高效引擎，整個系統(tǒng)平臺借鑒GIS的管理模式，充分發(fā)揮信息技術、虛擬現(xiàn)實技術、網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢，打造一個滿足水廠管線管理工作需要的三維化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化信息管理平臺。三維管理平臺主要功能包括：多視圖瀏覽、場景拖動視角變換、模型分層顯隱、地面區(qū)塊透明度管理、屬性信息查詢、鷹眼定位、模型樹快速定位等基本功能。
4.2管線數(shù)據(jù)管理模塊
管線數(shù)據(jù)管理是一項可持續(xù)的工作，隨著水廠管線實際情況的不斷變化，管線數(shù)據(jù)管理也需要定期維護、不斷更新。由此該系統(tǒng)特設計管線維護維修管理、管線編輯（批量入庫和三維編輯）、模型維護等三個功能來滿足需求，以確保該系統(tǒng)較長的使用生命周期。管線編輯功能包括管點和管線等基本要素的三維可視化建立、附屬設施模型的添加、各類管網(wǎng)信息的屬性修改、附件添加。系統(tǒng)的編輯工作實現(xiàn)了留痕日志管理，做到編輯修改工作可追溯，在數(shù)據(jù)維護方面保留了嚴謹?shù)男薷囊罁?jù)。
4.3管網(wǎng)智能分析
三維管網(wǎng)智能分析功能包括橫斷面分析、施工圖分析、垂直凈距分析、管線連通分析、停水范圍分析、爆管關閥分析、流向分析、開挖分析、提取分析、提升分析等。比如：橫斷面分析，能夠直觀準確的反映出道路及道路下的管線分布情況，包括管線深度、位置、管徑信息。開挖分析，直觀地顯示地下管線的分布及種類狀況，為用戶觀察分析及施工提供依據(jù)；流向分析，動態(tài)顯示選中管線的介質流向，可結合管網(wǎng)的拓撲結構和閥門的開閉情況進行分析，指導人員施工作業(yè)。
4.4三維管網(wǎng)檔案管理模塊
三維管網(wǎng)檔案管理模塊包括管網(wǎng)檔案分類管理、管網(wǎng)檔案管理、模型附件檔案管理等三個主要功能。管網(wǎng)檔案分類管理可起到用戶自主維護檔案文件的作用，可以按照管網(wǎng)施工進展階段劃分，也可以按照文件類型進行劃分；管網(wǎng)檔案管理實現(xiàn)各種類型的檔案資料的完美整合、統(tǒng)一儲存、方便可查，可對檔案內容進行下載和上傳操作；模型附件管理允許用戶在三維界面中選中模型，自主關聯(lián)管網(wǎng)屬性信息和電子檔案。
5關鍵技術
三維可視化地下管線管理系統(tǒng)的應用，關鍵技術主要是數(shù)據(jù)的處理和效果的展示，從兩方面介紹本系統(tǒng)應用的關鍵技術。
5.1管線數(shù)據(jù)批量入庫
管線數(shù)據(jù)作為最主要的管理對象，數(shù)據(jù)入庫是一個復雜且龐大的工作。原始的數(shù)據(jù)包括電子版CAD圖紙，紙質圖紙等。每類圖紙因設計施工單位不同，故繪圖標準會有差異。通過管線數(shù)據(jù)批量入庫流程，確保了準確性和格式規(guī)范統(tǒng)一，縮減了工作量，解決了三維模型入庫自適應等技術問題。管線數(shù)據(jù)批量入庫流程如圖2所示。
5.2管線搭接無縫擬合
在管線數(shù)據(jù)入庫過程中，在多條線段交叉處，管線會出現(xiàn)管段的缺口，與真實的管線連接方式有一定差異。針對這種情況，采取管線段相切的橢圓法向量與切向量來計算生成管線模型，從而實現(xiàn)管線搭接無縫擬合。管線無縫擬合是指將兩個成一定角度相交的圓柱體管線根據(jù)其位置及相互之間的連接關系將相交切面由圓柱體的頂/底圓面處理成能平滑相連的的橢圓切面的過程，其概要算法如下：計算出兩個相交橢圓面的切向量以及法向量，并根據(jù)切向量及法向量進行叉乘計算，算出副法線方向。以切面橢圓圓心為中心點，將副法線方向繞法向量方向旋轉i/sum*360度（i=1，2，3....sum），得到橢圓基準點方向。以圓柱面半徑除以圓柱徑向量與橢圓法向量之間的交角的正弦值，即可得到橢圓的基準點長度，由基準點方向和長度即可得到基準點，連接所有的基準點成面即可得到橢圓。
結語
此系統(tǒng)為凈水廠地下管線管理建立了三維可視化平臺，實現(xiàn)了管線數(shù)據(jù)的直觀化、共享化、網(wǎng)絡化。系統(tǒng)架構易于理解，功能強大且簡單實用，用戶在較短的時間內即可學會系統(tǒng)使用，易于泰達凈水廠管線技改和相關維修維護的開展，提高了水廠應急處理能力，保障了凈水廠的安全運行。本系統(tǒng)的開發(fā)，在水廠內部管線數(shù)據(jù)管理的道路上，探索出了一套新型的管理辦法。
參考文獻
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第6篇：仿真引擎的關鍵技術范文
論文摘要：虛擬漫游系統(tǒng)的開發(fā)是虛擬現(xiàn)實技術的一個重要應用。以華北電力大學保定二校區(qū)為虛擬仿真環(huán)境 ，使用 3dmax建模工具對校 園中的各種模型進行建模，使用多種基于幾何建模的場景優(yōu)化措施，并基于googleeach衛(wèi)星截圖進行場景的精確布局設計。結合 virtools虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺，設計 了虛擬校園漫游系統(tǒng)的開發(fā)流程，并在微機平臺上實現(xiàn)了一個場景復雜的校 園實時漫游系統(tǒng)。該校 園漫游系統(tǒng)不但為用戶提供了友好的web界 面，而且設計并實現(xiàn)了基于導航圖控制的人機交互機制，便于綜合使用多種漫游方式快速漫游校 園的場景。
虛擬校園漫游系統(tǒng)作為校園數(shù)字化工程的一部分，是指利用高性能 計算 機軟硬件去創(chuàng)建具有良好交互能力、能使參與者具有沉浸感、有助于啟發(fā)參與者構思的信息環(huán)境。借助這樣一個基于真實空間或假象空間的實時仿真虛擬空間，不僅可以全面展示校園建筑物的外觀、周邊環(huán)境，還可以以任意視角觀察建筑物的內部布局結構和內部設施，使參觀者足不出戶就可以進入虛擬的校園，盡情領略校園的美好風光。虛擬現(xiàn)實技術則是在計算機圖形學、仿真、人一機接口、多媒體以及傳感技術的基礎上 發(fā)展 起來的一門交叉學科。用戶以6個自由度在這個仿真的環(huán)境里進行對話，以 自然 的方式進行交互操作。利用計算機生成的模擬環(huán)境，通過傳感設備和計算機接口，給用戶親臨其境的感受。WWw.133229.CoM高逼真虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實技術的核心內容，除了滿足沉浸感，還必須滿互性或實時性。虛擬校園漫游系統(tǒng)作為虛擬現(xiàn)實技術在特定領域的發(fā)展 和應 用，也 是是虛擬現(xiàn)實技術 的綜 合應 用，其研 究成果 同樣可用于公共建 筑項目(如車 站、機場、橋梁 、港 口、大壩、核電站等大型工程)、城市規(guī)劃設計方案、城市 交通 布局設計方案、建筑物室內設計、布置和裝飾效果的先期演示、驗證。目前已有的虛擬漫游系統(tǒng)根據(jù)其處理基元的類型可以分為 3種：基于多邊形的實時漫游系統(tǒng)，基于圖像的實時漫游系統(tǒng)以及混合類型的實時漫游系統(tǒng)。
