時(shí)間：2023-09-20 16:58:39
開(kāi)篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)關(guān)鍵技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)英文名字ComputerGraphics，簡(jiǎn)稱CG，是數(shù)字媒體技術(shù)理論中最重要的代表之一，它是一種能夠使用數(shù)學(xué)算法進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)化的科學(xué)，主要目的是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生真是圖形感受。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在企業(yè)中的作用表現(xiàn)在它是掌握二維和三維圖形在計(jì)算機(jī)中的表現(xiàn)和運(yùn)算，是一種能夠?qū)D像顯示和處理的相關(guān)算法。CG的內(nèi)容研究是十分廣泛的，包括光柵圖形生成算法，真實(shí)、非真實(shí)感繪制，以及科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等操作，這需要在軟件開(kāi)發(fā)中不斷的研究和琢磨。在國(guó)外，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)是一個(gè)重要的科技領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)圖形的研究創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)的數(shù)字媒體也起步雖晚，但發(fā)展前景是十分廣闊的，大多數(shù)高校軟件工程專業(yè)已將CG作為入門級(jí)課程進(jìn)行教學(xué)，從企業(yè)的人才需求出發(fā)，大力發(fā)揚(yáng)了數(shù)字傳媒在企業(yè)中的作用，使得企業(yè)的各項(xiàng)信息以更加貼切，更加逼真的方式表現(xiàn)出來(lái)。
1.2動(dòng)畫設(shè)計(jì)與動(dòng)畫技術(shù)
計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)也是數(shù)字媒體發(fā)展的一個(gè)重要方向，是動(dòng)畫企業(yè)在軟件開(kāi)發(fā)中的重要表現(xiàn)。隨著動(dòng)畫技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣，其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也是隨著增長(zhǎng)。尤其是在近幾年，我國(guó)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫已經(jīng)在游戲、動(dòng)漫等領(lǐng)域有了突出表現(xiàn)，MAYA、3DSMAX等知名軟件公司更是在動(dòng)畫技術(shù)制作上有著不小造詣。根據(jù)對(duì)市場(chǎng)的觀察，我們發(fā)現(xiàn)掌握2D與3D動(dòng)畫技術(shù)是當(dāng)下最為重要的，懂得此技能的人才可以說(shuō)非常搶手。
2數(shù)字傳媒在企業(yè)中的應(yīng)用目標(biāo)
數(shù)字傳媒在企業(yè)中的應(yīng)用目標(biāo)主要表現(xiàn)在對(duì)數(shù)字傳媒設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)和維護(hù)等方面，開(kāi)展高校教學(xué)計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)施的前提，同樣也是確定組織學(xué)習(xí)形式和選擇知識(shí)發(fā)展的方向，更關(guān)系著高校學(xué)習(xí)內(nèi)容、管理、方法、評(píng)價(jià)等多個(gè)方面體系的設(shè)定，是一切學(xué)習(xí)活動(dòng)開(kāi)展的基礎(chǔ)保障。軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體方具備軟件工程與數(shù)字媒體的共性和個(gè)性，要求相關(guān)人才擁有軟件開(kāi)發(fā)、應(yīng)用能力、實(shí)踐能力三方面要求。因此在軟件工程專業(yè)數(shù)字媒體方向人才培養(yǎng)上，應(yīng)該以學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主，以獨(dú)立從事新媒體應(yīng)用為目標(biāo)，適應(yīng)數(shù)字傳媒在企業(yè)中的應(yīng)用目標(biāo)。
“面向數(shù)字媒體領(lǐng)域的軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”不僅要進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，也要掌握傳統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的技能。具體可以將企業(yè)需求概括為以下幾點(diǎn)內(nèi)容：良好的職業(yè)道德，良好的職業(yè)道德是職業(yè)生涯開(kāi)展的基礎(chǔ)；知識(shí)范圍，人才是需要不斷學(xué)習(xí)和進(jìn)步的，需要多掌握一些實(shí)踐案例進(jìn)行知識(shí)補(bǔ)充；掌握軟件工程與數(shù)字媒體知識(shí)的基本理論與方法；熟練掌握相關(guān)主流工具；數(shù)系程序設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等。創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，團(tuán)隊(duì)合作是數(shù)字媒體技術(shù)得以發(fā)展和創(chuàng)新的有效保障。
研究數(shù)字傳媒在企業(yè)中的應(yīng)用目標(biāo)是為了明確和掌握有關(guān)軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，讓今后的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)工作更加的心應(yīng)手。學(xué)校方面可以以此為依據(jù)，開(kāi)展實(shí)踐環(huán)節(jié)，增加對(duì)學(xué)生的科學(xué)技術(shù)和實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。
3結(jié)語(yǔ)
論文關(guān)鍵字：計(jì)算科學(xué)計(jì)算學(xué)科計(jì)算機(jī)語(yǔ)言計(jì)算機(jī)軟件網(wǎng)絡(luò)和病毒
論文摘要：計(jì)算科學(xué)主要講述了一種科學(xué)的思想方法，計(jì)算科學(xué)的基本概念、基本知識(shí)它的發(fā)展主線、學(xué)科分支、還有計(jì)算科學(xué)的特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律和趨勢(shì)。
引言：隨著存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)40年代的誕生，和計(jì)算科學(xué)的快速發(fā)展以及取得的大量成果。計(jì)算科學(xué)這一學(xué)科也也應(yīng)運(yùn)而生。《計(jì)算科學(xué)導(dǎo)論》正如此書的名字，此書很好的詮釋了計(jì)算科學(xué)這一學(xué)科，并且指導(dǎo)了我們應(yīng)如何去學(xué)好這一學(xué)科。使得我們收獲頗多。并且讓我深深的反思了我的大學(xué)生活。正如趙老師書中所講的：“計(jì)算科學(xué)是年輕人的科學(xué)，一旦你選擇了計(jì)算科學(xué)作為你為之奮斗的專業(yè)類領(lǐng)域，就等于你選擇了一條布滿荊棘的道路。一個(gè)有志于從事計(jì)算科學(xué)研究與開(kāi)發(fā)的學(xué)生，必須在大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)中，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，才有可能在將來(lái)學(xué)科的高速發(fā)展中，或在計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和快速更新?lián)Q代中有所作為。
<一>什么是計(jì)算科學(xué)和它的來(lái)歷
計(jì)算科學(xué)主要是對(duì)描述和變換信息的算法過(guò)程，包括其理論、分析、設(shè)計(jì)、效率分析、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的系統(tǒng)研究。全部計(jì)算科學(xué)的基本問(wèn)題是，什么能（有效的）自動(dòng)運(yùn)行，什么不能（有效的）自動(dòng)運(yùn)行。本科學(xué)來(lái)源于對(duì)數(shù)理邏輯、計(jì)算模型、算法理論、自動(dòng)計(jì)算機(jī)器的研究，形成于20世紀(jì)30年代的后期。
隨著存儲(chǔ)程序式通用電子計(jì)算機(jī)在上世紀(jì)40年代的誕生，人類使用自動(dòng)計(jì)算裝置代替人的人工計(jì)算和手工勞動(dòng)的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。計(jì)算科學(xué)的快速發(fā)展以也取得大量成果，計(jì)算科學(xué)這一學(xué)科也也應(yīng)運(yùn)而生。
<二>計(jì)算科學(xué)的發(fā)展
a、首先先介紹圖靈機(jī)
圖靈機(jī)的發(fā)明打開(kāi)了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的大門和發(fā)展之路。圖靈機(jī)通過(guò)一條兩端可無(wú)限延長(zhǎng)的袋子，一個(gè)讀寫頭和一組控制讀寫頭的（控制器）組成它有一個(gè)狀態(tài)集和符號(hào)集，而此符號(hào)集一般只使用0和1兩個(gè)符號(hào)。而就是這個(gè)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理隱含了存儲(chǔ)程序的原始思想，深刻的揭示了現(xiàn)代通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的核心內(nèi)容。現(xiàn)在通用的計(jì)算機(jī)是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，而電子數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展是建立在圖靈機(jī)的基礎(chǔ)之上。他的二進(jìn)制思想使計(jì)算機(jī)的制作的簡(jiǎn)化成只需兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)的元器件。這在今后的計(jì)算機(jī)制作上無(wú)論是二極管或集成電路上都顯示了明顯的優(yōu)越性。
b、計(jì)算機(jī)帶動(dòng)的計(jì)算學(xué)科
1946年隨著現(xiàn)代意義上的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC的誕生。掀起了社會(huì)快速發(fā)展的嶄新一頁(yè)。計(jì)算機(jī)工作和運(yùn)行就擺在了人們的面前。
1、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言
我們要用計(jì)算機(jī)求解一個(gè)問(wèn)題，必須事先編好程序。因此就出現(xiàn)了最早的機(jī)器指令和匯編語(yǔ)言。20世紀(jì)50年代后，計(jì)算機(jī)的發(fā)展步入了實(shí)用化的階段。然而，在最初的應(yīng)用中，人們普遍感到使用機(jī)器指令編制程序不僅效率低下，而且十分別扭，也不利于交流和軟件維護(hù)，復(fù)雜程序查找錯(cuò)誤尤其困難，因此，軟件開(kāi)發(fā)急需一種高級(jí)的類似于自然語(yǔ)言那樣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。1952年，第一個(gè)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言ShortCode出現(xiàn)。兩年后，F(xiàn)ortran問(wèn)世。作為一種面向科學(xué)計(jì)算的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，F(xiàn)ortran的最大功績(jī)?cè)谟诶喂痰貥?shù)立了高級(jí)語(yǔ)言的地位，并使之成為世界通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Algol60的誕生是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的研究成為一門科學(xué)的標(biāo)志。該語(yǔ)言的文本中提出了一整套的新概念，如變量的類型說(shuō)明和作用域規(guī)則、過(guò)程的遞歸性及參數(shù)傳遞機(jī)制等。而且，它是第一個(gè)用嚴(yán)格的語(yǔ)法規(guī)則——巴科斯范式（BNF）定義語(yǔ)言文法的高級(jí)語(yǔ)言。還有用于支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的PASCAL語(yǔ)言，適合于軍隊(duì)各方面應(yīng)用的大型通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言ADA，支持并發(fā)程序設(shè)計(jì)的MODULA-2，支持邏輯程序設(shè)計(jì)的PROLOG語(yǔ)言，支持人工智能程序設(shè)計(jì)的LISP語(yǔ)言，支持面積對(duì)象程序變換的SMALLTALK、C等。
2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)方法
現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)絕不是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)了而也包括了軟件（系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件）。各種各樣的軟件使得計(jì)算機(jī)的用途大大增強(qiáng)。而軟件開(kāi)發(fā)也成為了一個(gè)重要課題和發(fā)展方向。軟件開(kāi)發(fā)的理論基礎(chǔ)即是計(jì)算模型。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理和多媒體的發(fā)展。在各種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中增加并發(fā)機(jī)構(gòu)以支持分布式程序設(shè)計(jì)，在語(yǔ)言中通過(guò)擴(kuò)展繪圖子程序以支持計(jì)算機(jī)圖形學(xué)程序設(shè)計(jì)在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中已非常的流行。之后，在模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換等接口技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的支持下，通過(guò)擴(kuò)展高級(jí)語(yǔ)言的程序庫(kù)又實(shí)現(xiàn)了多媒體程序設(shè)計(jì)的構(gòu)想。進(jìn)入20世紀(jì)90年代之后，并行計(jì)算機(jī)和分布式大規(guī)模異質(zhì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展又將并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、并行編譯程序、并行操作系統(tǒng)、并行與分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等試行軟件的開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)依然與高級(jí)語(yǔ)言和計(jì)算模型密切相關(guān)，如各種并行、并發(fā)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，進(jìn)程代數(shù)，PETRI網(wǎng)等，它們正是軟件開(kāi)發(fā)方法和技術(shù)的研究中支持不同階段軟件開(kāi)發(fā)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和支持這些軟件開(kāi)發(fā)方法和技術(shù)的理論基礎(chǔ)----計(jì)算模型
3、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)
在計(jì)算機(jī)的硬件的迅速發(fā)展中。隨著它的存儲(chǔ)容量的增大，也掀起了計(jì)算機(jī)的巨大改革。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理技術(shù)的發(fā)展，促使圖形化界面的出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是使用計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)生圖形并對(duì)圖形進(jìn)行處理的科學(xué)。并由此推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）、計(jì)算機(jī)輔助信息處理、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）等方向的發(fā)展。圖形化界面的出現(xiàn)，徹底改變了在一個(gè)黑色的DOS窗口前敲代碼輸入控制命令的時(shí)代。同時(shí)也成就了一個(gè)偉大的公司Microsoft。
4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
隨著用戶迫切需要實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)上的軟硬件和信息資源共享。網(wǎng)絡(luò)就在我們的需求中誕生了。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和信息資源的交換使每臺(tái)計(jì)算都變成了網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)。這也促進(jìn)計(jì)算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
<三>計(jì)算機(jī)學(xué)科的主線及發(fā)展方向
圍繞著學(xué)科基本問(wèn)題而展開(kāi)的大量具體研究，形成學(xué)科發(fā)展的主流方向與學(xué)科發(fā)展主線和學(xué)科自身的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)。計(jì)算學(xué)科內(nèi)容按照基礎(chǔ)理論、基本開(kāi)發(fā)技術(shù)、應(yīng)用以及他們與硬件設(shè)備聯(lián)系的緊密程度分成三個(gè)層面：
1、計(jì)算科學(xué)應(yīng)用層
