基于虚拟现实的拖拉机试验场景建模技术研究new

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1、万方数据2010年3月农机化研究第3期基于虚拟现实的拖拉机试验场景建模技术研究华博，朱忠祥，宋正河，臧宇，毛恩荣(中国农业大学工学院，北京100083)摘要：介绍了使用三维建模软件MuhigenCreator创建拖拉机试验场的建模过程和方法；探讨了场景模型数据库的结构设置、地形构造、地物模型建立、纹理映射以及其他关键建模技术和难点，详细阐述了试验场典型试验路面的建立过程，建立了一个适用于虚拟现实系统的拖拉机虚拟试验测试场景。通过测试，场景模型在MuhigenVegaPrime仿真过程中内存占用较小

2、，实时运行效率高，为进行拖拉机虚拟试验检测提供了新方法和场景平台。关键词：虚拟现实；拖拉机试验场；场景建模；纹理映射；虚拟试验测试中图分类号：S219；TP391．91文献标识码：A文章编号：1003—188X(2010)03-0041—040引言应用MATLAB与ADAMS等软件进行的动画仿真试验在汽车、越野车车辆性能评价中得到了广泛应用，但此类仿真缺乏用户的逼真体验¨qo；采用Open-GL图形建模技术难以克服其图像表达能力的不足HJ。选用计算机模拟三维环境，对图形实时渲染的虚拟现实技术，既可

3、以缩短新产品的开发时间，节省研制费用，减少投资风险，又可以提供给用户高度沉浸的体验，这是它与动画仿真的最大区别。作为虚拟现实技术的一项重要应用，本文基于对Creator和Ve—gaPrime(简称VP)以及三通道立体投影、多设备交互的虚拟现实软硬件系统，构造出身临其境的虚拟场景，研究大功率轮式拖拉机整机虚拟试验场景建模技术，初步建立了覆盖大功率轮式拖拉机的典型数字化虚拟试验环境，并且成功地进行了实时的拖拉机虚拟试验测试。1试验场模型的建立在计算机中模拟现实世界，造型既要符合实时应用需要，又要考虑组

4、成模型自身的相对位置、层次关系以及模型与模型间的相互关系和层次结构等。Cre-ator中的可视化仿真模型数据库OpenFlight可以完整表示场景中所有信息，包含模型的几何特征、数据库层级结构与各种节点属性∞J，保证实时交互时获得极收稿日期：2009—11一04基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BADllA01)作者简介：华博(1983一)，男，吉林九台人，硕士研究生，(E—mail)hhuabob@126．com。通讯作者：毛恩荣(1961一)，男，北京人，教授，博士生导师，(E

5、—mail)gxyl5@call．edu．cno高的渲染效率。虚拟试验场建模通过两个方面实现：一是结合现有数据材料，参考了位于北京通州的中国农业机械试验中心的试验场配置；二是结合课题特点、仿真系统硬件性能等因素确定试验场的设计参数，采用MuhigenCreator，UG，AutoCAD等建模软件以及Photoshop等图形图像处理软件来实现三维场景建模的任务。虚拟试验场景建模流程，如图1所示。试验场信息资料调研l物理试验场数据采集I固I鼯二确I厩翮医葫拖拉机虚拟试验场VP平台虚拟试验检测试验可靠性

6、评估吏用反馈，试验场模型优化图1虚拟试验场景建模流程Fig．1Modelingflowsheetofvirtualprovingground1．1模型数据库的建立试验场主要供拖拉机整机虚拟试验项目使用，由多种地形模型、地物模型等构成。建模先后顺序将直接影响到模型构建的质量、演示速度，进而影响场景的实时性能。在建模前应规划好试验场的结构，可先用AutoCAD设计试验场平面图，设计模型构造关系，避免三维建模时因修改层级结构不当而导致的部分纹理映射重叠或缺失、VP实时演示时的跳帧，甚至出现模型显示正常、

7、VP渲染时纹理信息丢失等问题。拖拉机虚拟试验场结构如图2所示。万方数据2010年3月农机化研究第3期拖拇机虚拟试验场结构图地物模型耋薹lI蓑Il森房屋等功能性建筑钙驶员视野测试路晰孙地形模型参考真实地形比例绘制虚拟场地平面模型地形整体格局(横犁)地形深入细化细化之后整体效果(模型+纹理)结构调整图2拖拉机虚拟试验场结构图Fig．2Structuraldrawingofprovinggroundfortractor1．2地形模型建模1．2．1大地形建模创建大面积精确三维地形是Cre．ator软件的一

8、个强大功能，将高程数据转换为DED标准数据格式，通过纹理映射，将其中文化特征数据(即地形数据库里除地形多边形以外的数据信息，如水流、树木和人工的建筑物等)需转化为Creator支持的DFD或者DF—DA标准格式旧1。1．2．2小地形建模Creator创建的仿真地形，图形图像都是由一个个平面的多边形组合而成的。为便于系统高效运行，根据本试验场对不同试验地形的特别要求，对于满足一般仿真应用的试验用场地(总面积为l400m×1000m)，直接选用Creator建模工具就可以满足使用需要。