基于圖像的實時漫游系統(tǒng)無需使用幾何模型的多邊形描述場景，而只需場景對象的數(shù)字圖像。這種方法雖然具有建模時間短，繪制效果逼真的優(yōu)點，但是存在圖像匹配困難，存儲數(shù)據(jù)量大，立體感不強的缺點。對于碰撞檢測等交互式行為仿真，用這類 算法處理 極為困難 。基于全景圖技術 的漫游系統(tǒng)就屬于這一類，而目前國內一些大學開發(fā)的校園漫游系統(tǒng)一般采用這種全景圖技術，可以實現(xiàn)對場景的固定視點的任意視角的漫游 ，但從一 個視點到另一個 視點的移動會產(chǎn)生跳躍，且交互性差，quicktime是這類漫游系統(tǒng)的代表。
基于多邊形的實時漫游系統(tǒng)也稱為基于幾何渲染的漫游系統(tǒng)。這類漫游系統(tǒng)一般具有很好的交互性，既可以在導航器的指導下漫游，也可以根據(jù)用戶的意愿自由漫游。但是一個高逼真的基于多邊形的虛擬校園漫游場景通常包含上千萬甚至更多的多邊形，大規(guī)模虛擬校園場景復雜度的增加勢必影響場景繪制的實 時性 。
混合漫游系統(tǒng)既使用圖像也使用多邊形來參與繪制，試圖融合前兩者的優(yōu)點，但是目前該技術不是很成熟，基于圖像的漫游系統(tǒng)固有的缺陷仍然存在。因此，本系統(tǒng)選擇采用基于多邊形建模的方法構建虛擬校園漫游系統(tǒng)。
1 基于多邊形的虛擬漫游關鍵技術
目前從技術角度來說，建筑物虛擬漫游的最大難點在于建模和實時繪制。雖然隨著計算機技術的發(fā)展，個人計算機的處理能力有了極大提升，甚至已經(jīng)超過了以往專業(yè)圖形工作站的水平。尤其是cpu和 gpu(graphics processing units)的迅猛發(fā)展，使得在微機上開發(fā)虛擬漫游系統(tǒng)具備了一定的物質基礎，但是由于室外建筑漫游所看到的景象距人們很近，因此需要繪制得非常逼真并且建模時需要構造得非常精細，這往往消耗計算機大量的時間和空間資源。同樣，對于構造出來的如此復雜的模型，在對其進行繪制時，由于gpu性能的制約也往往很難達到實時效果。因此，圍繞解決大規(guī)模室內外漫游場景繪制的質量與實時性的矛盾也就必然成為開發(fā)虛擬漫游系統(tǒng)要解決的關鍵問題。本系統(tǒng)主要實現(xiàn)一個基于多邊形的校園室外漫游，需要考慮使用的關鍵技術主要包括：可見性裁減技術，lod(1evel ofdetail)技術。
1．1 可見性裁減技術
可見性裁減處理從某個視點來說場景中可見部分的確定問題，即只將潛在的可見部分送入繪制管道，從而提高場景實時繪制的性能。如圖 1所示，根據(jù)場景中不可見面片的種類，可以將可見性裁減分為視見體裁減和遮擋剔除。視見體裁減主要裁減位于視見體外部的多邊形，簡單場景的視見體裁減可以基于 opengl等圖形繪制軟件包在基本圖元一級進行裁減，而對復雜場景的視見體裁減一般根據(jù)預處理階段構造的層次數(shù)據(jù)結構對場景空間數(shù)據(jù)進行合理組織，可以在場景對象一級進行裁減，因此使用 cpu進行視見體裁減的時間開銷更低。遮擋剔除是對于當前視點剔除掉位于視見體內且被其前面的遮 擋物(occluder)遮擋住的對象。另外，可以將裁減那些背向視點的多邊形的背面裁減理解為一種最簡單的遮擋剔除。綜合國內外在這方面的研究情況，可見性裁減算法主要分為預處理與實時處理，保守型與近似型，點與區(qū)域型，圖像空間與物體空間，還有單獨遮擋物與遮擋物融合5種類型 。
1．2 lod技術
lod繪制技術是指對網(wǎng)格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內，根據(jù)視點與物體的距離或物體的重要性等因素決定刪除點、邊、面，從而簡化所繪制場景的復雜度，加快圖形的繪制速度。因此這里采用lod 技術充分利用了人眼的視覺特性，在模型的精細程度與繪制的速度方面取一個折衷，既要保證一定的繪制質量，以滿足良好的視覺效果，又不造成用戶漫游的不適感。地形這一特殊的復雜模型一般采用多分辨率建模技術繪制。所謂多分辯繪制算法可以認為是lod技術的延伸，即算法實時地根據(jù)視點的變化而簡化地形繪制的一種方法。由于校園地形較為平坦，地貌特征并不復雜?；谝陨锨闆r，如圖2所示，本系統(tǒng)參照衛(wèi)星地圖構建了華北電力大學保定二校區(qū)地形的平面模型，用它來替代地形模型。
2 虛擬漫游系統(tǒng)流程設計與開發(fā)
在虛擬校園漫游系統(tǒng)開發(fā)過程中，對現(xiàn)有的建筑及其它場景采用實地拍攝，實地觀察，使用幾何建模的方法來進行場景搭建。工作流程如圖3所示。
2．1 virtools開發(fā)工具
本系統(tǒng)構建使用的v~tools是一套集創(chuàng)作應用程序、交互引擎和渲染引擎和模塊于一身的3d虛擬現(xiàn)實開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了提供給用戶方便易用的拖拉模塊式構建方法，還為程序員提供了編程sdk、腳本編程語言以及對圖形編程語言cetx的支持，以便于程序員開發(fā)更適合實際需求的高效解決方案 。
2．2 三維虛擬場景數(shù)據(jù)庫的構建與優(yōu)化
逼真的三維場景模型是構建高逼真虛擬漫游系統(tǒng)的關鍵，本系統(tǒng)的場景構造主要按照實地考察結果進行。建模同時還要實現(xiàn)場景細節(jié)表現(xiàn)與圖形負荷之間的高效平衡。為了使構造的漫游系統(tǒng)達到實時繪制要求，系統(tǒng)采用了場景數(shù)據(jù)庫的層次組織結構、紋理映射、實例化、lod層次細節(jié)模型、可見性裁剪等技術方法對場景進行優(yōu)化。
實體建筑是虛擬場景中的主體部分，也是最重要的場景內容。對實體建筑進行建模與優(yōu)化的一般步驟是：
(1)獲得建模數(shù)據(jù)。建筑外觀與幾何形狀等要求準確的數(shù)據(jù)，在沒有建筑圖紙的情況下主要根據(jù)實地拍攝的照片使用3ds max進行 建模。
(2)確定模型的層次結構，由于系統(tǒng)使用的建模工具不具備像multigen建模工具的樹狀層次結構來管理場景模型”，所以在模型建好后，通過導入到 virtools中進行層次設置。如先按主體分組，再在每個主體中分墻體、門、窗等。直到底層分解到基本圖元結構。
(3)去除冗余多邊形。描述實體模型表面的數(shù)據(jù)經(jīng)常存在冗余現(xiàn)象，這里的冗余多邊形主要是指在實體外部觀察模型時不可見的部分。例如，樓體的底面、內墻面及樓層之間的連接面等。由于場景瀏覽時它們處于不可見的位置，去除它們并不影響實體的視覺效果，而消除這些冗余多邊形則可以在很大程度上降低場景的復雜度。這里只考了建模時模型的可見性裁剪，對校園進行實時漫游時需根據(jù)virtools的sdk實現(xiàn)非基本 圖元層次的視見體裁減和 遮擋剔除 ，這樣可充分利用gpu的性能實時繪制復雜校園的室外場景。
(4)使用紋理映射。對于門、窗、欄桿等每棟建筑都具有且數(shù)量較大的細節(jié)部分，一般采取紋理映射的方法，在對應位置的多邊形表面上“貼制”紋理圖片，用來代替詳細的模型。這樣處理可以減少模型的多邊形數(shù)目和復雜程度，提高圖像繪制速度和顯示速度。只要視點不過于靠近建筑物，紋理映射并不會降低場景的逼真度。