它包括人工智能應(yīng)用與系統(tǒng)，信息、管理與決策系統(tǒng)，移動(dòng)計(jì)算，計(jì)劃可視化，科學(xué)計(jì)算機(jī)等計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各個(gè)方向。
2、計(jì)算科學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)層
它是為應(yīng)用層提供技術(shù)和環(huán)境的一個(gè)層面，包括軟件開(kāi)發(fā)方法學(xué)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，程序設(shè)計(jì)科學(xué)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)。
3、計(jì)算科學(xué)的基礎(chǔ)層
它包括計(jì)算科學(xué)的數(shù)學(xué)理論，高等邏輯等內(nèi)容。其中計(jì)算的數(shù)學(xué)理論涵蓋可計(jì)算性與計(jì)算復(fù)雜性理論形式語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)理論等。
<四>計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)安全
(1)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與病毒
一個(gè)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)被定義為包含存儲(chǔ)器、處理器、功能部件、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、匯編程序、編譯程序、操作系統(tǒng)、外部設(shè)備、通信通道等內(nèi)容的系統(tǒng)。
通過(guò)上面定義，我們發(fā)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也被加入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中。說(shuō)明了網(wǎng)絡(luò)的重要以及普及性。21世紀(jì)是信息時(shí)代。信息已成為一種重要的戰(zhàn)略資。信息科學(xué)成為最活躍的領(lǐng)域之一，信息技術(shù)改變著人們的生活方式。現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、教育、企業(yè)生產(chǎn)、與經(jīng)營(yíng)管理、信息服務(wù)等各個(gè)方面。全世界的互聯(lián)網(wǎng)Internet正在爆炸性的擴(kuò)大，已經(jīng)成為覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施之一。
因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的快速發(fā)展與應(yīng)用，我們各行各業(yè)都在使用計(jì)算機(jī)。信息安全也顯得格外重要。而隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，來(lái)自計(jì)算機(jī)病毒和黑客的攻擊及其他方面的威脅也越來(lái)越大。其中計(jì)算機(jī)病毒更是很難根治的主要威脅之一。計(jì)算機(jī)病毒給我們帶來(lái)的負(fù)面影響和損失是刻骨銘心的，譬如1999年爆發(fā)的CIH病毒以及2003年元月的蠕蟲王病毒等都給廣大用戶帶來(lái)巨大的損失。
我們想更好的讓計(jì)算機(jī)為我們服務(wù)，我們就必須很好的利用它，利用網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)我們也應(yīng)該建立起自己的防護(hù)措施，以抵抗外來(lái)信息的侵入，保護(hù)我們的信息不受攻擊和破壞。
(2)計(jì)算機(jī)病毒及它的防范措施：
計(jì)算機(jī)病毒是一組通過(guò)復(fù)制自身來(lái)感染其它軟件的程序。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，嵌入的病毒也隨之運(yùn)行并感染其它程序。一些病毒不帶有惡意攻擊性編碼，但更多的病毒攜帶毒碼，一旦被事先設(shè)定好的環(huán)境激發(fā)，即可感染和破壞。
<一>、病毒的入侵方式
1．無(wú)線電方式。主要是通過(guò)無(wú)線電把病毒碼發(fā)射到對(duì)方電子系統(tǒng)中。此方式是計(jì)算機(jī)病毒注入的最佳方式，同時(shí)技術(shù)難度也最大。可能的途徑有：①直接向?qū)Ψ诫娮酉到y(tǒng)的無(wú)線電接收器或設(shè)備發(fā)射，使接收器對(duì)其進(jìn)行處理并把病毒傳染到目標(biāo)機(jī)上。②冒充合法無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的或使用標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，發(fā)射病毒碼，使之能夠混在合法傳輸信號(hào)中，進(jìn)入接收器，進(jìn)而進(jìn)人信息網(wǎng)絡(luò)。③尋找對(duì)方信息系統(tǒng)保護(hù)最差的地方進(jìn)行病毒注放。通過(guò)對(duì)方未保護(hù)的數(shù)據(jù)鏈路，將病毒傳染到被保護(hù)的鏈路或目標(biāo)中。
2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和軟件中，然后把此硬件和軟件直接或間接交付給對(duì)方，使病毒直接傳染給對(duì)方電子系統(tǒng)，在需要時(shí)將其激活，達(dá)到攻擊目的。這種攻擊方法十分隱蔽，即使芯片或組件被徹底檢查，也很難保證其沒(méi)有其他特殊功能。目前，我國(guó)很多計(jì)算機(jī)組件依賴進(jìn)口，困此，很容易受到芯片的攻擊。
3．后門攻擊方式。后門，是計(jì)算機(jī)安全系統(tǒng)中的一個(gè)小洞，由軟件設(shè)計(jì)師或維護(hù)人發(fā)明，允許知道其存在的人繞過(guò)正常安全防護(hù)措施進(jìn)入系統(tǒng)。攻擊后門的形式有許多種，如控制電磁脈沖可將病毒注入目標(biāo)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)入侵者就常通過(guò)后門進(jìn)行攻擊，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在這樣的后門。
4．?dāng)?shù)據(jù)控制鏈侵入方式。隨著因特網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)病毒通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制鏈侵入成為可能。使用遠(yuǎn)程修改技術(shù)，可以很容易地改變數(shù)據(jù)控制鏈的正常路徑。
<二>病毒攻擊的防范的對(duì)策
1．建立有效的計(jì)算機(jī)病毒防護(hù)體系。有效的計(jì)算機(jī)病毒防護(hù)體系應(yīng)包括多個(gè)防護(hù)層。一是訪問(wèn)控制層；二是病毒檢測(cè)層；三是病毒遏制層；四是病毒清除層；五是系統(tǒng)恢復(fù)層；六是應(yīng)急計(jì)劃層。上述六層計(jì)算機(jī)防護(hù)體系，須有有效的硬件和軟件技術(shù)的支持，如安全設(shè)計(jì)及規(guī)范操作。
2．嚴(yán)把收硬件安全關(guān)。國(guó)家的機(jī)密信息系統(tǒng)所用設(shè)備和系列產(chǎn)品，應(yīng)建立自己的生產(chǎn)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的國(guó)產(chǎn)化、系列化；對(duì)引進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要在進(jìn)行安全性檢查后才能啟用，以預(yù)防和限制計(jì)算機(jī)病毒伺機(jī)入侵。
3．防止電磁輻射和電磁泄露。采取電磁屏蔽的方法，阻斷電磁波輻射，這樣，不僅可以達(dá)到防止計(jì)算機(jī)信息泄露的目的，而且可以防止“電磁輻射式”病毒的攻擊。
4．加強(qiáng)計(jì)算機(jī)應(yīng)急反應(yīng)分隊(duì)建設(shè)。應(yīng)成立自動(dòng)化系統(tǒng)安全支援分隊(duì)，以解決計(jì)算機(jī)防御性的有關(guān)問(wèn)題。
很多公司都有因?yàn)殡娔X被入侵而遭受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的慘痛經(jīng)歷，不少普通用戶也未能避免電腦被破壞的厄運(yùn)，造成如此大損失的并不一定都是技術(shù)高超的入侵者所為，小小的字符串帶給我們的損失已經(jīng)太多。因此，如果你是數(shù)據(jù)庫(kù)程序開(kāi)發(fā)人員、如果你是系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員、如果你是高級(jí)計(jì)算機(jī)用戶、如果你是論壇管理人員......請(qǐng)密切注意有關(guān)字符漏洞以及其他各類漏洞的最新消息及其補(bǔ)丁，及時(shí)在你的程序中寫入防范最新字符漏洞攻擊的安全檢查代碼并為你的系統(tǒng)安裝最新的補(bǔ)丁會(huì)讓你遠(yuǎn)離字符帶來(lái)的危險(xiǎn)。經(jīng)常殺毒，注意外來(lái)設(shè)備在計(jì)算機(jī)上的使用和計(jì)算機(jī)對(duì)外網(wǎng)的鏈接。也可以大大有效的避免計(jì)算機(jī)被攻擊。
關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)應(yīng)用;虛擬技術(shù);應(yīng)用;機(jī)械工程
中圖分類號(hào)TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2010)042-0148-01
1虛擬技術(shù)的概念及其特點(diǎn)
1.1概念
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)匯集了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、圖像處理與模式識(shí)別、智能接口接術(shù)、傳感器技術(shù)、高度并行的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)、人工智能、人機(jī)工程學(xué)、語(yǔ)音處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人的行為研究及心理學(xué)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),是這些技術(shù)更高層次的集成和滲透。虛擬技術(shù)通常是指以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個(gè)反映實(shí)體對(duì)象變化及相互作用的三維世界,并通過(guò)頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感器設(shè)備,提供了一個(gè)觀察并與該虛擬世界交互的三維界面,使用戶可以直接參與和探索仿真對(duì)象在所處環(huán)境中的作用與變化,獲得相應(yīng)看似真實(shí)的體驗(yàn)。身臨其境和交互作用是其主要特點(diǎn)。它的具體含義:1)虛擬現(xiàn)實(shí)是一種基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的多觀點(diǎn)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維環(huán)境,這個(gè)環(huán)境可以是現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)再現(xiàn),也可以是超越現(xiàn)實(shí)的虛構(gòu)世界;2)操作者可以通過(guò)人的視、聽(tīng)、觸等多種感官,直接以人的自然技能和思維方式與所投入的環(huán)境交互;3)在操作過(guò)程中,人是以一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源的形式沉浸在虛擬環(huán)境中的行為主體。而不僅僅是窗口外部的觀察者。
1.2主要特點(diǎn)
1)動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)。虛擬環(huán)境的建立是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心內(nèi)容,應(yīng)用動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)能獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù),并根據(jù)需要,利用獲取的三維數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。2)實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)。目前,三維圖形的生成技術(shù)已經(jīng)比較成熟,關(guān)鍵是如何滿足實(shí)時(shí)性的要求。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的目的,至少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/s,最好高于30幀/s。在不降低圖形質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下提高刷新頻率。圖形生成的硬件體系結(jié)構(gòu)以及在虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感圖形生成中,用于加速的各種有效技術(shù)是關(guān)鍵。3)立體顯示和傳感器技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展。立體顯示技術(shù)涉及人體感官的生理原理及在計(jì)算機(jī)上如何產(chǎn)生深度線索的技術(shù)。現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)(如頭盔顯示器、單目鏡及可移動(dòng)視覺(jué)顯示器)有待進(jìn)一步研究,光學(xué)顯示還存在許多局限性。傳感器技術(shù)中需解決設(shè)備的可靠性、可重復(fù)性、精確性及安全性等問(wèn)題,各種類型傳感器的性能亟待提高。4)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具。技術(shù)最終要面向應(yīng)用,通用平臺(tái)的開(kāi)發(fā)可縮短與應(yīng)用結(jié)合的時(shí)間。為此,必須研究虛擬現(xiàn)實(shí)的開(kāi)發(fā)工具。目前,常用的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具Super8cape公司VRT,它是一個(gè)可視化平臺(tái),允許較高程度的交互和網(wǎng)絡(luò)處理;Sense 8公司的WTK是一個(gè)c函數(shù)庫(kù),提供了一個(gè)完整的合成虛擬環(huán)境的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境3MudtiGen公司的MuMGen系列軟件是一個(gè)交互式的圖形建模系統(tǒng)3MudtiGen-PoIadign公司的Vega可用于實(shí)時(shí)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)仿真,使用簡(jiǎn)單;SGI公司的IRISPeformer是一種強(qiáng)有力的API,用于生成實(shí)時(shí)可視仿真和其它交互式三維圖形應(yīng)用;CG2公司的VTree是實(shí)時(shí)三維圖形開(kāi)發(fā)軟件包,可以實(shí)現(xiàn)視覺(jué)仿真、實(shí)時(shí)場(chǎng)景生成等應(yīng)用。5)多種系統(tǒng)集成技術(shù)。虛擬技術(shù)系統(tǒng)的最終集成是必然的,它包含了大量表達(dá)信息的模型,必須根據(jù)設(shè)計(jì)意圖合理組合集成技術(shù)包括信息的同步、模型的標(biāo)定、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)管理模型、模式識(shí)別與合成等技術(shù)。
2虛擬技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用
2.1虛擬技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用
虛擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程基礎(chǔ)上的。它在虛擬的條件下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和分析。傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法需經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制、試驗(yàn)、修改設(shè)計(jì)、重新試制,經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能投入生產(chǎn),許多設(shè)計(jì)問(wèn)題不能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段及時(shí)發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。虛擬設(shè)計(jì)的研究和開(kāi)發(fā)使縮短機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期成為現(xiàn)實(shí)。其顯著特點(diǎn)之一是利用存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字化模型一虛擬產(chǎn)品來(lái)代替實(shí)物模型進(jìn)行仿真分析,在制造過(guò)程中由計(jì)算機(jī)生成全部工件原形,然后對(duì)虛擬原形進(jìn)行預(yù)裝配,在預(yù)裝配同時(shí)還能進(jìn)行碰撞檢測(cè)、階段性的性能檢測(cè)等。若對(duì)測(cè)試結(jié)果不滿意,還可對(duì)工件設(shè)計(jì)圖進(jìn)行實(shí)時(shí)修改,提高了可靠性,節(jié)約了大量原材料,從而提高產(chǎn)品在時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)和環(huán)境等多且標(biāo)的決策水平,達(dá)到全局優(yōu)化和一次性開(kāi)發(fā)成功的目的。復(fù)雜的大型收獲機(jī)械非常需要這種虛擬仿真技術(shù),它不但可以在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)上加以仿真,還可以通過(guò)有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等方法對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)加以分析、仿真,對(duì)各構(gòu)件參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
2.2虛擬技術(shù)的建模