(5)使用 lod技術對幾何模型和場景進行簡化。校園漫游系統(tǒng) 中對 lod的定義是利 用 3dsmax和 virtools來完成 的 。使用3dsmax~作不同精度的模型，在xrmools中設置調用范圍。采用lod模型后，可以實現(xiàn)只在漫游視點接近場景對象時，載入精細模型，其他情形下則可以用低分辨率模型進行替換。
此外，外部景觀在漫游場景中也是不可缺少的重要部分，美觀、適當?shù)耐獠烤坝^能極大的增強場景的真實感和逼真度。在本系統(tǒng)的虛擬校園巾，外部景觀主要包括：草地、樹木、花叢、路燈、涼亭、雕塑、花壇等。為了營造校園場景的真實氛圍，在場景構建后期還增加了人群與汽車等實體。
天空及遠景模型的構建也是場景中的重要內容。具體做法是在校 區(qū)地 形的邊緣構造 一個四周閉合 、由若干四邊形面組成的“圍墻”，通過在“圍墻”面上映射相應的紋理，來實現(xiàn)該方向上遠景的模擬。而對天空的模擬，如圖4所示，采用加蓋_個半球籠罩整個地形，在其內表面上映射相應的天氣效果紋理來實現(xiàn)。這樣，當視點在由地形、邊界立面、項面組成的內空間中移動時，加上適當?shù)墓庹招Ч?，可以使人感到遠景、天空所產(chǎn)生的強烈的縱深感。為了加強動態(tài)效果，還可以采用紋理變換的方法來實現(xiàn)動態(tài)移動的天空云彩。
場景實體模型的構建是按照場景層次結構的劃分來進行的，各層次實體景觀構建完后需要進行組合集成，最終形成虛擬場景的整體。本系統(tǒng)構建的虛擬校園的場景模型先按照小區(qū)域分別集成，然后將各小區(qū)域場景集成到地形模型上，可參照圖2所示校園平面圖進行位置的布局 。
2．3 場景地形的分塊調度管理
本系統(tǒng)構建的校園場景較大，這里采用分塊調度管理技術 。先將整個地形分割成若干多邊 形數(shù)較少的小單元地形并存成不同的地形模型文件，再以外部引用的方式分別調用(包括地形上的地物)，重新構成一個完成的地形模型。這樣可以根據(jù)視點所看到的區(qū)域，動態(tài)地選擇小單元地形模型進行調用，不需要調用整個地形模型，能有效地提高系統(tǒng)的吞吐量和場景繪制的實時性。
3 虛擬校園漫游功能的設計與實現(xiàn)
如圖5所示，本系統(tǒng)包括漫游模塊、3d地圖模塊及衛(wèi)星地圖模式。其中三維漫游主要包括固定路徑漫游、自由導航漫游 、定點漫游、場景導入和編輯等主要功能。 3d地圖模式和衛(wèi)星地圖模式則提供用戶 以地圖拖拉導航的方式形象直觀地進行校園漫游。
3．1 虛擬漫游人機交互控 制
人機交互一直都是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)研究中的重要內容。漫游系統(tǒng)中的實時交互性主要表現(xiàn)在兩個方面：一是用戶對場景中的實體對象能進行某些操作，并且實體對象能：征即以某種形式的變化反饋給用戶，響應用戶的操作 ；二是當用戶的位置與視點改變時，漫游引擎要能夠立即調度場景數(shù)據(jù)庫實時生成新的視點畫面，并顯示給用 戶 。
人的行走是日常生活中最普遍的行為，而在漫游系統(tǒng)中它也是最主要的行為。用來控制虛擬環(huán)境中視點位置的改變就是漫游系統(tǒng)中的主要交互方式。對視點控制交互方式的設計，主要考慮到方便性問題，即如何提供給用戶一種 自然 方便 的觀察環(huán)境的方式。視點控制要能夠模擬行人在虛擬環(huán)境中觀察場景，在必要時還能以定點方位的方式瀏覽場景。在本系統(tǒng)中視點用虛擬相機來表示，所以對視點的控制實質足對相機進行設置與控制。通過對相機采用不同的控制方式可以實現(xiàn)不同的漫游方式。在校區(qū)漫游系統(tǒng)中，對相機使用以下控制方式：
(1)相機的靜態(tài)控制。相機本身具有位置和旋轉角度屬性。當進入漫游系統(tǒng)時，根據(jù)需要義初始設置的默認視點繪制場景，用戶可通過預設的視點切換校園場景。
(2)相機按固定路徑進行漫游。按下響應控制鍵，將按照設定好的路徑 對整個校園進行瀏覽。如圖 6所示為自由導航模式下的校園全景。
(3)自由漫游。以第一人稱視角 進行漫游 。
(4)定點漫游。點擊相應建筑物名稱即傳送到對應建筑物。
3．2 導航圖控制
如圖6左上角所示的導航圖是漫游系統(tǒng)中普遍使用的向導工具，一般使用二維地圖表示。與三維場景的視圖相比，二維地圖的優(yōu)勢在于它可以提供更加廣闊的視野空間，使漫游者很容易從總體上把握當前所處的位置及周邊環(huán)境狀況。系統(tǒng)采用首先將三維場景渲染成一張二維平面地圖，然后利用虛擬相機實現(xiàn)地圖的顯示、縮放以及二維與三維視點的同步運動。
4 結束語
本文在研究基于多邊形的虛擬漫游實時優(yōu)化等關鍵技術的基礎上，以華北電力大學保定二校區(qū)為仿真實例，使用3dsmax、virtools中buildingblock及sdk工具設計并實現(xiàn)了～個具有基本漫游功能及簡單場景設置的實時虛擬校園漫游系統(tǒng)。針對本系統(tǒng)實時性及逼真性進一步改進的考慮，今后的工作包括：地形匹配問題；基于遮擋裁剪技 術的高效場景優(yōu)化問題；基于 網(wǎng)絡 漫游的實時性問題。另外，系統(tǒng)功能的進一步完善也是今后的工作。通過功能完 善使之還具備實 時通訊、個人信息管理、信息交流、官方信息等功能，甚至能為網(wǎng)絡教學提供三維虛擬平臺。
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第7篇：仿真引擎的關鍵技術范文
關鍵詞：P2P技術；數(shù)據(jù)分發(fā)；數(shù)據(jù)傳輸；點對點
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)31-0822-03
Based on P2P's Remote Data Distribution Technology Research
ZHAO Jian-fei, DUAN Xin-wen
(Physics Department, Qinghai Normal University, Xining 810008, China)
Abstract: The Peer-to-peer(P2P) network has three main structures: Distributed Hash Table (DHT) structure, tree structure, and mesh structure. P2P technology has been extended to almost all areas of network applications. In this paper, taking remote data distribution technology as an example, from the view reducing data storage and transmission's costs and saving social resources, combine domestic and international trends in the development of P2P technology, and explore remote data distribution model, which based on P2P technology.
Key words: P2P technology; data distribution; data transmission; peer-to-peer
傳統(tǒng)的遠程數(shù)據(jù)分發(fā)是一個以服務器為中心的C/S網(wǎng)絡關系模型，這種模型面臨著三個難以解決的問題，一是以服務器為中心加重了服務器的負擔，致使服務器效能低下；二是如果用戶過多，將會導致數(shù)據(jù)傳輸速率非常低；三是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的完整性得不到保證。本文結合遠程數(shù)據(jù)分發(fā)現(xiàn)行的難度，探討基于P2P技術的低成本、高效率的遠程數(shù)據(jù)分發(fā)模式。
1 P2P技術簡介
P2P(Peer to peer) 作為網(wǎng)格計算[1](GridComputing) 的重要技術之一目前受到越來越多的關注。P2P可簡單地定義為通過直接交換、共享計算機資源和服務，每一個對等點可以同時充當客戶端和服務器兩種角色，可充分利用終端設備的處理能力實現(xiàn)更廣泛意義上的數(shù)據(jù)分發(fā)與信息交互。作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的新的應用型技術，P2P 可廣泛適用于遠程數(shù)據(jù)分發(fā)、分布式搜索、分布式存儲與計算及企業(yè)協(xié)同等領域。
1.1 基于P2P的遠程數(shù)據(jù)分發(fā)的優(yōu)點
基于TCP/IP的數(shù)據(jù)分發(fā)是傳統(tǒng)的模式，與之相比較，基于P2P技術的數(shù)據(jù)分發(fā)成本更小，分發(fā)更容易實現(xiàn)。P2P 能充分發(fā)揮高性能PC機的潛力，節(jié)約存儲成本，減輕服務器的壓力，充分發(fā)揮包括人力資源在內的一切社會資源?；赑2P的搜索引擎為網(wǎng)絡信息搜索提供了全新的解決方法，其最大優(yōu)點在于應用先進的對等搜索理念，對互聯(lián)網(wǎng)絡進行全方位的搜索，不受服務器、及宿主設備的限制，其搜索深度和廣度是傳統(tǒng)搜索引擎所難以比擬的，其搜索范圍可在短時間內以幾何級數(shù)迅速增長，理論上包括網(wǎng)絡上的所有開放的信息資源，采集到的信息將有更強的實時性和有效性。例如：一個基于P2P的搜索引擎SD(search demon)，它可將Agent技術應用在SD 之中，并結合P2P對等網(wǎng)絡，為網(wǎng)絡信息資源的共享提供理想框架[2]。
1.2 P2P協(xié)議分析
BitTorrent協(xié)議是架構于TCP/IP協(xié)議之上的一個P2P文件傳輸協(xié)議，處于TCP/IP結構的應用層。 BitTorrent協(xié)議本身也包含了很多具體的內容協(xié)議和擴展協(xié)議，并在不斷擴充中。根據(jù)BitTorrent協(xié)議，文件者會根據(jù)要的文件生成提供一個.torrent文件，即種子文件。.torrent文件包含Tracker信息和文件信息兩部分。Tracker信息主要是BT下載中需要用到的Tracker服務器的地址和針對Tracker服務器的設置，文件信息是根據(jù)對目標文件的計算生成的，計算結果根據(jù)BitTorrent協(xié)議內的B編碼規(guī)則進行編碼。它的主要原理是需要把提供下載的文件虛擬分成大小相等的塊，塊大小必須為2k的整數(shù)次方（由于是虛擬分塊，硬盤上并不產(chǎn)生各個塊文件），并把每個塊的索引信息和Hash驗證碼寫入.torrent文件中；所以，.torrent文件就是被下載文件的“索引”。
BT客戶端首先解析.torrent文件得到Tracker地址，然后連接Tracker服務器。Tracker服務器回應下載者的請求，提供下載者其他下載者（包括者）的IP。下載者再連接其他下載者，根據(jù).torrent文件，兩者分別對方告知自己已經(jīng)有的塊，然后交換對方?jīng)]有的數(shù)據(jù)。此時不需要其他服務器參與，分散了單個線路上的數(shù)據(jù)流量，因此減輕了服務器負擔。 下載者每得到一個塊，需要算出下載塊的Hash驗證碼與.torrent文件中的對比，如果一樣則說明塊正確，不一樣則需要重新下載這個塊。這種規(guī)定是為了解決下載內容準確性的問題。 而BitTorrent協(xié)議下載的特點是，下載的人越多，提供的帶寬也越多，種子也會越來越多，下載速度就越快。
2 P2P 技術與遠程數(shù)據(jù)分發(fā)的結合
目前P2P技術已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上得到了廣泛的應用，而遠程數(shù)據(jù)分發(fā)與P2P技術結合目前還是處于起步階段。下面我們先引入兩個概念：
2.1 混合式P2P網(wǎng)絡[3]
這種模型中各節(jié)點之間可以直接建立連接，但網(wǎng)絡的構建需要服務器（Server），通過Sever集中認證，建立索引機制。服務器僅用于輔助對等節(jié)點之間建立連接，而不擔當數(shù)據(jù)服務器作用，一旦連接成功，服務器不再起作用，對等節(jié)點之間直接進行通信。
在這種共享模式中，信息用戶獲取信息的途徑傳統(tǒng)P2P方式基本一致，不同的是需要服務器的連接與約束，易于發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點、易于管理且安全性較好。目前P2P技術的應用大多為這種模式，較為典型的如Napster等。通過這種數(shù)據(jù)共享模式，遠程待分發(fā)的數(shù)據(jù)資源可以得到更安全（網(wǎng)絡安全、信息安全）、更合理的利用（合理分配網(wǎng)絡資源），并且能夠有效阻止非授權用戶的訪問。
2.2 P2P群集和VPN
構建于互聯(lián)網(wǎng)之上的P2P應用不再簡單地限于兩個點，完全可以擴展到多點的群集，形成互聯(lián)網(wǎng)中的一個虛擬的子網(wǎng)，構成一個精簡的VPN。這樣一來，通過相對簡單的，僅僅是對P2P用戶端軟件的操作，用戶就可以主動地選擇不同的VPN并加入，同時也就使得了不同的VPN同時存在于互聯(lián)網(wǎng)之中。個性化、專業(yè)化同時又是開放（基于互聯(lián)網(wǎng)）的VPN的出現(xiàn)，使信息的集中和流動更接近現(xiàn)實社會的信息流動方式，更易于為人們所接受。比如喜愛音樂的人們建立了自己的音樂VPN，擅長編程的設計師可以建立自己的程序員VPN，而對于企業(yè)，行業(yè)化、渠道化的組織終于有了一個在互聯(lián)網(wǎng)上安家的便捷途徑?？梢灶A計，行業(yè)化的目錄服務、信息服務將通過此方式迅速涌現(xiàn)，為企業(yè)或是個人的遠程數(shù)據(jù)分發(fā)提供一個良好的應用環(huán)境。
2.3 P2P技術與遠程數(shù)據(jù)分發(fā)主要結合過程如下：
1) 建立Tracker服務器：本文以在OpenBSD中安裝的BitTorrent為例，只安裝幾個基本的依賴包。安裝好后，bttrack.py等工具都放在'/usr/local/bin/'下了。使用'/usr/local/bin/bttrack.py'做為Tracker。用法是
# bttrack.py --port 6969 --dfile /var/log/bttrack/dlinfo
--allowed_dir /home/torrents
--show_infopage 0
--logfile /var/log/bttrack/bttrack.log
簡單解釋一下幾個參數(shù)的含義： --port 6969
表示bttrack運行在6969端口。所以在做防火墻規(guī)則的時候要注意打開它。
--dfile /var/log/bttrack/dlinfo
表示將當前下載信息存儲在'/var/log/bttrack/dlinfo'文件中。
--allowed_dir /home/torrents
表示服務器只允許該目錄下的'torrent'文件連接BT Tracker。在非該目錄下載時會報錯。
--show_infopage 0