同仿真技術(shù)一樣,虛擬世界的建模是開(kāi)發(fā)虛擬技術(shù)應(yīng)用的核心。首先從數(shù)學(xué)上定義基本過(guò)程,并配備已有的硬件資源。建立起設(shè)備零件的幾何模型,再將之轉(zhuǎn)換成能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行的仿真模型。其次,開(kāi)發(fā)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)和優(yōu)化模型,即建立對(duì)象的形狀、外表、行為、限制模型并將對(duì)應(yīng)的I/O工具映射到仿真的世界。
1)幾何建模。描述虛擬對(duì)象的形狀和外表,可通過(guò)照片掃描或圖像繪圖軟件建立。2)運(yùn)動(dòng)建模。表示虛擬對(duì)象在虛擬世界中的動(dòng)態(tài)特性,有關(guān)對(duì)象位置變化、碰撞、伸縮、手抓提和表面變形等方面的特性就屬于運(yùn)動(dòng)建模問(wèn)題。3)物理建模。反映對(duì)象的質(zhì)量、慣性、表面粗糙度、硬度和形狀變化模式。如果建立了實(shí)體的物理模型,就可以用虛擬手握住這個(gè)實(shí)體,就能夠真實(shí)地感受到該物體的質(zhì)量、表面光滑程度等。4)聲音建模。根據(jù)聽(tīng)覺(jué)機(jī)理提供聲音模擬。5)模型分割。在不失真的條件下,減少模型的復(fù)雜度,提高顯示實(shí)時(shí)性。
3結(jié)束語(yǔ)
在機(jī)械工程中應(yīng)用虛擬技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。實(shí)時(shí)建模可使得整個(gè)生產(chǎn)線的工作流程最佳化,縮短達(dá)到最佳計(jì)劃生產(chǎn)的時(shí)間。在制造生產(chǎn)設(shè)備之前就可調(diào)試工具和軟件程序。
綜上所述,可以預(yù)料在2I世紀(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,虛擬技術(shù)必將會(huì)在機(jī)械領(lǐng)域逐步擴(kuò)大應(yīng)用。當(dāng)然,亦應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到,虛擬技術(shù)是一門新興的高科技發(fā)展技術(shù),具有很大的潛力,在我國(guó)尚處于開(kāi)拓時(shí)期的初級(jí)階段。但是只要重視并大力發(fā)展虛擬技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用,虛擬技術(shù)在機(jī)械中將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]云存儲(chǔ)；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；數(shù)字地球；三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)；可視化
1引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算和云存儲(chǔ)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用也得到了迅速地普及，三維場(chǎng)景技術(shù)因其更加豐富、全面和生動(dòng)的細(xì)節(jié)信息而倍受歡迎，正在逐步取代傳統(tǒng)的基于二維圖形的展現(xiàn)方式。傳統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)組織一般是采用單機(jī)存儲(chǔ)、本機(jī)使用的方式實(shí)現(xiàn)，這種方式具有存取性能較低、存儲(chǔ)容量有限、數(shù)據(jù)無(wú)法共享和統(tǒng)一維護(hù)困難等缺點(diǎn)[1]。同時(shí)云存儲(chǔ)作為一種新形態(tài)的針對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)，具有大容量、易管理、高可擴(kuò)展和按需服務(wù)等方面的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，從而受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的重視，三維場(chǎng)景技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求越來(lái)越高，云存儲(chǔ)技術(shù)的快速發(fā)展大大推動(dòng)了三維場(chǎng)景技術(shù)的推廣和普及。
2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與三維場(chǎng)景
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合了計(jì)算機(jī)顯示技術(shù)、建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和仿真技術(shù)等各類技術(shù)的一種多學(xué)科的模擬技術(shù)，三維場(chǎng)景建模技術(shù)和顯示技術(shù)則是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的核心問(wèn)題[1]。在通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)建形成的三維場(chǎng)景中，系統(tǒng)的使用者可以從中感受到一種可視的、形象逼真的和直觀的虛擬環(huán)境，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作可以實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景中自由自在地漫游，就像在現(xiàn)實(shí)中一樣[2]。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、高效存儲(chǔ)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益緊密結(jié)合以及用戶需求的不斷提高，三維場(chǎng)景也逐步向精細(xì)化發(fā)展，同時(shí)，該過(guò)程需要大量三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)和高性能計(jì)算的支撐，大數(shù)據(jù)量場(chǎng)景的實(shí)時(shí)仿真成為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，而三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的組織管理在這個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中起著很重要的作用，也成為地理信息系統(tǒng)向三維立體分析方面縱深發(fā)展所需解決的一個(gè)重要命題。三維場(chǎng)景以虛擬現(xiàn)實(shí)為技術(shù)依托，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為契機(jī)，在生產(chǎn)、生活和娛樂(lè)等各個(gè)方面得到了廣泛地應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展則對(duì)三維場(chǎng)景的逼真顯示給予了強(qiáng)有力的推動(dòng)作用，三維場(chǎng)景已經(jīng)越來(lái)越受到了各行各業(yè)的重視，因而逐漸成為了虛擬現(xiàn)實(shí)中的重要研究課題[3]。
3關(guān)鍵技術(shù)
3.1云存儲(chǔ)技術(shù)
云存儲(chǔ)技術(shù)是在云計(jì)算的概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，一般的云存儲(chǔ)系統(tǒng)由多個(gè)不同或相同的存儲(chǔ)設(shè)備組成，通過(guò)集群應(yīng)用、并行處理、分布式文件系統(tǒng)或類似網(wǎng)格技術(shù)等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)大量不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備集合起來(lái)一起協(xié)同工作[4]，云存儲(chǔ)系統(tǒng)一般通過(guò)特定的應(yīng)用軟件或應(yīng)用接口實(shí)現(xiàn)對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)和數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)的功能。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等各種技術(shù)的快速發(fā)展，云計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)算和處理的核心已經(jīng)由機(jī)器的處理變?yōu)閿?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，當(dāng)云計(jì)算系統(tǒng)中配備了大量的、快速的存儲(chǔ)設(shè)備及配套的計(jì)算設(shè)備，云計(jì)算系統(tǒng)就已經(jīng)轉(zhuǎn)變成為一個(gè)能夠?qū)ν馓峁┐嫒》?wù)的云存儲(chǔ)系統(tǒng)，因而，云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)。云存儲(chǔ)系統(tǒng)和云計(jì)算系統(tǒng)從層次架構(gòu)模型來(lái)看有一些差別，云存儲(chǔ)系統(tǒng)比云計(jì)算的架構(gòu)多一個(gè)存儲(chǔ)層，并且在基礎(chǔ)管理上云存儲(chǔ)系統(tǒng)也包括很多與數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)安全有關(guān)的功能。云計(jì)算系統(tǒng)是一種以數(shù)據(jù)處理為中心的服務(wù)密集型系統(tǒng)，而云存儲(chǔ)系統(tǒng)則可以看作是云計(jì)算的底層數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，云存儲(chǔ)系統(tǒng)可以為云計(jì)算系統(tǒng)提供高可用、高可靠和運(yùn)營(yíng)成本低的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。目前，云存儲(chǔ)服務(wù)的形式有個(gè)人級(jí)應(yīng)用和企業(yè)級(jí)應(yīng)用2種情況。企業(yè)級(jí)的云存儲(chǔ)系統(tǒng)可以對(duì)外部客戶提供存儲(chǔ)服務(wù)租賃、異地?cái)?shù)據(jù)容災(zāi)備份和業(yè)務(wù)應(yīng)用的存儲(chǔ)支撐。云存儲(chǔ)服務(wù)通過(guò)傳統(tǒng)的集群技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算技術(shù)和分布式并行存儲(chǔ)技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)中大量的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行有機(jī)集成，這些存儲(chǔ)設(shè)備要求不高，可以是很低廉的、配置不一的計(jì)算設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備，這樣可以減少項(xiàng)目的再投資和盲目擴(kuò)張濫建。云存儲(chǔ)系統(tǒng)具有高可靠性、高通用性、高擴(kuò)展性、高并發(fā)性及大容量存儲(chǔ)等一系列特點(diǎn)，要進(jìn)行云存儲(chǔ)技術(shù)的研究，必須緊跟技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。各類應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，所積累的數(shù)據(jù)不斷增長(zhǎng)，這樣對(duì)存儲(chǔ)容量的需求也不斷增加，同時(shí)，存儲(chǔ)設(shè)備容量的增長(zhǎng)和成本的降低促進(jìn)了海量存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。但是，當(dāng)系統(tǒng)積累的數(shù)據(jù)量不斷增加以后，系統(tǒng)所需要處理的數(shù)據(jù)量也就增大了，這使得系統(tǒng)對(duì)高性能處理的需求也不斷提高，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式則成為系統(tǒng)提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能的“瓶頸”，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和訪問(wèn)便成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題。相應(yīng)地，云存儲(chǔ)具有根據(jù)需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展存儲(chǔ)容量和提高存取性能的特點(diǎn)，很好地迎合了系統(tǒng)的需求。
3.2云存儲(chǔ)的多層結(jié)構(gòu)模型
從構(gòu)成上看，云存儲(chǔ)與傳統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備相比，不僅僅是一個(gè)或一系列的硬件設(shè)備，而是一個(gè)集合了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、公用訪問(wèn)接口、接入網(wǎng)和客戶端程序等多個(gè)部分的復(fù)雜系統(tǒng)[4]。云存儲(chǔ)的各個(gè)組成部分以系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)備為核心，通過(guò)云存儲(chǔ)所提供的應(yīng)用軟件對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)服務(wù)。云存儲(chǔ)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型是一個(gè)多層次的模型，從下到上依次由存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層和訪問(wèn)層組成。①存儲(chǔ)層：存儲(chǔ)層是云存儲(chǔ)最基礎(chǔ)的部分，主要由一系列的存儲(chǔ)設(shè)備組成，存儲(chǔ)層的存儲(chǔ)設(shè)備可以是光纖存儲(chǔ)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。云存儲(chǔ)層中的存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)量往往比較龐大且可以分布在不同地域，這就提高了云存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，不同的存儲(chǔ)設(shè)備之間通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)連接在一起。在存儲(chǔ)設(shè)備之上是存儲(chǔ)設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化和鏈路冗余管理，具有對(duì)各個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控維護(hù)的功能；②基礎(chǔ)管理層：基礎(chǔ)管理層是云存儲(chǔ)系統(tǒng)中最重要的部分，也是云存儲(chǔ)系統(tǒng)中最難實(shí)現(xiàn)的部分。基礎(chǔ)管理層通過(guò)聯(lián)合運(yùn)用集群、分布式文件系統(tǒng)和網(wǎng)格計(jì)算等技術(shù)，協(xié)調(diào)調(diào)度云存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，使不同的存儲(chǔ)設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，并統(tǒng)一對(duì)外提供服務(wù)，通過(guò)并行處理技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)外提供更好的數(shù)據(jù)訪問(wèn)性能。在數(shù)據(jù)訪問(wèn)安全方面，基礎(chǔ)管理層還通過(guò)數(shù)據(jù)防控技術(shù)和數(shù)據(jù)加密技術(shù)來(lái)防止未授權(quán)用戶對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。此外，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全方面，基礎(chǔ)管理層通過(guò)各種數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)措施確保云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失或破壞，即使數(shù)據(jù)發(fā)生丟失或破壞，內(nèi)部也可以將其恢復(fù)，從而保證云存儲(chǔ)自身的安全和穩(wěn)定；③應(yīng)用接口層：應(yīng)用接口層是云存儲(chǔ)最靈活多變的部分，不同的云存儲(chǔ)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)類型和應(yīng)用模式實(shí)現(xiàn)不同的訪問(wèn)服務(wù)接口，對(duì)上層應(yīng)用提供各自的應(yīng)用服務(wù)；④訪問(wèn)層：在云存儲(chǔ)的訪問(wèn)層，合法用戶可以通過(guò)應(yīng)用接口層提供的應(yīng)用接口登錄云存儲(chǔ)系統(tǒng)，通過(guò)云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)訪問(wèn)。
3.3三維場(chǎng)景可視化技術(shù)
三維場(chǎng)景的構(gòu)建就是在三維地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)上，逐步加載地圖數(shù)據(jù)、矢量信息數(shù)據(jù)以及若干靜止或移動(dòng)的三維模型的過(guò)程，構(gòu)建示意圖如圖1所示。三維場(chǎng)景的可視化技術(shù)是指用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖像處理技術(shù)將三維場(chǎng)景中的復(fù)雜對(duì)象轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示并與操作者進(jìn)行交互處理的技術(shù)和方法。為了實(shí)現(xiàn)由三維空間向二維平面映射時(shí)圖像顯示的立體感，三維數(shù)據(jù)顯示前需要進(jìn)行一系列計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的技術(shù)處理[5]，基于三維地理信息平臺(tái)的三維場(chǎng)景展示處理流程如圖2所示。在三維地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)上，首先加載所顯示區(qū)域范圍內(nèi)的三維模型，然后從模型庫(kù)中讀取相應(yīng)的三維模型數(shù)據(jù)，計(jì)算三維坐標(biāo)系的三維剪裁信息，同時(shí)讀取三維模型的尺寸信息、光照模型和紋理映射，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)到屏幕二維坐標(biāo)的投影計(jì)算，最終生成屏幕坐標(biāo)系中的圖形圖像并顯示。