表示是否打開info頁面。即在訪問服務器的6969端口時能否看到Tracker的當前信息。
--logfile /var/log/bttrack/bttrack.log
表示將Tracker的日志信息寫入 '/var/log/bttrack/bttrack.log'中。
2) 建立文件服務器：SERVER(如圖1)用于存儲待分發(fā)的文件的副本。當需要分發(fā)的文件比較大的時候，可考慮建立P2P集群，從而加快遠程數(shù)據(jù)分發(fā)的速度。
3) 建立認證服務器―AAA系統(tǒng)（如圖2）
AAA服務器是本系統(tǒng)中非常重要的一個部分，它完成接入認證、授權以及計費的功能。目前，由于RADIUS協(xié)議是唯一的AAA協(xié)議標準，因此我們的系統(tǒng)中AAA服務器的實現(xiàn)采用RADIUS協(xié)議，實現(xiàn)RADIUS協(xié)議中提供的AAA服務功能。
AAA系統(tǒng)主要包括認證、計費服務器外，還包括用戶和計費信息的存儲、用戶和計費策略管理等。在整個AAA系統(tǒng)中，RADIUS服務器之間以及RADIUS認證服務器與客戶端通訊遵循RADIUS協(xié)議標準；用戶信息和計費信息保存在 MySQL 數(shù)據(jù)庫中。
① 用戶認證：用戶申請服務時，需要得到用戶的認證信息，驗證過程加密傳輸。
② 用戶授權：用戶的認證請求被驗證后，按照該用戶權限決定是否接入P2P網(wǎng)絡。
③ 服務計費：系統(tǒng)根據(jù)計費算法及策略計算，并保存計費過程產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。
④ 用戶管理：主要功能包括用戶注冊、費用管理查詢、權限設置等。
4)P2P小系統(tǒng)仿真結果
P2P小系統(tǒng)仿真實驗通過搭建起真實的環(huán)境，在現(xiàn)實條件下抓數(shù)據(jù)。真實網(wǎng)絡仿真技術是一種通過建立網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡鏈路的統(tǒng)計模型，并模擬網(wǎng)絡流量的傳輸，從而獲取網(wǎng)絡設計或優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡性能數(shù)據(jù)的仿真技術。由于仿真不是基于數(shù)學計算，而是基于統(tǒng)計模型，因此，統(tǒng)計復用的隨機性被精確地再現(xiàn)。
真實網(wǎng)絡仿真技術具有以下特點：1) 全新的模擬實驗機理使其具有在高度復雜的網(wǎng)絡環(huán)境下得到高可信度結果的特點；2) 網(wǎng)絡仿真的預測功能是其他任何方法都無法比擬的；3) 使用范圍廣， 既可以用于現(xiàn)有網(wǎng)絡的優(yōu)化和擴容，也可以用于新網(wǎng)絡的設計，而且特別適用于中大型網(wǎng)絡的設計和優(yōu)化；四，初期應用成本不高，而且建好的網(wǎng)絡模型可以延續(xù)使用，后期投資還會不斷下降。
最后我們將小系統(tǒng)局域網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)總結為時間與節(jié)點的表格如表1（數(shù)據(jù)具有局部性的限制）。
表1 小系統(tǒng)局域網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)總結
■
P2P技術在最近幾年獲得了高速的發(fā)展，也出現(xiàn)了較多應用，但截至目前，P2P中仍有很多的關鍵技術問題并沒有得到解決，其中最典型的就是帶寬吞噬、網(wǎng)絡可擴展性差和路由效率低下等問題。這導致P2P至少在目前的技術水平而言只能是一種小范圍不可靠的應用或是滿足特定任務需求的專門應用[4]。
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第8篇：仿真引擎的關鍵技術范文
航天試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用基于瀏覽器的B／S架構，利于使用人員（研究員、高級工程師、項目負責人、工程師等）以自己的角色、按照被系統(tǒng)賦予的權限，在管理平臺中進行產(chǎn)品的分析和設計。使用人員在該平臺中所完成各項工作的所有數(shù)據(jù)均可便捷地保存到數(shù)據(jù)庫中，以保證數(shù)據(jù)的一致性。系統(tǒng)平臺由應用層、核心層和數(shù)據(jù)層組成。應用層主要負責向用戶提供各個功能模塊及界面工具，滿足對試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的使用需求；核心層主要負責系統(tǒng)中對象化數(shù)據(jù)管理和流程驅動等核心功能的實現(xiàn)，提供各類外部接口訪問的API；數(shù)據(jù)層主要負責與SQLServer、Oracle和DB2等底層商用數(shù)據(jù)庫的訪問操作，以文件倉庫形式對非結構化文件數(shù)據(jù)進行存儲，并能通過作業(yè)調度接口調用第三方計算服務器。
2系統(tǒng)主要功能模塊設計
2．1系統(tǒng)關鍵技術
1）基于元對象的動態(tài)建模技術：航天試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的結構，再從元對象生成存儲數(shù)據(jù)具體內容的表。在業(yè)務邏輯變更時，只需修改元對象描述的數(shù)據(jù)結構，而不需要對數(shù)據(jù)庫結構進行變更。基于元對象的數(shù)據(jù)建模，將數(shù)據(jù)按內容格式分為多個對象，用靜態(tài)的數(shù)據(jù)表建立這些對象的元對象，包括對象的名稱、標識符、特征、每類數(shù)據(jù)的屬性、各個屬性的格式、數(shù)據(jù)之間的關系（一對多或多對多）。數(shù)據(jù)對象分為元對象本身和數(shù)據(jù)對象實例兩個部分。其中，元對象分為數(shù)據(jù)對象定義、數(shù)據(jù)對象屬性定義、文件倉庫定義和數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)表定義，數(shù)據(jù)庫的邏輯模型如圖3所示。2）數(shù)據(jù)對象追溯技術：數(shù)據(jù)對象可以表示設計過程中的人員、設備、模型、過程、結果等各類信息。數(shù)據(jù)類支持繼承關系，數(shù)據(jù)類通過繼承來擴展時，將自動獲得其父類中建立的數(shù)據(jù)屬性和數(shù)據(jù)關聯(lián)關系。數(shù)據(jù)類之間的關聯(lián)關系作為數(shù)據(jù)類的特殊屬性進行定義，通過這類屬性，數(shù)據(jù)類之間的相關性和追溯性可以保留下來，并通過門戶等形式展現(xiàn)給終端用戶，以輔助對流程、數(shù)據(jù)的分析。3）數(shù)據(jù)高效傳輸技術；數(shù)據(jù)文件的上傳和下載均需要對大量數(shù)據(jù)進行高效傳輸，從而保證較高的效率和良好的用戶體驗。為解決大數(shù)據(jù)文件（文件大小≥1GB的文件）和多文件同時上傳下載，需要開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸控件，控件支持文件大小和進度顯示，底層協(xié)議采用Socket實現(xiàn)高并發(fā)。大文件的傳輸方式采用斷點續(xù)傳技術保證傳輸效率和文件完整性。
2．1數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)引擎為核心，按照功能性質可分為數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)利用3個階段。數(shù)據(jù)建模采用自定義數(shù)據(jù)對象類的方式實現(xiàn)，能夠支持不同試驗過程中各種復雜的數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)格式。一旦模型建立好之后，數(shù)據(jù)對象可以通過AE的調用進行創(chuàng)建，在AE的執(zhí)行過程中，數(shù)據(jù)對象的關聯(lián)關系以及譜系關系也會隨之產(chǎn)生。在數(shù)據(jù)的分析利用階段，可以通過第三方的分析軟件或可視化控件對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行分析，同時系統(tǒng)還提供了對數(shù)據(jù)對象的查看、檢索等基本功能。系統(tǒng)涉及到的相關功能模塊如圖4所示。
2．1．1基于產(chǎn)品結構樹的數(shù)據(jù)導航
產(chǎn)品結構樹是指依據(jù)產(chǎn)品幾何結構間的隸屬關系所形成樹狀圖，航天產(chǎn)品設計人員一般習慣于按照產(chǎn)品結構樹對三維模型進行管理。因此，需要為用戶定制與PDM系統(tǒng)一致的產(chǎn)品結構樹，實現(xiàn)數(shù)據(jù)按照產(chǎn)品間的隸屬關系分層管理，以符合工程技術人員的使用習慣。用戶通過點擊產(chǎn)品結構樹上的節(jié)點，即可顯示隸屬于該節(jié)點的數(shù)據(jù)，試驗數(shù)據(jù)按條列表顯示數(shù)據(jù)基本信息，并能查看和下載源文件。管理員能夠根據(jù)用戶的需求進行個性化定制，具體功能包括對項目、零部組件等各級節(jié)點的增加、刪除、修改等操作，以滿足普通用戶的需求。產(chǎn)品結構樹的配置采用XML文件進行描述，通過解析EL表達式實現(xiàn)靈活配置。EL表達式在處理數(shù)據(jù)管理關系時具有強大的表述能力，結合產(chǎn)品結構的需求，需要定制多個維度的數(shù)據(jù)對象所對應的數(shù)據(jù)類。各維度之間無直接關系，但可通過數(shù)據(jù)實現(xiàn)間接關聯(lián)。詳細的產(chǎn)品結構樹數(shù)據(jù)對象定制流程如圖5所示。
2．1．2基于數(shù)據(jù)譜系的查詢檢索
通過數(shù)據(jù)對象詳情可對數(shù)據(jù)的上傳時間、上傳人員、文件類型、所屬項目等信息進行追溯，還可對數(shù)據(jù)操作之間的關聯(lián)關系和數(shù)據(jù)版本號等信息進行查看。試驗查詢搜索功能允許用戶通過關鍵字來快速查詢和搜索數(shù)據(jù)，快速查詢將根據(jù)關鍵字返回數(shù)據(jù)庫中具有關鍵字的數(shù)據(jù)對象，通過選擇可限定該關鍵字出現(xiàn)的具置。對于查詢的結果，用戶還可以根據(jù)數(shù)據(jù)類型、所有者等屬性對查詢結果進行篩選，以縮小搜索范圍，提高檢索效率。
2．2數(shù)據(jù)應用工具
2．2．1試驗數(shù)據(jù)可視化
仿真和試驗數(shù)據(jù)的格式各不相同，不同格式數(shù)據(jù)的讀取和顯示依賴于不同的軟件，因此在客戶端對這些數(shù)據(jù)進行讀取和顯示時需要安裝這些軟件，使得數(shù)據(jù)顯示過程較為繁瑣。因此，需要實現(xiàn)仿真和試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)一在線顯示，以方便用戶直接查看。用戶通過瀏覽器登錄進入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，點擊需要查看的數(shù)據(jù)，如果本地計算機上未安裝可視化控件，則提示并自動安裝。用戶正確安裝該控件后，即可通過瀏覽器窗口直接顯示查看的三維模型、仿真或試驗結果，而不需安裝種類繁多的CAD和CAE軟件，便于不同專業(yè)的人員查看數(shù)據(jù)?？梢暬丶苤С?種以上CAE數(shù)據(jù)格式（OP2、HSF等）的在線查看，作為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的服務器，需要提供可視化控件的下載和版本管理，以及文件格式和控件在頁面打開時的關聯(lián)動作。通過編寫可視化控件的viewPlugin．properties文件，在文件中添加file．type屬性可以實現(xiàn)文件類型的可視化控件調用，如果控件不存在，將提示客戶端安裝可視化控件。
2．2．2試驗數(shù)據(jù)處理與分析
為更好地利用仿真和試驗結果，需要對仿真和試驗數(shù)據(jù)進行處理，以方便用戶查看和分析。試驗數(shù)據(jù)處理與分析主要通過提供數(shù)據(jù)讀取的WebService接口，調用分析控件實現(xiàn)對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的分析處理，這部分功能需要通過WebService接口將系統(tǒng)中的試驗數(shù)據(jù)開放給第三方控件（數(shù)據(jù)導入、導出控件、數(shù)據(jù)分析控件等）。第三方控件能夠將不同格式的數(shù)據(jù)以表格、曲線圖、散點圖、柱狀圖等不同的形式顯示，能夠完成對數(shù)據(jù)的常用處理操作，主要包括對數(shù)據(jù)進行插值、擬合、微分積分、FFT分析、濾波等，同時支持用戶采用自定義算法對數(shù)據(jù)進行處理和分析。
3系統(tǒng)應用
目前該系統(tǒng)已應用于產(chǎn)品研制，通過該系統(tǒng)實現(xiàn)了項目團隊中CAE仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，為虛實數(shù)據(jù)對比和分析提供了支撐，改變了傳統(tǒng)的仿真與試驗數(shù)據(jù)分散管理的方式。便于設計人員、仿真分析人員和試驗人員協(xié)同工作，充分挖掘數(shù)據(jù)中的信息，大幅減少了項目團隊成員之間人工數(shù)據(jù)交互可能產(chǎn)生的錯誤，明顯提高了團隊的工作效率。
4總結
第9篇：仿真引擎的關鍵技術范文
2014年1月11日凌晨，云南香格里拉古城發(fā)生火災，珍貴的古建筑被付之一炬；
僅過半個月，貴州鎮(zhèn)遠的一場大火，又將中國保持最完整的侗族村寨之一報京侗寨變成焦炭。
如果說古建筑存在耐火等級低的問題，那么現(xiàn)代建筑物發(fā)生火災就更令人扼腕――
2009年2月9日，北京京廣橋附近的央視新大樓北配樓發(fā)生火災，火場救出30多名傷員，一名消防人員犧牲；
2010年11月15日，上海市靜安區(qū)膠州路公寓大樓發(fā)生特大火災事故，共造成58人死亡，71人受傷；
……
火災給我們帶來的不僅僅是財產(chǎn)損失，更有失去親人的切膚之痛。
其實，我們的祖先很早就開始同火災作斗爭，并積累了豐富的經(jīng)驗，最早見于《周易》：“水在火上，既濟。君子以思患而預防之?！睎|漢史學家荀悅在《申鑒?雜言》中進一步明確提出：“防為上，救次之，誡為下”的“防患于未然“的思想。
現(xiàn)代建筑的發(fā)展體現(xiàn)出與以往不同的方向：向高處和地下，多用途、多功能復合型，大跨度、大容量的方向發(fā)展。而上述任何一類建筑形式，都會給建筑防火帶來全新的問題，對現(xiàn)有技術提出新的挑戰(zhàn)。
1986年，我國第一個建筑防火研究所成立，這也是由聯(lián)合國開發(fā)計劃署和中華人民共和國建設部聯(lián)合投資組建的建筑行業(yè)最大的一個專門從事建筑防火研究的機構。“當拿到由中國政府代表龍永圖先生親筆簽定的合同書的那一刻，我有一種近乎窒息的快樂和心酸，我知道自己新生了?！苯ㄖ阑鹧芯克鶆?chuàng)業(yè)所長李引擎這樣描述自己當時激動的心情。此后的20多年間，他帶領科研團隊先后完成了上百項國內大型和特殊建筑工程的性能化防火設計工作，其中包括北京新十大建筑中九個建筑物的性能防火設計。談及此，他滿是謙虛：“至今我并不認為自己是個成功者，只是為這項事業(yè)的發(fā)展做了一些基礎性的工作?！?/p>
學成歸來
自從事建筑防火研究至今，李引擎已在這個行業(yè)連續(xù)工作了整整27年。對于當年的選擇，他很坦率：“我從事這個行業(yè)工作沒有任何其他的背景條件，只是一次偶然的被動選擇”。
上世紀80年代初，法國建筑科學研究院決定資助中國建筑科學研究院的幾名研究人員去法國進修，于是，研究院從下屬各所共抽調8名同志集中學習法語以備選派。集中學習結束后，李引擎成為第一個被法方選中資助進修的研究人員，學習“建筑防火”專業(yè)。這在當時無異于“第一個吃螃蟹的人”，彼時國內建筑業(yè)不僅沒有專人研究防火項目，即便是一般的普及知識都極少。