4云存儲(chǔ)環(huán)境下三維場(chǎng)景存儲(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)
4.1總體存儲(chǔ)架構(gòu)
隨著對(duì)三維場(chǎng)景的精細(xì)化越來(lái)越高和場(chǎng)景區(qū)域的越來(lái)越廣，三維場(chǎng)景構(gòu)建所涉及的數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，采用傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)或普通存儲(chǔ)已經(jīng)無(wú)法滿足系統(tǒng)的訪問(wèn)要求，因而設(shè)計(jì)了基于云存儲(chǔ)的三維數(shù)據(jù)組織管理方式，以適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)三維數(shù)據(jù)的更高的訪問(wèn)需求，基于云存儲(chǔ)的三維場(chǎng)景存儲(chǔ)架構(gòu)如圖3所示。在三維場(chǎng)景存儲(chǔ)架構(gòu)中，由底向上各層的功能如下：①基礎(chǔ)設(shè)施層：主要由計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，為上層提供網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境、計(jì)算服務(wù)運(yùn)行環(huán)境和存儲(chǔ)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)的硬件服務(wù)平臺(tái)；②混合型存儲(chǔ)層：在底層硬件環(huán)境的支撐下，通過(guò)事務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)、分析型數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)以及Hadoop的生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理；③統(tǒng)一訪問(wèn)層：實(shí)現(xiàn)對(duì)混合型存儲(chǔ)層各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一訪問(wèn)的功能，在統(tǒng)一訪問(wèn)層中，通過(guò)對(duì)不同數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)的適配處理，對(duì)上層形成一個(gè)屏蔽數(shù)據(jù)庫(kù)差異的虛擬層，使得上層數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)管理過(guò)程中不需考慮存儲(chǔ)的位置；④數(shù)據(jù)資源層：包括構(gòu)建三維場(chǎng)景所需的各類數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在以上的分層存儲(chǔ)架構(gòu)中，每一層都是為上層提供服務(wù)和支撐，并建立在下一層的基礎(chǔ)之上，形成三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的整體存儲(chǔ)架構(gòu)。
4.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
以上對(duì)三維數(shù)據(jù)的總體存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中的數(shù)據(jù)資源層，對(duì)于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)管理方式主要是傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則保存在NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)則保存到云存儲(chǔ)系統(tǒng)中[6]，針對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)如圖4所示。整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)以三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)為中心，通過(guò)關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)三維場(chǎng)景中對(duì)三維模型數(shù)據(jù)的調(diào)用，通過(guò)外鍵引用的方式展現(xiàn)了三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)對(duì)正射影像模型、數(shù)字高程數(shù)據(jù)、電子海圖和遙感影像等底圖的依賴關(guān)系。此外，對(duì)于以文件形式存在的各類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)均保存到云存儲(chǔ)系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)用服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)存取。
4.3數(shù)據(jù)仿真結(jié)果
在傳統(tǒng)存儲(chǔ)環(huán)境下，通過(guò)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)讀取顯示的仿真實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果如表1所示，在云存儲(chǔ)環(huán)境下，系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果如表2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在視點(diǎn)高度、地理數(shù)據(jù)的分辨率和三維模型實(shí)體的復(fù)雜度不同的情況下，采用基于云存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)組織方式，顯示性能和對(duì)本機(jī)資源的占用情況都比傳統(tǒng)存儲(chǔ)環(huán)境更為優(yōu)越，在云存儲(chǔ)環(huán)境下顯示幀率最低為27.3幀/s，依然能夠滿足人眼的適應(yīng)幀率。三維場(chǎng)景技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，例如在作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域，可以采用三維場(chǎng)景技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)中對(duì)一種模擬戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)程進(jìn)行重現(xiàn)，通過(guò)可視化的軍事演示來(lái)分析軍事環(huán)境、戰(zhàn)地場(chǎng)景、過(guò)程模擬及武器爆炸等，實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)與虛擬軍事環(huán)境直接進(jìn)行自然的交互，有助于軍事單位對(duì)災(zāi)難方案的分析與研究，可大大節(jié)省軍費(fèi)開(kāi)支，降低軍事成本，縮短軍事演習(xí)時(shí)間，解決在軍事實(shí)戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。5結(jié)束語(yǔ)在具有大容量、易管理及高可擴(kuò)展等特點(diǎn)的云存儲(chǔ)環(huán)境下，三維數(shù)據(jù)組織管理的存取變得更為方便，針對(duì)海量數(shù)據(jù)的三維場(chǎng)景信息實(shí)現(xiàn)平滑展示更為可行，并且能夠適應(yīng)數(shù)據(jù)量和讀取性能不斷增長(zhǎng)的需求，本文提出的基于云存儲(chǔ)的三維數(shù)據(jù)組織管理和實(shí)現(xiàn)很好地應(yīng)用在某重點(diǎn)課題項(xiàng)目中，解決了傳統(tǒng)環(huán)境下無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效組織和快速訪問(wèn)的問(wèn)題，在數(shù)據(jù)量不斷增長(zhǎng)的將來(lái)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
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關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：自然環(huán)境；粒子系統(tǒng)；特效仿真
中圖分類號(hào)：TP317.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2013）008015302
作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：汪永剛（1989-），男，武警工程大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)仿真；葛衛(wèi)麗（1962-），女，武警工程大學(xué)副教授，研究方向?yàn)橹笓]信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)仿真。
0 引言
虛擬自然環(huán)境是場(chǎng)景仿真的重要基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)仿真中，虛擬自然景物能否更好地可視化直接影響用戶的使用反饋。仿真不規(guī)則物體，是可視化計(jì)算機(jī)仿真的難點(diǎn)，因其外觀特征極不規(guī)則，表面不光滑，而且具有復(fù)雜與隨意變化過(guò)程，這使得用經(jīng)典的歐幾里德幾何學(xué)對(duì)其描述顯得無(wú)能為力。
盡管如此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后提出了粒子系統(tǒng)模型、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)模型、分形模型等表示不規(guī)則模糊物體的理論，其中W.T.Reeves 提出的粒子系統(tǒng)理論較為成功。粒子系統(tǒng)就是由大量粒子集合在一起表現(xiàn)不規(guī)則物體的計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)[1]。如今，粒子系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在可視化虛擬環(huán)境仿真的各個(gè)方面，虛擬的雨雪、煙霧等特效是實(shí)現(xiàn)逼真的虛擬自然環(huán)境中不可或缺的一部分，也是粒子系統(tǒng)運(yùn)用的主要領(lǐng)域。
1 粒子系統(tǒng)原理
粒子系統(tǒng)對(duì)景物的繪制不同于以往造型、繪制系統(tǒng)的方法，它不是一個(gè)靜態(tài)模型，而是一種過(guò)程模型。如果可以找到有效的物理或生理過(guò)程，不規(guī)則物體的行為分析和建模將變得很簡(jiǎn)單，只要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的物理幾何模型即可。一個(gè)粒子系統(tǒng)可由多個(gè)稱為粒子的元素組成，每個(gè)粒子均具有形狀、大小、運(yùn)動(dòng)方向、生存周期等屬性，而一個(gè)粒子具有的屬性取決于粒子系統(tǒng)所模擬的物體。粒子系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，每時(shí)每刻都有新粒子產(chǎn)生以及舊粒子死亡。系統(tǒng)中的粒子的各類信息都隨時(shí)間而改變，粒子的初始狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律影響粒子的正確運(yùn)行。我們可以通過(guò)控制粒子的屬性和變化過(guò)程來(lái)模擬一些動(dòng)態(tài)自然物體。粒子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要以下5個(gè)步驟：①新粒子產(chǎn)生并具有新屬性后進(jìn)入系統(tǒng)；②結(jié)合粒子的動(dòng)態(tài)特征對(duì)粒子進(jìn)行諸如移動(dòng)和變換之類的操作，同時(shí)改變粒子屬性；③判斷活動(dòng)粒子的實(shí)時(shí)生命值；④刪除超過(guò)其生命周期的粒子；⑤繪制并顯示由系統(tǒng)中粒子所組成的圖形。
2 不規(guī)則物體粒子系統(tǒng)模型
在可視化仿真自然環(huán)境中，爆炸、火焰、雨雪等許多特效都可以用粒子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，本文選擇煙霧和雨雪進(jìn)行介紹。
2.1 煙霧粒子模型
2.1.1 煙的行為過(guò)程描述
模擬煙的行為，基礎(chǔ)在于研究與煙行為有關(guān)的因素。對(duì)煙的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生決定性影響的因素有煙粒子的運(yùn)動(dòng)速度和溫度。第一是煙粒子的速度，當(dāng)煙進(jìn)入空氣后，它會(huì)與空氣摩擦，空氣對(duì)煙有一個(gè)力的作用從而產(chǎn)生一種湍流效果；第二則是煙粒子的溫度，煙霧中溫度高的上升速度快，溫度較低的上升速度慢，不同溫度會(huì)造成煙內(nèi)部的擴(kuò)散[2]。
2.1.2 煙霧運(yùn)動(dòng)物理方程描述
采用物理學(xué)方法，對(duì)煙霧粒子進(jìn)行物理描述。可以認(rèn)為煙是不可壓縮的氣體，用N-S方程可描述為：= v·（u）﹣（u·）u（1）
以上方程中，T（t）為煙粒子溫度，M為粒子浮力參數(shù)，Tc 為外界溫度。方程組（1）～（3）在理論上可以求解，但計(jì)算很復(fù)雜。
分析煙粒子的運(yùn)動(dòng)可知，煙粒子浮力fe起主要作用，故可以在整個(gè)過(guò)程只考慮煙粒子浮力的作用。同時(shí)，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)煙粒子紋理映射技術(shù)來(lái)體現(xiàn)煙霧的變化。
2.1.3 煙霧粒子運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化
簡(jiǎn)化后的煙粒子運(yùn)動(dòng)方程滿足等式：Ma（t）=f（t）， a（t）=dv（t）/dt， v （t）=ds（t）/dt。其中，M表示煙粒子的質(zhì)量，a（t）為粒子加速度，s（t）為粒子的位置，f（t）表示粒子所受到的浮力。此時(shí)可求出粒子在任意時(shí)刻的速度、位置。
2.2 雨雪粒子模型
2.2.1 靜態(tài)屬性
雨雪粒子的靜態(tài)屬性主要包括：粒子形狀和大小、粒子顏色和透明度等[3]。其中，粒子的形狀簡(jiǎn)化為三維球體，球體的大小即為粒子的大小。
2.2.2 動(dòng)態(tài)屬性
雨雪粒子的動(dòng)態(tài)屬性主要有：粒子群密度的變化、雨雪粒子的動(dòng)力學(xué)特征等。可通過(guò)一個(gè)隨機(jī)過(guò)程來(lái)控制雨雪粒子的出現(xiàn)，首先是對(duì)每個(gè)時(shí)刻進(jìn)入系統(tǒng)的粒子數(shù)目進(jìn)行控制，目的在于表現(xiàn)雨雪在不同時(shí)刻的分布變化。對(duì)于雨雪粒子的動(dòng)力學(xué)分析，雨雪粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足經(jīng)典物理的相關(guān)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即粒子的加速度a、速度v 和位移s 有如下關(guān)系：
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 動(dòng)態(tài)鏈表
可用動(dòng)態(tài)鏈表實(shí)現(xiàn)本文算法。鏈表存儲(chǔ)的對(duì)象代表系統(tǒng)中存在的粒子，粒子的屬性也存儲(chǔ)在內(nèi)。鏈表中新生的粒子排在表頭，快要死亡的粒子則在表尾，鏈表包括活動(dòng)粒子鏈表和死亡粒子鏈表。活動(dòng)粒子鏈表保存的是活動(dòng)粒子，該鏈表中的某個(gè)粒子在即將死亡時(shí)就被轉(zhuǎn)存至死亡粒子鏈表，當(dāng)要生成一個(gè)新粒子時(shí)，先遍歷死亡粒子鏈表，如果該鏈表中有死粒子存在，則更改該死亡粒子的屬性，將其轉(zhuǎn)存至活動(dòng)粒子鏈表，這種處理減少了分配和釋放內(nèi)存的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
3.2 實(shí)時(shí)性
（1） 在列出煙粒子的運(yùn)動(dòng)方程后，在保證整體效果不失真的前提下可簡(jiǎn)化算法，減少運(yùn)算量，達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。
（2） 選用LOD技術(shù)，減少離視點(diǎn)較遠(yuǎn)處的粒子數(shù)目，從而縮短圖形生成時(shí)間，更好地滿足實(shí)時(shí)性要求[4]。
3.3 三角函數(shù)列表
在研究雨雪旋轉(zhuǎn)時(shí)，需要進(jìn)行三角函數(shù)的相關(guān)運(yùn)算，這會(huì)降低虛擬場(chǎng)景生成的實(shí)時(shí)性。在此，可以事先用線性表預(yù)存三角函數(shù)值的方式來(lái)避免耗時(shí)的函數(shù)運(yùn)算[5]。
4 結(jié)語(yǔ)
本文提出的煙霧和雨雪的粒子系統(tǒng)模型均已應(yīng)用在分布交互式虛擬仿真系統(tǒng)中，提高了虛擬自然環(huán)境的逼真程度，取得了良好的渲染效果。
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【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí) 虛擬校園 三維建模技術(shù) 人機(jī)交互 場(chǎng)景漫游
虛擬校園是數(shù)字化校園的發(fā)展與應(yīng)用，是數(shù)字校園的高級(jí)技術(shù)特征之一，其主要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是利用圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)以及三維建模可視化語(yǔ)言等工具在可視化介質(zhì)上加以顯示。現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到諸多領(lǐng)域，而將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字化校園中則是一個(gè)具有實(shí)現(xiàn)意義與價(jià)值的趨勢(shì)。它在遠(yuǎn)程參觀與遠(yuǎn)程教育中會(huì)發(fā)揮出傳統(tǒng)教育無(wú)法比擬的作用和效果，具有較高的實(shí)用意義。
本文以長(zhǎng)安大學(xué)渭水校園為研究對(duì)象，深入分析了在虛擬校園系統(tǒng)中空間地物的建模方法，并且針對(duì)特殊環(huán)境詳細(xì)研究其交互方式與漫游途徑，對(duì)于遇到的問(wèn)題加以分析和解決。
一、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
虛擬校園系統(tǒng)是基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等高新技術(shù)，將校園地理空間信息和其屬性信息相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)逼真的、具有 視覺(jué)、廳局、觸覺(jué)的虛擬校園景觀，由其組成的關(guān)鍵技術(shù)就可以看出其功能可以是三維顯示，人機(jī)交互，遠(yuǎn)程漫游，并且可以進(jìn)行查詢、搜索等操作。
（一）三維顯示
校園三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)是三維虛擬校園系統(tǒng)的主要功能，其質(zhì)量好壞直接影響到場(chǎng)景的逼真度和系統(tǒng)的運(yùn)行效率。以DEM和遙感影像為數(shù)據(jù)源，可快速重現(xiàn)實(shí)地地形，并且利用3s max等軟件加入物體三維模型，可以實(shí)現(xiàn)三維物體的立體顯示。
（二）人機(jī)交互
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的人機(jī)交互技術(shù)主要是發(fā)展和完善三維交互。而虛擬環(huán)境產(chǎn)生器則可以根據(jù)內(nèi)部模型和外部環(huán)境的變化計(jì)算生成人在回路中的逼真的虛擬環(huán)境，人通過(guò)各種傳感器與這個(gè)虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。
（三）遠(yuǎn)程漫游
構(gòu)建一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游引擎就是采用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類先進(jìn)的交互手段，創(chuàng)建一個(gè)參與者處于一個(gè)具有身臨其境的沉浸感。
（四）空間分析
由于虛擬校園在一定程度上借助了地理信息系統(tǒng)技術(shù)，而地理信息系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其強(qiáng)大的空間分析能力，所以建立的虛擬校園系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)面積量算、距離量算、通視性分析和拓?fù)潢P(guān)系的查詢等功能。
二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
虛擬校園系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，然后利用建模軟件建立三維地物模型，然后借助虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)虛擬校園場(chǎng)景顯示、三維場(chǎng)景漫游、查詢、量算等功能。
（一）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
數(shù)據(jù)的收集應(yīng)用考慮到實(shí)際建模時(shí)不同地物復(fù)雜程度的不同而加以區(qū)分和選擇。主要內(nèi)容有：建筑物的設(shè)計(jì)圖紙及文檔資料等原始資料和校園較大比例尺的航攝相片資料等原始資料；還要包括利用相機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)拍攝獲得的資料，以備為以后的貼圖工作做準(zhǔn)備。
（二）場(chǎng)景的建模
1.建筑物建模
對(duì)于建筑物的建模需要一個(gè)從宏觀到細(xì)節(jié)的技術(shù)路線。首先是利用一些傳統(tǒng)或現(xiàn)代化的測(cè)量技術(shù)測(cè)量出渭水校園中多個(gè)建筑物的空間位置信息。在此過(guò)程中可以利用相機(jī)獲取建筑物的紋理信息，然后將獲取的建筑物的空間數(shù)據(jù)信息在建模軟件中分別對(duì)建筑物加以建模。
當(dāng)然對(duì)于一些局部不規(guī)則的建筑物，其模型的創(chuàng)建需要考慮到具體的細(xì)節(jié)部分，即可以對(duì)其進(jìn)行規(guī)則與不規(guī)則劃分：建筑物的規(guī)則部分可以用3D MAX等軟件自動(dòng)獲得，另外的不規(guī)則部分的建模則可以利用專門的模型編輯軟件加以實(shí)現(xiàn)，例如VRModel等。另外對(duì)于建筑物中的各種材質(zhì)，可以對(duì)模型進(jìn)行貼圖，得到逼真的效果。
2.樹(shù)木
樹(shù)木的建模可以利用面片貼圖法。這種方法通常在模型建造軟件中建立單個(gè)面片或兩個(gè)互相垂直的矩形面片，然后把植物立面用貼圖的方式貼到面片上，并通過(guò)alpha通道進(jìn)行透明處理。其中利用Photoshop對(duì)圖片人們制作alpha是非常重要的一步。還有一種方法就是采用廣告牌法，它將每棵樹(shù)都看成長(zhǎng)方形的面板，每個(gè)面板上都是已經(jīng)拍攝好的樹(shù)木的紋理。其主要特點(diǎn)就是用戶漫游時(shí)它一直朝向視點(diǎn)的觀察方向。
3.紋理的建立與映射
紋理映射是所有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)中的重要部分，紋理資料的好壞直接影響到建筑物、樹(shù)木以及地面等模型的逼真度。用相機(jī)或手機(jī)拍攝的地物的側(cè)面紋理很多時(shí)候都是不滿足要求的，這里就可以利用一些圖像處理軟件對(duì)獲取的圖像加以處理，此類軟件可以是Photoshop和CAD等，處理過(guò)后的圖像一般是正射相片。對(duì)于建筑物頂部的圖片可以通過(guò)大比例尺航空正射影像獲得。
（三）人機(jī)交互
人機(jī)交互應(yīng)該是多通道的，即交互通道應(yīng)該是視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和方向感等，讓人真正地?fù)碛谐两信c真實(shí)感。視覺(jué)通道產(chǎn)生以用戶本人為視點(diǎn)的包括各種景物和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視景，人通過(guò)頭盔顯示器等立體顯示設(shè)備進(jìn)行觀察；聽(tīng)覺(jué)通道為用戶提供三維立體音響；而觸覺(jué)與力反饋的關(guān)系真正建立起來(lái)一個(gè)“看得見(jiàn)摸得著”的虛擬環(huán)境，其中系統(tǒng)要識(shí)別用戶何時(shí)“輸入”，包括頭的位置和指向，手的位置、指向和角度等。對(duì)于人的頭位置和指向的跟蹤檢測(cè)主要是通過(guò)安裝在頭盔上的跟蹤裝置實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于手的檢測(cè)與跟蹤主要是采用數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)的。
（四）實(shí)時(shí)漫游
實(shí)時(shí)漫游是每個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的最終體驗(yàn)形式，按用戶的需求方式，可將虛擬現(xiàn)實(shí)漫游方式分為三種：
一是自動(dòng)式漫游體系。其總體思路是按照事先給定的路徑進(jìn)行漫游。這就好像我們事先給定一系列的路徑坐標(biāo)點(diǎn)，然后用戶依次路徑這些給定的點(diǎn)的位置來(lái)體驗(yàn)我們的虛擬校園系統(tǒng)。
二是查詢式漫游體系。這就是如今一些網(wǎng)絡(luò)地圖中的一些功能：你可以選擇你的目的地，比如圖書館，我們的系統(tǒng)會(huì)生成多條路徑供你選擇。
三是交互式漫游體系。這主要是指鼠標(biāo)和鍵盤的中介作用，你可以利用它們來(lái)選擇你的行進(jìn)方向。它可以生成一個(gè)不存在的視點(diǎn)，并依據(jù)這個(gè)虛擬視點(diǎn)的位置和視角，在瀏覽器中呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景信息。
（五） 碰撞檢測(cè)
碰撞檢測(cè)是指對(duì)漫游視點(diǎn)與物體之間的幾何位置關(guān)系進(jìn)行限制，通過(guò)檢測(cè)視點(diǎn)與物體的距離，一旦小于某個(gè)閾值，則認(rèn)為是發(fā)生了碰撞。
較常用的方法是層次包圍盒法，它的基本思想是利用體積略大而幾何特征簡(jiǎn)單的包圍盒來(lái)近似描述復(fù)雜的幾何對(duì)象。
另一種較常用的方法是空間分解法，它是將整個(gè)虛擬空間劃分成相等體積的單元格，只對(duì)占據(jù)同一單元格或相鄰單元格的幾何對(duì)象進(jìn)行相交測(cè)試。適用于稀疏的環(huán)境中分布較均勻的幾何對(duì)象的碰撞檢測(cè)。
三、結(jié)論與展望
虛擬校園帶給我們的不僅是視覺(jué)上的改變，從某種意義上說(shuō)它將改變?nèi)藗兊乃季S方式。本文描述了虛擬校園系統(tǒng)的總體功能，探討了實(shí)現(xiàn)虛擬校園系統(tǒng)的方法；并以虛擬校園中一些場(chǎng)景為例做出了技術(shù)說(shuō)明。其實(shí)在不久的將來(lái)，借助互聯(lián)網(wǎng)，虛擬校園系統(tǒng)的功能可以在人們的共同努力下進(jìn)一步得到完善。也許能夠成為學(xué)生的第二個(gè)可以交友、學(xué)習(xí)和娛樂(lè)的第二個(gè)“真實(shí)”校園。
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我國(guó)石油行業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況等密不可分，充滿著危機(jī)和挑戰(zhàn)。對(duì)于員工的能力和安全意識(shí)要求很高，傳統(tǒng)的進(jìn)場(chǎng)培訓(xùn)有一定的局限性，例如：職業(yè)培訓(xùn)效果是否良好主要依賴于教師的水平，培訓(xùn)過(guò)程沒(méi)有明確統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)性差，沒(méi)有可重用性等。可見(jiàn)傳統(tǒng)的培訓(xùn)技術(shù)不但受時(shí)間、空間的限制，而且在人力、資源、經(jīng)費(fèi)、組織實(shí)施等方面都存在很大問(wèn)題。尤其對(duì)于危險(xiǎn)作業(yè)或不具備實(shí)驗(yàn)條件的高級(jí)培訓(xùn)，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式更是難以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)培訓(xùn)模式的局限性制約了人們所期望的培訓(xùn)質(zhì)量和培訓(xùn)效率，滿足不了現(xiàn)代社會(huì)的需求。
鉆井模擬器采用虛擬制造技術(shù)的概念，開(kāi)發(fā)過(guò)程基于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并結(jié)合了鉆井工程的實(shí)際工藝，改變了原有的鉆井培訓(xùn)方法。它為用戶提供了起下鉆、鉆進(jìn)、井控和鉆井事故及復(fù)雜情況處理等作業(yè)的操作過(guò)程模擬，主要用于鉆井司鉆、鉆井技術(shù)人員的操作培訓(xùn)和安全培訓(xùn)，并為學(xué)員培訓(xùn)考核提供了教師評(píng)分系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)培訓(xùn)過(guò)程中客觀上無(wú)法解決的技術(shù)難題。作為新型的針對(duì)油田具體情況開(kāi)發(fā)的培訓(xùn)系統(tǒng)，鉆井模擬器有著積極的意義。
2．基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬培訓(xùn)
該設(shè)備是以控制為中心的VM設(shè)備，主要用于鉆井人才的培訓(xùn)。這套虛擬培訓(xùn)設(shè)備運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，真實(shí)生動(dòng)的模擬了鉆井工藝流程的細(xì)節(jié)。學(xué)員能夠通過(guò)對(duì)仿真鉆機(jī)設(shè)備的操作，直接觀察到鉆井平臺(tái)上的活動(dòng)以及操作結(jié)果，最終達(dá)到讓培訓(xùn)人員掌握正確操作過(guò)程的效果。虛擬培訓(xùn)有以下特征：
2．1仿真性
在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持下，虛擬培訓(xùn)設(shè)施與真正的培訓(xùn)設(shè)施功能相同，操作方法也一樣，學(xué)員通過(guò)虛擬培訓(xùn)設(shè)施訓(xùn)練技能與現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)基地里同樣方便。這是因?yàn)樘摂M培訓(xùn)環(huán)境無(wú)論是現(xiàn)實(shí)的環(huán)境還是構(gòu)想的環(huán)境，都是虛擬的但又是逼真的。理想的虛擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使受訓(xùn)者難以分辨真假的程度。
2．2開(kāi)放性
虛擬培訓(xùn)環(huán)境可以為所有受訓(xùn)者在任何時(shí)間、地點(diǎn)提供各種培訓(xùn)的場(chǎng)所。實(shí)際上，虛擬培訓(xùn)環(huán)境的內(nèi)涵是廣泛的，它不同于傳統(tǒng)的培訓(xùn)基地概念，它具備可以進(jìn)行類似于傳統(tǒng)培訓(xùn)項(xiàng)目的環(huán)境，但更擅長(zhǎng)的是使學(xué)員置身于培訓(xùn)項(xiàng)目對(duì)象中的逼真環(huán)境。凡是受訓(xùn)者可以通過(guò)有關(guān)器具操作，來(lái)學(xué)習(xí)或訓(xùn)練某種技能的虛擬環(huán)境，并都?xì)w之于虛擬培訓(xùn)環(huán)境。
2．3超時(shí)空性
虛擬培訓(xùn)環(huán)境具有超時(shí)空的特點(diǎn)，它能夠?qū)⑦^(guò)去世界、現(xiàn)在世界、未來(lái)世界、微觀世界、宏觀世界、客觀世界、主觀世界幻想世界等擁有的物體和發(fā)生的事件單獨(dú)呈現(xiàn)或進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并可隨時(shí)隨地提供給學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)。
2．4可操作性
受訓(xùn)者可通過(guò)使用專門設(shè)備，用人類的自然技能實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬環(huán)境的物體進(jìn)行操作，就像在現(xiàn)實(shí)世界中一樣。
2．5對(duì)應(yīng)性
學(xué)員的培訓(xùn)內(nèi)容與虛擬環(huán)境是密切對(duì)應(yīng)的。例如，學(xué)員要學(xué)習(xí)飛行器駕駛技術(shù)，那么虛擬環(huán)境就是飛行器飛行的模擬環(huán)境。對(duì)應(yīng)性將能為受訓(xùn)者設(shè)定各種復(fù)雜的情況，以提高受訓(xùn)者的應(yīng)變能力，從而使得他們?cè)趯?shí)際環(huán)境下能得心應(yīng)手的處理各種情況。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能按每個(gè)學(xué)員的基礎(chǔ)和能力，對(duì)應(yīng)性的開(kāi)展個(gè)性化的教育培訓(xùn)。
3．鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景計(jì)算機(jī)顯示的科學(xué)，也是利用計(jì)算機(jī)處理人類所能看見(jiàn)的圖景的手段和方法。視景仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為理論基礎(chǔ)的三維模型動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，基本原理是：根據(jù)觀察點(diǎn)及觀察方向?qū)?chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和實(shí)現(xiàn)，并做到對(duì)三維復(fù)雜環(huán)境中物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)交互控制，產(chǎn)生良好的動(dòng)畫效果。實(shí)現(xiàn)三維模型視景的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，一方面要求計(jì)算機(jī)硬件有高速運(yùn)算能力和很強(qiáng)的三維圖形處理功能；另一方面還要求在算法和軟件上有所發(fā)展，以便在硬件平臺(tái)上取得更好的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示效果。視景仿真系統(tǒng)是鉆井模擬器的重要組成部分，它提供給用戶一個(gè)三維的真實(shí)感視覺(jué)環(huán)境。
3．1鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)分析
鉆井模擬器在虛擬培訓(xùn)過(guò)程中需要模擬井場(chǎng)環(huán)境和操作結(jié)果，這就需要視景仿真系統(tǒng)根據(jù)鉆井模擬器司鉆控制臺(tái)的操作過(guò)程，實(shí)時(shí)模擬出井場(chǎng)環(huán)境的變化和司鉆、井控操作對(duì)鉆井過(guò)程的影響。在現(xiàn)實(shí)的司鉆和井控過(guò)程中，操作錯(cuò)誤和地質(zhì)環(huán)境變化都是事故的誘因，在鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)中也模擬了事故發(fā)生過(guò)程和事故排除的情況。實(shí)時(shí)地顯示鉆井過(guò)程中的數(shù)據(jù)，計(jì)算參數(shù)。根據(jù)司鉆臺(tái)操作的具體行為，依照物理模型和數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬設(shè)備運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，使得鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的三維動(dòng)畫過(guò)程更貼近現(xiàn)實(shí)。
鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)需要對(duì)井場(chǎng)設(shè)備、自然環(huán)境、井下情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)模擬，使培訓(xùn)者在培訓(xùn)過(guò)程中除了學(xué)習(xí)操作知識(shí)，還能更有效、直觀的學(xué)習(xí)到理論知識(shí)。硬件設(shè)施和三維圖形軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了虛擬模擬系統(tǒng)，培訓(xùn)人員能夠通過(guò)這套虛擬培訓(xùn)設(shè)備完成所有鉆井工作人員所需要的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際操作技術(shù)。