“我那時對消防的認識還僅僅限于消防車滅火和室內消火栓。”論及當年，李引擎笑著說。拿著法國發(fā)來的通知，他的內心充滿矛盾：去，無法預測最終事業(yè)的發(fā)展；留，會喪失一次難能可貴的機會。終于，了解外面世界的渴望戰(zhàn)勝了內心的糾結，李引擎踏上了法蘭西的土地。
作為法國建筑科學院接收的有史以來第一個專業(yè)進修的中國人，李引擎面臨的壓力不可謂不大：生活環(huán)境陌生，語言交流不暢，專業(yè)知識缺乏……這一切使他一度陷入苦悶和孤獨之中。好在法國人的幽默和友情使他很快地適應了工作和生活，逐漸了解并深入學習了材料的防火測試、結構的耐火研究、防排煙系統(tǒng)的計算與模擬等建筑防火的知識和標準規(guī)范等專業(yè)知識。
法國的古建筑聞名于世界，從20世紀70年代起，法國就開始開展古建筑的防火保護研究。指導老師以自己主持的盧浮宮內新建玻璃塔的消防問題為李引擎?zhèn)魇诹私ㄖこ谭阑鹪O計等問題，他開始進入角色并去親近建筑防火科學。忙碌的日子總是過得很快，李引擎的勤奮好學贏得了老師和同學的一致好評。緊張的法國之旅即將結束時，學院副院長為李引擎爭取到一個博士生的獎學名額，希望他做自己的學生，留在法國繼續(xù)深造。經(jīng)過深思熟慮，李引擎婉言謝絕了這次千載難逢的機會，選擇了回國：“主要是考慮到我的公派身份，以及回國后要做的創(chuàng)新性工作。我熱愛科學，但更愛我的祖國?！?/p>
白手起家
回國之后不久，中國建筑科學研究院對李引擎委以重任――負責組建我國建設系統(tǒng)第一個專門從事建筑防火研究的研究所。
“這次決擇對我而言很困難?！卑资制鸺易匀唤^非易事，尤其當時李引擎已經(jīng)升任室副主任，原來所屬單位建立起的業(yè)務基礎和工作關系將化為烏有，一切無異于從零開始，他很坦誠地說出了自己當時的忐忑：“萬一做不下去，我在本院的研究生涯就會在事實上‘完結’?！?/p>
人生的道路雖然漫長，但緊要處常常只有幾步。
幾經(jīng)思考，領導委以重任的信任和成就一番事業(yè)的激情使李引擎最終踏上全新的“創(chuàng)業(yè)”之路。從無到有創(chuàng)建一個研究所，而建設資金還沒有到位，其困難和艱苦程度可想而知，可謂一窮二白。初建建筑防火研究所，只有幾位從各方聚集起來的同事和兩間借用的房間，就連李引擎這個所長用的辦公桌，也是從別人倉庫里找來的棄物。
不過，物質上的匱乏在李引擎看來都不算什么，當時擺在他面前最重要的問題是：從哪些方面著手進入建筑防火研究領域，以及如何尋求到一筆建設資金?！案鶕?jù)我在法國學習的了解，如果沒有幾百萬的投入是不可能建立起最基本試驗條件的?！睅捉?jīng)周折，在建設部有關司局的關心下，建設部“七五”重點科研項目中為建筑研究所列上了第一個“建材耐火性能”的科研課題。正是這個只有10來萬元的科研項目，使李引擎得以正式開展建筑防火的工作，并由此購入或自制了一些小型試驗儀器。
隨后，李引擎得知聯(lián)合國開發(fā)計劃署每年要給發(fā)展中國家的一些社會公益項目予以無償援款建設，便開始尋求進入該援助計劃之路。歷經(jīng)無數(shù)次的反復，耗去近三年的時間，終于，建筑防火研究所在1989年獲得了110萬美元的無償援款。拿到合同書的那一刻，他告訴自己：“從此，我將沿著這個方向，一步一步地用自己的激情去鋪就這條不平凡的生命之路?！?/p>
建功立業(yè)
如果說20世紀的建筑設計主要競爭于造型和功能要求，那么21世紀建筑設計行業(yè)的核心競爭力則主要體現(xiàn)預防災害發(fā)生方面，包括防火在內的防災設計是判定建筑設計方案好、壞的最重要條件之一。
性能化設計是建筑防火設計理論方法的一次革命。它運用消防安全工程學的原理和方法，針對各類建筑物的實際狀態(tài)，對建筑的火災危險和將導致的后果進行預測與評估，在獲得最優(yōu)防火設計方案的同時，確保了一些特殊外形和功能的建筑方案得以實現(xiàn)。李引擎率先在國內開展了這項研究工作，并將成果全面系統(tǒng)地應用到實際工程設計中。
而最讓李引擎驕傲和難忘的，還是作為奧運安保顧問，他率領團隊具體參與了北京2008年奧運會建設工程的消防安全設計與評估工作。
2008北京奧運會極大地推動了我國建筑設計及工程建設的發(fā)展，向全世界人民展示了一批具有國際水平的體育場館和配套設施，但這些創(chuàng)新的建筑設計導致了奧運場館消防設計無法滿足我國現(xiàn)行相關消防技術規(guī)范的要求或我國現(xiàn)行相關消防技術規(guī)范尚未涵蓋。
為此，李引擎率領本所的科技團隊從結構防火、安全疏散、排煙設計、火災探測監(jiān)控、火災自動滅火等方面著手，應用火災工程學以及計算機模擬仿真等方法，采用性能化設計理念，成功解決了國家體育場、國家體育館等11個奧運會競賽場館以及國際廣播中心等4個奧運會非競賽場館，國家會議中心、奧林匹克公園地下交通聯(lián)系通道等6個奧運會相關設施建筑功能與消防安全之間存在的矛盾，實現(xiàn)了建筑物的建筑功能、消防安全和經(jīng)濟投資的最佳統(tǒng)一。由于性能化防火設計考慮的全面，火災場景選擇合理，提出的各項管理措施落實到位，各項消防設施運行正常，確保了奧運場館及相關設施在奧運會期間的消防安全。
鑒于在2008年北京奧運工程消防設計咨詢和火災風險評估方面的突出成績，2008年9月北京市公安局消防局向李引擎領導的團隊發(fā)來感謝信，2009年4月團隊又被人力資源社會保障部、國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會聯(lián)合授予“中央企業(yè)先進集體”的稱號。
而在上海世博會建設期間，李引擎又將性能化防火設計理念運用在世博會一軸四館的設計過程中，并作為專家委員會主任主持了這五個項目最終消防設計方案的評審；同時主持了中國館、主題館和未來館中的所有國內各布展設計方案的評審工作。
為此，上海世博會事物協(xié)調局特向李引擎頒發(fā)了榮譽證書，表彰他作為世博會的消防安全專家為上海世博會場館消防設計做出的貢獻。世博會勝利結束后，上海世博會組委會和上海世博會執(zhí)委會聯(lián)合簽發(fā)了榮譽紀念證書，表彰李引擎為這屆世博會做出的積極貢獻。之后，國務院國資委評選他為中央企業(yè)參與2010年上海世博會榮譽個人。
談及昔日的榮光，李引擎十分謙虛淡然：“我不是一個智商很高的人，只是不愚笨而已。如果說這些年取得了一些成績和社會認知，那是因為我20多年只持續(xù)做了一件事，同時也可能是機會好一些，并且適時掌握了它們?！?/p>
執(zhí)著追求，認真做事，重視效率，這是他對自己20多年來工作經(jīng)驗的總結。
他鼓勵：今天的事今天了、不拖拉的工作態(tài)度。
他培養(yǎng)：言必行、行必果的工作作風。
他提倡：要做就一定做好的實干精神。
采光剖璞
自建筑防火研究所成立之初，李引擎就有一個信念：要把研究所營造成一個所有員工都愿為之奮斗一生的大家庭――
在這里，任何人都可以在法律和制度的大框架下自由地發(fā)展；
在這里，可能會有不平、有建議、有傾訴、有批評與被批評，但始終存在尊嚴、關愛和集體的幫助；
在這里，可以在高濃度的學術氛圍中進行平等的技術探討與交流，在包容個性的團結協(xié)作機制里共同發(fā)展。
“我們是以人的腦力智慧為主為社會提供公益和經(jīng)濟服務的特殊群體，人才是我們發(fā)展的基石?！币虼?，李引擎始終把選人、育人、用人和舉人作為工作的主線，形成了自己一套獨特的人才理念――
人才要經(jīng)歷艱難與困苦的磨練。世間所有成就一番事業(yè)的人物，無一不是歷經(jīng)艱難困苦，越過多次挫折而最終走向成功的。李引擎善于給可造之才創(chuàng)造更多的機會去直面復雜無序的局面，使他們學會在目標不清、條件簡陋、希望渺茫中建功立業(yè)。
人才成長要有一個連續(xù)的過程。“大部分人的事業(yè)都是在正式工作十年左右定型的”，李引擎認為，從人才理性成長的角度考慮，對工齡十年內的人，主要給他們確立正確的發(fā)展方向，賦予實用的工作方法，安排有創(chuàng)造性的工作；而對工作十年以后的人，則需要為他們搭建可充分展示自我才能的表演舞臺，綜合包裝公眾形象，外延社會影響。他說：“猶如所有經(jīng)典的樂曲和美好的生活其節(jié)奏一定是讓人動情、催人遐想的，對人的培養(yǎng)也要有適宜的節(jié)奏和連續(xù)的過程?！?/p>