3．2實(shí)時(shí)場(chǎng)景系統(tǒng)組成
根據(jù)鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的需要，開(kāi)發(fā)過(guò)程在WindowsxP平臺(tái)上，建模部分使用3DMAX完成機(jī)械部件的模擬，模型的管理由3DExplorer~成，并實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)換導(dǎo)出。程序?qū)δＰ偷目刂朴蒀++Builder6．0實(shí)現(xiàn)，整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程基于OpenGL2．0。
鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)場(chǎng)景組成包括以下幾個(gè)部分：三維圖形實(shí)體模型、鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)控制程序、GLSL編寫的渲染效果。
在整個(gè)組成部分中，最重要的是鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)控制程序，在程序中完成了以下工作：場(chǎng)景初始化、工藝動(dòng)畫控制、與主控機(jī)通信、參數(shù)顯示、碰撞處理以及特效渲染。
場(chǎng)景初始化：由于鉆井工藝的復(fù)雜性和虛擬培訓(xùn)的操作性，每個(gè)作業(yè)當(dāng)前場(chǎng)景都有所不同。在一個(gè)新的作業(yè)開(kāi)始前，圖形程序在接收到控制機(jī)發(fā)出的作業(yè)指令后初始化當(dāng)前場(chǎng)景，例如：鉆井平臺(tái)上各操作部件當(dāng)前的數(shù)量、狀態(tài)以及位置。
工藝動(dòng)畫控制：在完成規(guī)定工藝作業(yè)的過(guò)程中，司鉆控制臺(tái)做出的每一個(gè)動(dòng)作都將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞給主控機(jī)，再由主控機(jī)發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)給圖形程序，圖形程序得到參數(shù)后，做出具體反映。在圖形機(jī)上體現(xiàn)出鉆臺(tái)上各種控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、具體動(dòng)作、視圖選擇(包括上視角、井下視角、防噴器視角、多視圖顯示等)等。
與主控機(jī)通信及參數(shù)顯示：主控機(jī)的設(shè)計(jì)主要由鉆井模擬器設(shè)計(jì)的需求決定，由于這套儀器主要用于虛擬培訓(xùn)，教師和學(xué)生之間有教與學(xué)的關(guān)系，主控機(jī)能夠提供給教師一個(gè)教育平臺(tái)，提供作業(yè)調(diào)度、控制、評(píng)分等功能，與此同時(shí)，傳遞司鉆控制臺(tái)上發(fā)來(lái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并把與操作有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)給圖形機(jī)，即鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)，兩方通信，傳遞參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在屏幕上顯示操作過(guò)程中需要操作者了解的參數(shù)值。
碰撞處理：在三維圖形的運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程中是不允許有“穿墻而過(guò)”的狀況發(fā)生的，因此要對(duì)運(yùn)動(dòng)物體作碰撞檢測(cè)的處理。為了遵循模型運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感，鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)當(dāng)然也包括碰撞的檢測(cè)與處理部分。
渲染特效：實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰、氣泡、液體噴涌效果的模擬，使用GLSL實(shí)現(xiàn)電影級(jí)的光照效果，可以分別模擬白天，夜晚，探照燈等光照模式，大大地提高了圖形效果和真實(shí)感。
3．3鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一個(gè)性能優(yōu)越、功能完備的系統(tǒng)需要在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)劃。這樣，在后期的開(kāi)發(fā)過(guò)程中才能完成高質(zhì)量的軟件項(xiàng)目。鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循面向?qū)ο蟮脑瓌t，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性和兼容性等方面都有突出的表現(xiàn)。
3．4系統(tǒng)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)目標(biāo)
鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)要求有以下特點(diǎn)：
1)可以生成高質(zhì)量的圖形，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的可控動(dòng)畫。
2)圖形的生成快速穩(wěn)定，對(duì)圖形硬件要求不高。目前，系統(tǒng)配置為NVIDA6800，NVIDA6系列以上顯卡都可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖形動(dòng)畫。
3)提供給用戶多角度、多視圖的工作窗口，方便用戶定位觀測(cè)，在操作過(guò)程中既能觀察整個(gè)場(chǎng)面，又能集中觀察工藝作業(yè)下重要部件的工作過(guò)程。
4)建立模型細(xì)致、真實(shí)，宏觀模型和微觀模型通過(guò)軟件和程序分別建模，真實(shí)感程度高。
經(jīng)過(guò)分析鉆井模擬器視景仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)后，設(shè)定該系統(tǒng)要達(dá)到以下目標(biāo)：
可擴(kuò)展性：對(duì)于新模型、新器件、新工藝的增加，方便快捷，可以在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展。
兼容性：系統(tǒng)可以用于Windows2000／XP平臺(tái)，兼容于各種圖形加速硬件。
敏捷性：圖形生成迅速、穩(wěn)定，一般的圖形加速硬件既可滿
足要求；系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到反應(yīng)迅速、操作靈敏的功效。
3．5基于面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)
鉆井模擬器圖形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于面向?qū)ο蟮模到y(tǒng)規(guī)模較大，設(shè)計(jì)復(fù)雜。基于在鉆井工藝中涉及到的物體較多，并且各個(gè)物體在不同的方面有不同的特性，因此在設(shè)計(jì)之前，應(yīng)確定設(shè)計(jì)類的準(zhǔn)則。對(duì)本系統(tǒng)而言，這里關(guān)心的是用物體如何展現(xiàn)工藝流程，所有類的設(shè)計(jì)應(yīng)該圍繞物體的動(dòng)畫功能需要來(lái)進(jìn)行。
在鉆井各工藝流程中，大鉤、鉆桿等物體是系統(tǒng)動(dòng)畫的載體，具有物體自身的方法和屬性，因此，可以將其封裝成類。根據(jù)圍繞物體的運(yùn)動(dòng)功能來(lái)設(shè)計(jì)類的思想，將液壓大鉗和液壓大鉗的活塞、吊卡的主體和活頁(yè)設(shè)計(jì)成不同的類，這樣設(shè)計(jì)不僅可以使動(dòng)畫更加逼真，還能提高系統(tǒng)靈活性。
關(guān)鍵詞：虛擬校園；圖形技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2012) 06-0000-02
近年來(lái)我國(guó)高校數(shù)字化校園建設(shè)不斷向前發(fā)展，虛擬校園建設(shè)作為其中一項(xiàng)重要研究方向，目前已經(jīng)在部分高校得到了發(fā)展與探索。作為高校信息化建設(shè)中的新鮮事物，虛擬校園建設(shè)在發(fā)展中面臨著諸多的技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步完善與解決。筆者在總結(jié)現(xiàn)有相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，就虛擬校園建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題作以下探討與分析。
一、虛擬校園的界定
從現(xiàn)有文獻(xiàn)資料來(lái)看，關(guān)于“虛擬校園（Virtual Campus）”的定義還不十分統(tǒng)一。不過(guò)從現(xiàn)有的研究及應(yīng)用實(shí)踐，我們可以這么認(rèn)為：所謂虛擬校園，就是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)大學(xué)校園的數(shù)字化和虛擬化，從而模擬構(gòu)建一個(gè)從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)方面十分逼真的虛擬校園景觀，最終我們可以借助計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)該校園進(jìn)行全貌的了解，以及在虛擬校園中漫游，使我們有著有身臨其境的感覺(jué)。因此，一個(gè)完美的虛擬校園其基本特征是：實(shí)時(shí)性、沉浸感、交互性和想象力。
虛擬校園是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應(yīng)用，它的出現(xiàn)，為其推進(jìn)校園的規(guī)劃、優(yōu)化高校的管理、以及輔助決策和學(xué)校發(fā)展等方面發(fā)揮了積極的作用。由于虛擬校園建設(shè)中涉及到的主要技術(shù)領(lǐng)域涵蓋了地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等方面。因此，在具體設(shè)計(jì)與應(yīng)用中面臨著諸多的技術(shù)問(wèn)題需要我們不斷進(jìn)行探索與研究。
二、虛擬校園建設(shè)的系統(tǒng)需求和流程
（一）系統(tǒng)需求分析
從上述虛擬校園的概念界定中，可以知道虛擬校園建設(shè)系統(tǒng)的基本需求應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：（1）構(gòu)建交互場(chǎng)景，為參觀者提供虛擬瀏覽環(huán)境；（2）構(gòu)建一個(gè)基于教學(xué)管理功能相對(duì)完整的三維可視化虛擬校園；（3）構(gòu)建一個(gè)以學(xué)生為中心，充分體現(xiàn)人性化的遠(yuǎn)程教育基礎(chǔ)平臺(tái)。
（二）虛擬校園建設(shè)的一般流程
由于虛擬校園系統(tǒng)的建設(shè)目的一方面在于讓更多的人對(duì)整個(gè)學(xué)校有清晰的認(rèn)識(shí)，熟悉校園內(nèi)部的交通、環(huán)境等；另一方面可以用來(lái)輔助解決校園規(guī)劃、設(shè)計(jì)中方案的一些問(wèn)題。因此，其建設(shè)流程基本遵循著數(shù)據(jù)準(zhǔn)備-數(shù)據(jù)處理-功能實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段；一般虛擬校園建設(shè)的流程如下圖所示（見(jiàn)圖1）：
圖1：三維虛擬校園建設(shè)流程圖
從流程圖我們首先看數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，在這一層，所需要完成的工作是地形圖的掃描，對(duì)校園平面圖進(jìn)行掃描，完成對(duì)校園建筑物高程的量，以及地面攝影影像這幾個(gè)方面的工作。
完成上述工作的基礎(chǔ)上，就是將各種技術(shù)手段應(yīng)用于虛擬校園建設(shè)的階段。主要開(kāi)展的工作包括三位建模，文理獲取和虛擬地表的生成等。這是虛擬校園建設(shè)的關(guān)鍵階段，各種技術(shù)應(yīng)用是否科學(xué)合理，將對(duì)后期建成的三位虛擬校園產(chǎn)生直接效果上的影響。
第三個(gè)階段是功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)三位虛擬校園的各個(gè)方面進(jìn)行再現(xiàn)，測(cè)試其效果及功能是否達(dá)成了建設(shè)目標(biāo)。
三、虛擬校園建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
（一）三維場(chǎng)景的建立及優(yōu)化
虛擬校園建設(shè)中最基本的部分，就是需要運(yùn)用三維技術(shù)對(duì)校園場(chǎng)景進(jìn)行建模。場(chǎng)景模擬主要由地面建模、建筑建模、植物建模三部分構(gòu)成。
（1）地面建模：一般操作流程是根據(jù)CAD平面圖對(duì)校園整體平面分布，來(lái)熟悉校園的大致規(guī)劃與布局，然后根據(jù)遙感圖像進(jìn)行精確對(duì)位，將校園分為很多個(gè)塊，在MAX中進(jìn)行基礎(chǔ)建模，構(gòu)建基礎(chǔ)平面。
（2）建筑建模：從校園的構(gòu)成要素來(lái)講，建筑物是其主要構(gòu)成部分，也是虛擬校園系統(tǒng)中必須嚴(yán)格體現(xiàn)出來(lái)的內(nèi)容。因此精確度要求極高，要達(dá)到逼真的效果。其建模的過(guò)程是：根據(jù)CAD施工圖，在MAX中得到準(zhǔn)確的模型框架，在此基礎(chǔ)上按照照片和相關(guān)的紋理進(jìn)行貼圖，賦予不同建筑材料的材質(zhì)，從而力求體現(xiàn)出真實(shí)感。
（3）植被模型的建立：作為校園風(fēng)景的重要組成部分，校園的綠化植被建模十分重要。它是影響參觀者對(duì)校園直觀印象的直接因素，因此必須使植被的場(chǎng)景更具強(qiáng)烈的沉浸感和真實(shí)感。
在三維虛擬化校園場(chǎng)景的建立過(guò)程中，漫游系統(tǒng)的流暢性和場(chǎng)景真實(shí)性往往存在著沖突。因此在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平和條件下，這是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一直難以逾越的難題。為了解決這一問(wèn)題，我們就必須從三維建模入手來(lái)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，力求使用最少的面而展示最理想的場(chǎng)景效果。
（二）紋理映射技術(shù)
紋理映射技術(shù)是虛擬校園系統(tǒng)建設(shè)中的重要技術(shù)之一，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中研究的一個(gè)熱點(diǎn)課題。它利用事先獲得的紋理影像來(lái)確定三維景物表面的點(diǎn)與紋理影像中像素點(diǎn)的映射關(guān)系，并按一定的算法將紋理影像映射到三維景物上的方式。為了增加虛擬校園場(chǎng)景的逼真效果，多數(shù)虛擬校園建設(shè)會(huì)運(yùn)用這一技術(shù)手段來(lái)增加地形對(duì)象及場(chǎng)景地物的真實(shí)感。具體來(lái)說(shuō)，可以分為地形場(chǎng)景的文理映射和地物模型的文理映射兩種技術(shù)方法。
（1）地形場(chǎng)景的紋理映射：由于地形紋理圖像數(shù)據(jù)量大，如果要求具有較高的真實(shí)感，內(nèi)存的需求量更是十分巨大。在大規(guī)模地形的實(shí)時(shí)繪制時(shí)，需要不斷地從硬盤到系統(tǒng)內(nèi)存再到紋理內(nèi)存調(diào)度紋理數(shù)據(jù)，如果用圖形庫(kù)的函數(shù)來(lái)實(shí)時(shí)建立多分辨率紋理則效率不高。
（2）地物模型的紋理映射：地物模型主要包括樹(shù)木、路燈、燈箱及建筑物等模型，相對(duì)于地形紋理數(shù)據(jù)，其紋理數(shù)據(jù)量小，且多數(shù)紋理數(shù)據(jù)可通用，如樹(shù)木紋理、建筑物墻面紋理和窗紋理等。因此，對(duì)于這些紋理數(shù)據(jù)，可采用Mip map紋理映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)紋理的映射。
（三）可見(jiàn)性優(yōu)化
為了減少了場(chǎng)景實(shí)時(shí)繪制數(shù)據(jù)量，目前應(yīng)用較多的是使用場(chǎng)景模型的LOD技術(shù)。面對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景重建時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)難題，即：在確定的視點(diǎn)下只有很小一部分的面片或者點(diǎn)是可見(jiàn)的，大多數(shù)的面片是背向的、在視域外的或者被其他部分所遮擋，不可見(jiàn)。因此，虛擬校園建設(shè)中需要考慮運(yùn)用一定的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的可見(jiàn)性，常用的技術(shù)方法是采用視域剔除和遮擋剔除來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。
四、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，在大力推進(jìn)高校數(shù)字化校園建設(shè)的背景下，虛擬校園建設(shè)也取得了較快的發(fā)展，如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校已經(jīng)有了初步的建設(shè)成果。虛擬校園的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于以直觀的三維地形地物代替了傳統(tǒng)的、抽象的二維地圖符號(hào)，從而為用戶提供了直觀的、逼真的、便捷的校園場(chǎng)景及管理信息。虛擬校園系統(tǒng)在加強(qiáng)對(duì)外宣傳，加強(qiáng)學(xué)校管理與輔助決策等方面表現(xiàn)出重要的推動(dòng)作用。在互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)展與普及的今天，一些學(xué)生家長(zhǎng)在幫助子女選擇就讀學(xué)校或者想了解子女學(xué)校環(huán)境時(shí)，即時(shí)不能親身前往學(xué)校，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)便捷地的了解學(xué)校環(huán)境、硬件設(shè)施。通過(guò)這樣的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的虛擬校園無(wú)疑在未來(lái)具有很高的應(yīng)用價(jià)值與廣闊的發(fā)展前景。
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關(guān)鍵詞：環(huán)境虛擬化；路徑漫游；渲染；紋理
引言
隨著時(shí)代的發(fā)展，環(huán)境虛擬化與漫游控制受到越來(lái)越多的重視，技術(shù)日新月異、發(fā)展迅猛。其中虛擬化的應(yīng)用非常廣泛，如文物古跡、工業(yè)仿真、室內(nèi)設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、軍事模擬、3D游戲等方面。然而這些效果的實(shí)現(xiàn)都得借助于一些三維軟件。本文選擇的三維軟件是3DSMAX。因?yàn)?DSMAX在建模渲染中比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，如pro/E、UG、Solidworks具有操作簡(jiǎn)單，入門快、輸出效果更真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)[1]。應(yīng)用3DSMAX材質(zhì)與貼圖技術(shù)能夠讓建模物體具備顏色、質(zhì)感等逼真視覺(jué)效果，讓模型呈現(xiàn)出真實(shí)、多彩的魅力[2]。
1 場(chǎng)景建模
實(shí)驗(yàn)中心包括大小共18個(gè)室內(nèi)場(chǎng)景和一個(gè)室外場(chǎng)景（走廊）如圖1所示。具體步驟和實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。建模第一階段：把每個(gè)場(chǎng)景的框架建立好，再按實(shí)際排列好如圖3；第二階段：細(xì)化每個(gè)場(chǎng)景內(nèi)部組成如圖4（4號(hào)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部情況）。
圖1 實(shí)驗(yàn)中心分布圖
圖2整個(gè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)流程圖
第一階段制作三維墻體模型：頂視圖創(chuàng)建一個(gè)矩形，拉伸3000mm轉(zhuǎn)換成可編輯多變形刪除底面，利用殼Shell修改器命令設(shè)置厚度為220mm，同樣畫兩個(gè)矩形充當(dāng)門和窗戶，轉(zhuǎn)換可編輯樣條線，附加到一起，選中墻體點(diǎn)擊布爾運(yùn)算（Subtraction）切出門和窗。用同樣的方法依次把每個(gè)場(chǎng)景的墻體模型都建立出來(lái)。
圖3 實(shí)驗(yàn)中心墻體線框圖
圖4 實(shí)驗(yàn)室4室內(nèi)場(chǎng)景圖
2 場(chǎng)景渲染
因研究的主體是現(xiàn)實(shí)世界中存在的。我們需要獲得與真實(shí)場(chǎng)景中相同的材質(zhì)肌理才能保證模型和現(xiàn)實(shí)相吻合。下面從采集數(shù)據(jù)、紋理貼圖、渲染材質(zhì)三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)逼真效果。
2.1 數(shù)據(jù)采集
紋理數(shù)據(jù)：實(shí)驗(yàn)中心建筑群里材質(zhì)主要包含有4種典型材質(zhì)分別是金屬紋理材質(zhì)（椅腳、書柜門手、金屬門、多媒體講臺(tái)、儲(chǔ)物柜、護(hù)欄等）、木質(zhì)紋理材質(zhì)（書桌、書柜、辦公桌等）、大理石紋理材質(zhì)（走廊地磚、教室地磚、廁所地磚、墻磚等）、玻璃紋理材質(zhì)（玻璃窗、鏡子、燈管、儲(chǔ)物鏡等）；其他數(shù)據(jù)：教室里的名言警句、文字標(biāo)語(yǔ)、掛畫等數(shù)據(jù)。
2.2 紋理映射
紋理貼圖是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)并且操作簡(jiǎn)便，僅需把采集好的材質(zhì)映在模型表面，適當(dāng)使用UVW貼圖命令輕微調(diào)節(jié)即可表現(xiàn)豐富的紋理細(xì)節(jié)。如圖5所示在沒(méi)有添加燈光的情況下只給其中的會(huì)議桌、椅子、空調(diào)模型賦予一層各自匹配的材質(zhì)，紋理就表現(xiàn)出來(lái)了，如果加上燈光把反射屬性凸顯出來(lái)真實(shí)感就出來(lái)了。
圖5 會(huì)議室1材質(zhì)貼圖
2.3 渲染材質(zhì)
本文涉及到的渲染材質(zhì)主要有如下兩種。多維子對(duì)象材質(zhì)渲染：把模型中賦予不同貼圖的曲面設(shè)置好各自的ID號(hào)，然后選擇多維子對(duì)象材質(zhì)渲染，先選擇面號(hào)再賦材質(zhì)，如選擇ID號(hào)1就可給1號(hào)曲面貼材質(zhì)。如筆記本電腦就會(huì)用到此材質(zhì)渲染。V-Ray材質(zhì)渲染效果如下：
根據(jù)電腦運(yùn)行速度快慢，設(shè)置的圖像分辨率可大可小，圖4分辨率為1200×900個(gè)像素點(diǎn)。渲染前整個(gè)場(chǎng)景就是一個(gè)白模如圖3所示，沒(méi)有任何燈光和質(zhì)感。渲染后有著豐富的肌理，場(chǎng)景頓時(shí)豁然開(kāi)朗的感覺(jué)。
3 建模注意事項(xiàng)
3.1 建大場(chǎng)景時(shí)，不要在配置低的電腦上操作，避免軟件自動(dòng)退出、文件丟失、文件無(wú)法打開(kāi)等情況。
3.2 遇到模型建到最后發(fā)現(xiàn)不是想要的效果，ctrl+z可以返回，但3DSMAX回去的次數(shù)是有限制的，切勿一直按ctrl+z否則軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)，自動(dòng)彈出，導(dǎo)致模型未能保存，只能重新建立。因此在每次比較關(guān)鍵的一步時(shí)把此刻的模型復(fù)制一次隱藏起來(lái)，如果出錯(cuò)了，可以把復(fù)制的模型顯示出來(lái)，在此基礎(chǔ)上作修改--省時(shí)、保險(xiǎn)。
3.3 一個(gè)視圖里的模型越多，點(diǎn)數(shù)和面數(shù)就越多，到后面階段電腦運(yùn)行會(huì)比較慢。針對(duì)這種情況，習(xí)慣性地把需要調(diào)整的模型孤立出來(lái)，單獨(dú)對(duì)它進(jìn)行操作。也可以采取隱藏不需要的模型來(lái)提升電腦當(dāng)前的運(yùn)行速度。
3.4 超級(jí)布爾命令不適宜多次使用，否則模型會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，比如布爾對(duì)象消失、破面等現(xiàn)象。
3.5 采集圖像時(shí)大部分是普通相機(jī)拍攝的，拍攝時(shí)要求盡量保持相機(jī)的水平，避免相機(jī)鏡頭在上下方向上偏轉(zhuǎn)過(guò)大，尤其仰視拍照時(shí)圖形變形較大，不過(guò)一般拍攝的圖片都會(huì)在PS中進(jìn)行處理。
3.6 在3DSMAX中圖案投影又叫圖形合并。圖案投影在實(shí)體上，應(yīng)滿足的條件圖案應(yīng)是樣條線，而多邊形是不能進(jìn)行此命令的。
3.7 模型中已進(jìn)行貼圖的MAX源文件路徑設(shè)置好后就不能夠進(jìn)行移動(dòng)修改，否則系統(tǒng)無(wú)法找到某些貼圖，提示丟失貼圖。
4 路徑約束控制器動(dòng)畫制作
路徑約束動(dòng)畫是通過(guò)攝像機(jī)和路徑來(lái)控制整個(gè)動(dòng)畫的運(yùn)轉(zhuǎn)的。首先把幀標(biāo)記打開(kāi)，默認(rèn)是100幀，根據(jù)實(shí)際情況可以增加、減少幀數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)自由相機(jī)，添加任一條曲線作為路徑，F(xiàn)ollow勾選。采用渲染圖片序列，最后導(dǎo)進(jìn)AE中合成動(dòng)畫視頻即路徑漫游的實(shí)現(xiàn)。路徑約束控制器動(dòng)畫是非常簡(jiǎn)單的一種三維動(dòng)畫制作方法，觀察方便、可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并糾正。圖8中路徑是一條沿著走廊的曲線，高度大約在1200-1500mm左右。圖9中路徑是在辦公室內(nèi)畫的一個(gè)封閉的圈，環(huán)繞四周觀看。
5 初學(xué)者可能遇到的常見(jiàn)問(wèn)題
如表1所示：
6結(jié)束語(yǔ)
環(huán)境虛擬化越來(lái)越來(lái)多的被采納，虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的模型是實(shí)際中的物體再現(xiàn)，建立造型模型是構(gòu)造虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的基礎(chǔ)，模型構(gòu)造的質(zhì)量直接影響到虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感和沉浸感，一次需要根據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)選取不同的建模方法[3]。隨著建模場(chǎng)景內(nèi)容越來(lái)越多，軟件運(yùn)行變慢、渲染難度增加，這也是需面臨解決的問(wèn)題，還值得進(jìn)一步深究。
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關(guān)鍵詞:非線性編輯 節(jié)目制作 系統(tǒng)構(gòu)建 數(shù)字影視
在20世紀(jì)后期，隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，非線性編輯被廣泛應(yīng)用于影視的后期制作。非線性編輯主要指以各種類型計(jì)算機(jī)為中心構(gòu)成的視音頻信息編輯工作;是指將節(jié)目采集到計(jì)算機(jī)后直接從計(jì)算機(jī)的硬盤中以幀或文件的方式迅速、準(zhǔn)確地存取素材進(jìn)行編輯的方式;是能夠隨機(jī)訪問(wèn)任意素材，不受素材存放時(shí)間、區(qū)間限制的編輯。從廣義上來(lái)說(shuō)，數(shù)字影視節(jié)目的非線性編輯技術(shù)可以包括:視頻素材的獲得、視頻對(duì)象的合成、視頻素材的編輯、視頻特技的生成、繪畫和顏色調(diào)整、字幕的疊加等六個(gè)方面。在非線性編輯系統(tǒng)中，最為重要的是加入了動(dòng)畫模型、數(shù)字特技和多層合成等功能，從而使得非線性編輯系統(tǒng)成為影視制作者充分發(fā)揮其創(chuàng)造力和想像力的技術(shù)平臺(tái)論文下載。
1 非線性編輯系統(tǒng)的構(gòu)建
非線性編輯系統(tǒng)主要應(yīng)用于廣播電視及各類廣告制作單位。它主要是由計(jì)算機(jī)平臺(tái)(含視音頻處理卡、專業(yè)顯卡、三維特技卡等)、大容量的高速硬盤、音視頻輸入輸出設(shè)備、監(jiān)視器等硬件設(shè)備，并配以相應(yīng)的非線性編輯軟件組成。
1.1 系統(tǒng)硬件 20世紀(jì)90年代中期，非線性編輯開(kāi)始在我國(guó)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。在非線性編輯系統(tǒng)中，最本質(zhì)的一點(diǎn)是系統(tǒng)處理的是數(shù)字信號(hào)，如非數(shù)字信號(hào)輸入系則需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用數(shù)字技術(shù)存入計(jì)算機(jī)硬盤中，并利用節(jié)目制作編輯軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算、操作。由于非線性編輯系統(tǒng)數(shù)據(jù)硬盤的存儲(chǔ)容量有限，而非壓縮的廣播電視信號(hào)數(shù)據(jù)十分龐大，如果采用QPSK調(diào)制，所需傳輸帶寬在100 MHz以上，故應(yīng)根據(jù)圖像質(zhì)量需求對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)壓縮。壓縮比越大，可輸入的圖像信號(hào)越多，但圖像質(zhì)量也就越差。
1.2 系統(tǒng)軟件 非線性編輯系統(tǒng)的軟件為非線性編輯系統(tǒng)提供GUI(圖形用戶界面)和網(wǎng)絡(luò)骨理等功能，也可用來(lái)完成視頻剪輯、字幕疊加、三維動(dòng)畫、數(shù)字特技、音頻制作、顏色渲染等復(fù)雜編輯工作。現(xiàn)在世界上非線性編輯軟件種類很多，依其功能可以把它們分為兩類:第一類:專用型軟件，針對(duì)硬件的設(shè)置而專門開(kāi)發(fā)的，它們可以直接調(diào)用非線性卡內(nèi)設(shè)置的硬件特技或?qū)ｉT的特技卡內(nèi)的硬件特技而形成實(shí)時(shí)特技或短時(shí)間的生成特技，從而大大加快了節(jié)目的編輯速度。第二類:通用型軟件，通用型軟件大都不能直接與非線性編輯板卡掛靠進(jìn)行輸入輸出，但可以對(duì)已進(jìn)入了硬盤陣列的視音頻素材進(jìn)行加工、處理和編輯，或者制作自己的二維或三維圖像與那些視頻素材合成，再由輸入輸出軟件輸出。
2 非線性編輯技術(shù)及其應(yīng)用
2.1 視頻素材的獲得 三維掃描儀或攝像機(jī)將不同角度拍攝的物體照片作為三維模型參數(shù)輸入到Image Modeler軟件中，該軟件會(huì)通過(guò)計(jì)算得到物體的多邊形網(wǎng)格框架;然后用戶根據(jù)此框架制作出三維模型;在三維模型建好之后，光學(xué)捕捉系統(tǒng)(MotionAnalysis)從實(shí)際拍攝的場(chǎng)景中提取出運(yùn)動(dòng)參數(shù)，輸人到Match Mover軟件從而實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫的效果;最后，為了使效果更逼真，采用Phoenix Tools for MAYA軟件對(duì)整個(gè)動(dòng)畫進(jìn)行渲染。
2.2 視頻圖像的合成 數(shù)字視頻包括以下4個(gè)方面的技術(shù):
2.2.1 多層疊加 將多層視頻對(duì)象(圖像、文本、圖形和動(dòng)畫等)疊加到一起，疊加方式可以是不透明或部分透明。在多層疊加中，每一層視頻對(duì)象的優(yōu)先級(jí)別不同，屏幕上顯示的最外一層的優(yōu)先級(jí)別最高，越往里優(yōu)先級(jí)別越低。每層視頻對(duì)象還可進(jìn)行各自的特技處理，如旋轉(zhuǎn)，縮放，濾波等。
2.2.2 色鍵 色健效果首先是將前景中的視頻對(duì)象從某一單色中摳出(一般為蘭色)，這一過(guò)程稱為遮罩(Mask)生成過(guò)程。在遮罩上，視頻對(duì)象內(nèi)部各像素a=1，外部各像素a=0，通過(guò)a值將前景和背景合成，在a=1處顯示前景中的視頻對(duì)象，在a=0處顯示背景，從而產(chǎn)生將前景中的視頻對(duì)象摳出和背景合成的效果，這一技術(shù)可用于虛擬演播室。
2.2.3 外鍵 用于選擇視頻圖像的某一部分進(jìn)行疊加。此時(shí)將遮罩單獨(dú)存為一個(gè)圖像文件，并將該圖像作用到任意視頻圖像上，然后選擇a值，在a=1處顯示一個(gè)視頻圖像，在a=0處則顯示另一個(gè)視頻對(duì)象。
2.3 視頻素材的剪輯和視頻特技的生成 采用非線性編輯軟件，可以對(duì)視頻素材進(jìn)行剪接、劃像、移動(dòng)、替換、插入和覆蓋等操作，在此過(guò)程中，制作人員可以根據(jù)需要加入視頻特技。最常用的視頻特技有淡入淡出、劃像，飛像，卷頁(yè)，翻頁(yè)等。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，三維特技也越來(lái)越多地被采用。它主要是通過(guò)模擬自然的光照，采用表面陰影法、透明、光線追蹤等方法，產(chǎn)生圖像的紋理，從而使二維的圖像產(chǎn)生三維的效果。
2.4 顏色校正和字幕疊加 顏色校正即對(duì)數(shù)字圖像的色度信號(hào)進(jìn)行處理。字幕疊加則分硬件和軟件兩種方式。軟件字幕是利用作圖軟件的原理把字幕作為圖形處理，將其調(diào)入編輯軌對(duì)某一層圖像進(jìn)行摳像貼圖，完成字幕功能;硬件字幕通常由一個(gè)圖形加速器和一個(gè)圖文幀存組成，圖形加速器主要用于對(duì)單個(gè)像素、專用像素和像素組等圖形部件的管理，它具有繪制線段、圓弧和顯示模塊等高層次圖形功能。疊加字幕的過(guò)程是將漢字從硬盤的字庫(kù)中調(diào)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，以線性地址寫入圖文幀存，經(jīng)屬性描述后輸出到視頻混合器中，將視頻圖像合成后輸出。
2.5 數(shù)字視頻的輸出 目前的非線性編輯軟件都是在數(shù)字視頻無(wú)壓縮的情況下進(jìn)行處理的，數(shù)據(jù)量巨大。因此，很多非線性編輯軟件都具有視音頻壓縮編碼功能，將經(jīng)過(guò)編輯的節(jié)目快速壓縮為MPEG-1/2/4，M-JPEG等編碼格式輸出，從而大大降低了存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的應(yīng)用。
3 非線性編輯技術(shù)的新發(fā)展
演播室制作中涉及大量對(duì)編碼壓縮節(jié)目的處理，如不同節(jié)目間的拼接，在畫面上加字幕、臺(tái)標(biāo)等效果。目前，由于演播室非線性編輯系統(tǒng)多采用對(duì)沒(méi)經(jīng)過(guò)壓縮的視頻信號(hào)進(jìn)行編輯的方式制作節(jié)目，這就需要在存儲(chǔ)的壓縮圖像和編輯非壓縮圖像之間進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。不僅增加了計(jì)算量，還會(huì)導(dǎo)致由于編解碼和量化而產(chǎn)生的圖像降質(zhì)。在這種情況下，人們需要考慮直接在壓縮域?qū)?shù)字視頻進(jìn)行編輯，從而加快電視節(jié)目的制作、分配、存儲(chǔ)、傳輸和播出一體化的進(jìn)程。
4 結(jié)語(yǔ)
數(shù)字化電視系統(tǒng)發(fā)展的步伐日趨加快，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步滲透到廣播電視的各個(gè)領(lǐng)域。非線性編輯技術(shù)經(jīng)歷了多年的發(fā)展，其軟硬件技術(shù)日趨成熟。既能滿足高端的電影特技制作逼真炫目的需要，又能滿足低端的新聞剪輯制作。非線性編輯系統(tǒng)功能將更加完善，在廣播電視行業(yè)占據(jù)的地位也會(huì)越來(lái)越重要，作為一項(xiàng)朝陽(yáng)技術(shù)，其應(yīng)用一定會(huì)迎來(lái)一個(gè)輝煌時(shí)代。
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關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；圖像繪制；光照一致性；全光函數(shù)
中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)25-6195-02
Image Illumination Coherence Based on Augment reality
LI Fen-li, TONG Xiao-nian
(College of Computer Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China)
Abstract: Image-based Rendering technology with plenoptic function as core theoretical foundation,This paper discusses the basic principle of Image Illumination bined with Witted lighting model, authors briefly introduced a new global illumination model and presented an new aproach of Computing reflection brightness and transmission brightness.