人才要具備杰出的語言表達能力。人的心靈和行為對聽覺更敏感。能否將已有的成果精煉出來，并用一種震撼人心的聲音傳遞出去感染他人，也是一個杰出人才必須具備的品質之一。
人才應分類解讀和培養(yǎng)。李引擎眼中的人才具備兩種價值：一種是具體的、實用的，不超越其熟知的業(yè)務領域；另一種是被升華和異變了的，即其價值更多地體現(xiàn)在專業(yè)之外。前者工作產(chǎn)生的的效果均可預見和計量；后者則主要體現(xiàn)在精神支撐和社會關系層面上，因而他們產(chǎn)生的效果和影響具有無法限量的特征。第一類人才可以保證單位的基本平衡與穩(wěn)定，第二類人才則會引領事業(yè)向高端發(fā)展，兩者互補，任何一個單位都同時需要這兩類人才的支撐，但在不同的時期和事情上，其作用會有不同的解讀。單位的社會屬性越大，綜合影響范圍越廣，對第二類人才的數(shù)量和質量就會有更高的要求，因而人才培養(yǎng)計劃要因單位的性質和人員的特征而分類實施。
人才是自立和外助綜合作用的結果。沒有人能在砂灘中找出一粒隨意扔進去的同樣粒徑的砂子，但所有人卻能輕易地找到被扔進砂子中的一顆明珠。珠子越明亮，就越容易被發(fā)現(xiàn)。茫茫人海，蕓蕓眾生，欲想出人頭地，就必須具有比常人更多的智慧、更超凡的才能。從古至今所有最終成就一番事業(yè)的人，均是在思想、行為上有獨到之處的特殊之人。歷史證明：孤獨者不可能在事業(yè)上遠行；無為者大多沒有高人指路；而成功者一定是有智者同程。
科學技術工作者永遠耕耘于已知與未知之間，希望與理想之中。希冀一大批有志建筑防火科學的年輕科學工作者矢志不渝地貢獻于這個偉大的專業(yè)，這是李引擎最大的期待。
結語：消防是一項具有永恒性的為全社會服務的工作，它將伴隨著火的存在而永遠存在。我國建筑防火設計理論、方法及相應技術設備已有了巨大的發(fā)展，但隨著社會的發(fā)展、人類的進步和城市的變遷，傳統(tǒng)消防概念和技術也要被不斷地賦予新的內涵，我們將面臨更多需要攻關的技術難題。也正因為此，對于“退休后做什么”這個問題，李引擎從未有過絲毫猶豫和遲疑：“只要社會和單位需要我，我會一直盡力為我國建筑防火事業(yè)的深入發(fā)展和技術人才的培養(yǎng)做出自己應有的努力。”眼下，李引擎仍然擔任著中國建筑科學研究院顧問副總工，利用自己的豐富經(jīng)驗，協(xié)助相關技術工作的進行。對于我國建筑防火事業(yè)的發(fā)展，他滿懷感情，充滿期盼：“希望未來能夠實現(xiàn)建筑工程消防系統(tǒng)全程服務技術，并完善社會安全的管理制度及技術規(guī)范和風險評估體系”。
鏈接：住房和城鄉(xiāng)建設部防災研究中心簡介
住房和城鄉(xiāng)建設部防災研究中心1990年由建設部批準成立，設在中國建筑科學研究院。以該院的工程抗震研究所、建筑防火研究所、建筑結構研究所、地基基礎研究所、建筑工程軟件研究所的研發(fā)成果為依托，主要研究地震、火災、風災、雪災、水災、地質災害等對工程和城鎮(zhèn)建設造成的破壞情況和規(guī)律，解決建筑工程防災中的關鍵技術問題；推廣防災新技術、新產(chǎn)品，與國際、國內防災機構建立聯(lián)系，為政府機構行政決策提供咨詢建議等。
住房和城鄉(xiāng)建設部防災研究中心設有工程抗震研究部、建筑防火研究部、建筑抗風雪研究部、地質災害及地基災損研究部、災害風險評估研究部、防災信息化研究部、防災標準研究部和綜合防災研究部。
――工程抗震研究部
工程抗震研究部致力于解決我國工程抗震領域的關鍵技術問題，擁有建筑結構工程咨詢與設計、超限高層建筑抗震設防審查、減震與隔震工程設計、結構安全性鑒定與抗震鑒定、現(xiàn)有建筑抗震加固與改造、結構抗震試驗、建筑測振、建筑整體平移等國內領先水平的技術與產(chǎn)品，擁有門類齊全、設施完善的檢測與實驗設備，擁有國內最大、最先進的大型模擬地震振動臺試驗設備，承擔了大量國家和建設部的重點科技開發(fā)項目，累計完成各類科研項目192項，編制標準、規(guī)范或圖集19項，獲國家科技進步獎10項、國家計算機軟件優(yōu)秀設計獎1項，省部級科技進步獎42項。主編和管理《建筑抗震設計規(guī)范》、《建筑抗震鑒定標準》、《建筑抗震加固技術規(guī)程》、《非結構構件抗震設計標準》、《約束砌體與配筋砌體結構技術規(guī)程》及《建筑震后應急評估與修復技術規(guī)程》等10余本國家、行業(yè)規(guī)范及標準。
――建筑防火研究部
建筑防火研究部擁有國際上較先進的防火科研設備，形成了以“建筑物消防系統(tǒng)設計、施工、開通調試和維修綜合技術”、“地下消防水管線漏水探測及漏水點定位查找技術”、“性能化防火設計與安全評估”等為核心的技術體系，能夠為社會提供建筑防火工程全套服務?，F(xiàn)擁有工民建、建筑材料、給排水等多個專業(yè)的研究人員，其中具有高級職稱以上研究人員占半數(shù)以上。建筑防火研究部自成立以來完成了幾十項科研項目，并多次獲得國家科技進步獎、建設部華夏建設科學技術獎、公安部科學技術獎，編制和修訂了多項國家和地方標準規(guī)范，數(shù)百篇，出版專著12部。
――建筑抗風雪研究部
擁有國內最大的拖曳式水槽、最長的建筑風洞和同步測壓點數(shù)最多的壓力測量系統(tǒng)。完成各類風洞試驗項目百余項，為國內眾多重大工程項目提供了抗風、抗雪咨詢。承擔并完成了國家“十一五”、“十二五”科技支撐計劃課題、國家“973”計劃課題、國家自然科學基金等國家級項目十余項和省部級課題20余項。主編了國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》和《建筑工程風洞試驗方法標準》。研究成果獲華夏建設科學技術一等獎1項、二等獎1項，北京市科學技術獎二等獎1項。
――地質災害及地基災損研究部
依托于建筑安全與環(huán)境國家重點實驗室的地基基礎實驗室，地質災害及地基災損研究部在地質災害評估與治理、既有建筑加固改造、地基處理、樁基礎、高層建筑箱筏基礎、深基坑支護等方面取得了系統(tǒng)的高水平的研究成果。先后榮獲國家科技進步獎4項、全國科學大會獎5項，國家技術發(fā)明獎1項等若干獎項。主持編制了《建筑地基基礎設計規(guī)范》、《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》、《建筑樁基技術規(guī)范》、《建筑地基處理技術規(guī)范》、《高層建筑筏形與箱形基礎技術規(guī)范》等標準規(guī)范共17部。
――災害風險評估研究部
災害風險評估研究部在城市和村鎮(zhèn)防災等方面開展了一系列的研究和應用工作，為我國城鄉(xiāng)防災建設提供了有力的技術支撐。完成多項國家、行業(yè)標準規(guī)范的制訂和國家科技支撐計劃課題，成果獲華夏建設科技進步獎一等獎1項、三等獎1項，公安部科技進步獎一等獎1項。在地震災害風險評估方面，先后完成了多個城市抗震防災規(guī)劃的編制，開發(fā)了信息管理系統(tǒng)平臺；在火災風險評估方面，完成了奧林匹克公園中心區(qū)競賽場館群等共96項奧運相關項目的火災風險評估工作，得到人力資源社會保障部、國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會等單位通報表彰。提出了村鎮(zhèn)抗震、抗風、防洪的設計方法和評估技術，成功用于指導我國村鎮(zhèn)的防災建設。
――防災信息化研究部
防災信息化研究部從事我國建設和防災領域信息化方面的研究，致力于解決該領域的信息化關鍵技術及專項應用問題，包括信息化基礎架構平臺、可視化協(xié)同工作平臺、城鎮(zhèn)災害監(jiān)測系統(tǒng)、災害應急指揮系統(tǒng)以及GIS、物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術在綜合防災領域的應用，提供基于不同災種預測模型的信息化系統(tǒng)解決方案。先后承擔建設部研究開發(fā)項目、“十一五”國家科技支撐計劃子課題等多項有關信息化課題的研究，為數(shù)十家大中型企業(yè)提供了信息化解決方案。
――防災標準研究部
防災標準研究部主要職責是組織建設部防災研究中心下屬單位開展防災標準的研究、編制和管理工作，匯編整理我國防災標準化進展。近年來，中心完成標準規(guī)范制修訂項目等100余項，其中國家和行業(yè)標準制修訂項目40余項，為推動我國建筑防災減災事業(yè)的科技進步做出了應有的貢獻。
――綜合防災研究部