Key words：Augment Reality Image-based Rendering，Illumination Consistency，plenoptic function
在虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augment reality）技術(shù)，把計(jì)算機(jī)生成的虛擬對(duì)象以及其他信息疊加到用戶看到的真實(shí)世界中，更能增強(qiáng)用戶的視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)等各種感官感受。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中若想使用戶從感官效果上相信虛擬環(huán)境是其周圍環(huán)境的組成部分，需將電腦生成的虛擬環(huán)境和周圍的現(xiàn)實(shí)環(huán)境融合為一體，而要使計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境具有真實(shí)感，虛擬物體的光照情形應(yīng)該與真實(shí)環(huán)境中的光照情況保持一致，即實(shí)現(xiàn)光照一致性。
實(shí)現(xiàn)光照一致性需要解決的問(wèn)題很多，包括真實(shí)場(chǎng)景中的光源使虛擬物體產(chǎn)生的明暗、陰影以及反射效果和對(duì)真實(shí)物體的明暗、陰影以及反射的影響[1]。一種方法是利用虛擬光源進(jìn)行照明，即根據(jù)整合圖像中標(biāo)志物的明暗狀況，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得到逼近真實(shí)環(huán)境的光照情形。這種方法的思路是：首先獲得包含光照情況的數(shù)字圖象，為了能與虛擬環(huán)境的光照點(diǎn)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，需在景物中包含三色棱標(biāo)志物。然后找到標(biāo)志物上的高亮點(diǎn)，求出光照情況，再建立虛擬的正方體標(biāo)志物進(jìn)行模擬照明[2]，比較模擬照明的標(biāo)志物與數(shù)字圖像的的明暗對(duì)比是否一致，不一致的話調(diào)整參數(shù)，繼續(xù)對(duì)比，一致則結(jié)束。這種方法的工作量相當(dāng)大。另一種方法是假設(shè)能投影到人體視網(wǎng)膜的光都是物體表面所發(fā)出的光，而不加以區(qū)分是反射來(lái)自光源或者其他物體表面的光，這樣就可以把人體視網(wǎng)膜所能感受的物體都視為光源，在基于圖像建立的環(huán)境映照中如果已包括了這些光線的分部信息，那么就能將它作為光源處理以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的照明。本文基于第二種方法探討圖象光照的一致性。
1 圖像光照一致性簡(jiǎn)介
1.1 基于圖像的繪制
基于圖像繪制繪制（Image-Based Rendering .IBR）技術(shù)以拍攝真實(shí)世界的照片作為三維表面的紋理數(shù)據(jù)[3]，克服了傳統(tǒng)的基于幾何模型繪制的數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性低[4]等缺點(diǎn)，以圖像代替含有大量細(xì)節(jié)的3D模型，能在很大程度上簡(jiǎn)化三維場(chǎng)景中的三維模型。
.IBR最初可追溯到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的紋理映射技術(shù)，傳統(tǒng)的幾何建模技術(shù)[5]只能表示景物的宏觀形狀，不能非常有效的描述景物表面的微觀細(xì)節(jié)，但這些微觀細(xì)節(jié)卻對(duì)景物的視覺(jué)效果有著極大的影響。因此利用紋理映射技術(shù)來(lái)描述景物表面各點(diǎn)處的反射屬性，能夠很好地模擬物體表面的紋理細(xì)節(jié)。基于圖像的圖形繪制技術(shù)最初主要用于局部的紋理映射，以環(huán)境中抽樣出的離散圖像組成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)處理與組織這些數(shù)據(jù)得到環(huán)境的連續(xù)描述。
Adelson[6]從觀察者的角度提出全光函數(shù)（plenoptic function）來(lái)描述整個(gè)場(chǎng)景的全部信息，即忽略整個(gè)場(chǎng)景中的其他組成形式，僅把整個(gè)場(chǎng)景視為充滿了稠密光線的空間，對(duì)空間中的任一視點(diǎn)V(Vx,Vy,Vz),光線方向?yàn)椋é?φ）,記光波波長(zhǎng)為λ，光強(qiáng)隨時(shí)間t變化，則全光函數(shù)可以表達(dá)為：
P=P(Vx,Vy,Vz,θ,φ,λ,t)(1)
從這個(gè)思路出發(fā)，全光函數(shù)描述了從空間任意方向看到的所有光線。Adelson的全光函數(shù)從原理上為基于圖像的繪制的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。McMillian和Bishop從原始的全光函數(shù)定義出發(fā)，假設(shè)場(chǎng)景的光波不變而且場(chǎng)景不隨時(shí)間t發(fā)生變化，忽略波長(zhǎng)λ和時(shí)間參數(shù)t，全光函數(shù)可簡(jiǎn)化成五維函數(shù)：
P=P(Vx,Vy,Vz,θ,φ) (2)
這是一個(gè)柱面全景圖的集合，描述了場(chǎng)景中所有可能的環(huán)境映射，McMillian和Bishop因此給出了基于圖像繪制問(wèn)題的基本描述[7]，即從一些有向的離散樣本中重構(gòu)連續(xù)的函數(shù)，然后通過(guò)新的視點(diǎn)位置重新取樣[8]該函數(shù)來(lái)繪制新的視圖。
1.2 基于圖像的光照研究
對(duì)于虛擬圖像的繪制來(lái)說(shuō)，場(chǎng)景中不管是來(lái)自光源屬性的變化，還是來(lái)自物體材質(zhì)或者形狀的變化，都可以看成是場(chǎng)景中光照條件的變化[9]，從McMillian等人提出的五元全光函數(shù)的原始定義可知，任意一幅圖像都對(duì)應(yīng)于全光函數(shù)在時(shí)域上的一個(gè)截面[10]，但同時(shí)也存在一個(gè)問(wèn)題，即基于圖像的繪制方法忽略了時(shí)間參數(shù)t，僅考慮了全光函數(shù)在某一特定時(shí)間點(diǎn)上的情況，它假定采樣時(shí)刻的光照條件相同，相當(dāng)于把研究對(duì)象視為靜態(tài)場(chǎng)景。由于場(chǎng)景發(fā)生變化對(duì)應(yīng)于全光函數(shù)不同的形式，也就是全光函數(shù)的變化[11]，結(jié)合基于圖像繪制的特點(diǎn)，則需要解決的問(wèn)題便是如何從某些特定時(shí)刻采集靜態(tài)圖像，然后繪制場(chǎng)景變化的相應(yīng)結(jié)果。
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)通過(guò)建立光照模型建立物體表面材質(zhì)、光源、物體幾何模型以及視線四者之間的關(guān)系[12]，也就是描述入射光與出射光之間的關(guān)系，對(duì)于基于圖像繪制方法來(lái)說(shuō)則是通過(guò)建立全光函數(shù)在場(chǎng)景變化下相應(yīng)的變換關(guān)系來(lái)模擬光照過(guò)程。基于圖像的光照可看作是基于圖像繪制的一種擴(kuò)展，不同的是基于圖像的光照問(wèn)題不僅要關(guān)心視點(diǎn)和視線的改變，還要反映場(chǎng)景本身的變化，如圖1所示。
2 建立光照模型
2.1 witted光照模型
witted光照模型考慮了透射效果的光照模型， 假設(shè)物體表面向視點(diǎn)方向V輻射的光亮度Iλ由三部分組成：
1) 環(huán)境中的光源直接照射物體引起的光亮度Iiλ
2) 來(lái)自V的鏡面反射方向R的其他物體反射或折射來(lái)的光亮度ISλ
3) 來(lái)自V的投射方向T的其它物體反射或者折射來(lái)的光亮度Iiλ
則witted光照模型可以表示為：Iλ=Iiλ+KSISλ+KtIiλ (3)
其中Iiλ是入射光強(qiáng)，KS是介于0到1之間的常數(shù)，稱為鏡面反射系數(shù)，ISλ是折射光強(qiáng)，Kt是介于0到1之間的常數(shù)，稱為透射系數(shù)。
2.2 建立光照模型
2.2.1 確定模型
光照模型分為局部光照模型和全局光照模型。局部光照模型只考慮直接光源照射在物體表面所產(chǎn)生的亮度，全局光照模型除了考慮物體表面的直接反射光，還需要考慮環(huán)境光對(duì)物體表面的影響[13]，本文將witted光照模型Iλ=Iiλ+KSISλ+KtIiλ轉(zhuǎn)化為
I=IL+IE (4)
其中IE=KSIS+KtIt，Is和It分別代表環(huán)境中其它景物的反射光亮度和透射光亮度，IL為局部光照模型，表示為
IL=Ir(xi,φ.θ)+Ii((xi,φ.θ)(5)
其中Ir(xi,φ.θ為在物體表面xi處入射角為 φ的反射光亮度，Ii((xi,φ.θ)為在物體表面xi處入射角為φ的透射光亮度。
2.2.2參數(shù)確定及光亮度計(jì)算
Ks和Kt分別為反射系數(shù)和透射系數(shù)，跟物體的材質(zhì)有關(guān)。迄今為止，還沒(méi)有一種方法可以精確地測(cè)出各種不材質(zhì)的反射系數(shù)和透射系數(shù)，但是采用常用的約束問(wèn)題最優(yōu)化方法，以各點(diǎn)理論值與實(shí)測(cè)值誤差平方和最小為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，能較為精確地定出這兩個(gè)參數(shù)[14]。
反射有鏡面反射和漫反射，假設(shè)物體表面光滑，忽略鏡面反射，若E(xi,φ)是景物表面上任一面元dSi上方半球面上的微面元dSn的中心向dS沿著φ方向輻射的能量，則
E(xi,φ)=I(xn, φ,ni)cosθidσn(6)
其中，I(xn, φ,ni)為xn處xi方向的光亮度，θi為入射方向與面元dSn在xi處法向量的夾角，σn為dSn關(guān)于xi所張的立體角。觀察者在φ方向上所感知的xi處的光亮度為
dIr(xi,φ,θ)=Ks I(xn, φ,ni)cosθidσn(7)
故觀察者在φ方向上所感知的xi處的光亮度為
(8)
與上面類似可得到觀察者在φ方向所感知的xi處得透射光亮度為
(9)
3 結(jié)論
基于圖像的光照一致性研究在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、圖像合成等方面有很高的應(yīng)用價(jià)值。基于圖像的繪制技術(shù)在近年來(lái)逐漸成熟完善，但其本身也存在著明顯的限制，比如用戶只能通過(guò)改變場(chǎng)景的視點(diǎn)和方向?qū)?chǎng)景進(jìn)行瀏覽，而不能改變場(chǎng)景本身的組成部分。本文在witted光照模型的基礎(chǔ)上探討了一個(gè)新的光照模型表達(dá)式，給出了相關(guān)參數(shù)及各種光亮度的計(jì)算方法。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；云南特色民間工藝；傳統(tǒng)文化；可持續(xù)發(fā)展
一、云南民間工藝的概念與保護(hù)難度
廣義上講，民間藝術(shù)是勞動(dòng)者為滿足生活需求而創(chuàng)造的藝術(shù)形式，包括工藝、民樂(lè)、舞蹈、戲曲等藝術(shù)形式。按照材質(zhì)分類，有各種各樣的民間工藝制成的紙，布，竹，木，石，皮革，金屬，表面，泥，陶瓷，草柳，涂料和其他材料。它們一般以天然材料來(lái)制作，以手工方式進(jìn)行制作，帶有大量的地方風(fēng)格和各個(gè)民族文化有大量聯(lián)系，與生活方式關(guān)系密切。按照建造手藝的區(qū)分，又可以將民間藝術(shù)分為繪畫類、編織類、剪刻類、印染類等等。云南對(duì)民間工藝保護(hù)意識(shí)覺(jué)醒較晚，這幾年才開(kāi)始保護(hù)，無(wú)論是法律上，還是現(xiàn)實(shí)保存設(shè)備都起步較晚，有大量珍貴的民間工藝文化遺產(chǎn)丟失，民間藝術(shù)瀕臨滅絕的境地。因此，需要把人們對(duì)民間工藝保護(hù)的意識(shí)給喚醒，但對(duì)民間工藝的保護(hù)卻有很大的難度。
地區(qū)偏僻、交通的不完善起先使云南省的民間工藝保護(hù)得相對(duì)完善，大量民間工藝仍保留著起始的自然生態(tài)與地區(qū)風(fēng)格，民間工藝傳承保留完整。但因?yàn)樯鐣?huì)的逐漸發(fā)展，人們生活方式的發(fā)展與變化，云南省特色民間工藝的保護(hù)現(xiàn)在面臨嚴(yán)峻形勢(shì)： 第一，傳承關(guān)系。民間藝人先階段年齡偏大，現(xiàn)在年輕人對(duì)傳統(tǒng)民間工藝缺乏興趣，使的本地的一些民間工藝傳承出現(xiàn)危機(jī)。 第二，民間工藝在很多人心中失去了優(yōu)勢(shì)地位。藝術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)傳統(tǒng)，民族藝術(shù)更具吸引力，意蘊(yùn)。第三，民間工藝的教育缺失。在目前學(xué)校課程中基本沒(méi)有設(shè)計(jì)民間藝術(shù)的課程。另外，由于資料匱乏及意識(shí)上的不重視，都是云南民間工藝所面臨的現(xiàn)狀。
二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念及在非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種技術(shù)，科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)，也是力學(xué)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)等各類學(xué)科的綜合利用。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已向增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)和交互虛擬現(xiàn)實(shí)方向飛速發(fā)展。
虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)發(fā)展至今，只是還處于摸索階段。普遍認(rèn)為：虛擬現(xiàn)實(shí)是一種綜合利用各類技藝制造傳神的人工摹擬情況，并能有效地摹擬人在自然情況中的各類感知體系行動(dòng)的高檔的人機(jī)交互手藝。虛擬現(xiàn)實(shí)的概念的基本特征。總結(jié)起來(lái)大概包括以下幾點(diǎn)：沉浸感：讓人模糊化真實(shí)世界與計(jì)算機(jī)世界界限沉浸其中。交互性：人們能夠通過(guò)肢體語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)模擬世界進(jìn)行交流，主要是通過(guò)可穿戴設(shè)備采集信號(hào)和語(yǔ)言等方式的交流，改變了以前傳統(tǒng)的展覽方。
由于虛擬現(xiàn)實(shí)具有的大量不可替代的優(yōu)勢(shì)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)現(xiàn)在被用于工業(yè)、建筑、教育、娛樂(lè)等方面，具有美好的前景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用了大量現(xiàn)代科技并且加以融合，虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)有①基于圖形的環(huán)境建模技術(shù)，②實(shí)時(shí)、限時(shí)三維動(dòng)畫技術(shù)，即實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)③人機(jī)交互技術(shù)，包括頭盔式三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、力覺(jué)和觸覺(jué)傳感器技術(shù)的研究④系統(tǒng)集成技術(shù)。
（一）環(huán)境建模技術(shù)
基于圖形建模技術(shù)是利用三維軟件進(jìn)行虛擬環(huán)境建立。它是以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，開(kāi)始對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景抽象化處理，用多邊形建造虛擬場(chǎng)景的三維模型，并模擬虛擬場(chǎng)景中的光和材質(zhì)。再在輸出渲染場(chǎng)景，從而完成整個(gè)場(chǎng)景的漫游。
其主要優(yōu)勢(shì)：構(gòu)造的三維模型比較符合人的感覺(jué)；其實(shí)現(xiàn)虛物實(shí)化，制作初期可能資料不完善，基于圖形建模依據(jù)圖紙就可以建立仿真的環(huán)境。弊端：主要是人們工作量大，數(shù)據(jù)更新難。簡(jiǎn)化模型數(shù)據(jù)量小，有較好實(shí)時(shí)性，但真實(shí)感差，而精細(xì)模型復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，直接影響實(shí)時(shí)性；一旦建立了固定的輸入的基本模型，在虛擬場(chǎng)景中的模型本身不能實(shí)時(shí)修改，此外，場(chǎng)景的復(fù)雜性和保真度受到約束。
（二）實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫技術(shù)
三維圖形的建立已經(jīng)發(fā)展好久，現(xiàn)在問(wèn)題就是資源更新的問(wèn)題， 三維圖像的質(zhì)量與資源更新是現(xiàn)在最大的矛盾。 此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還依賴于設(shè)備的發(fā)展，如今設(shè)備還有所欠缺，需要硬件的繼續(xù)發(fā)展與進(jìn)步。
（三）人機(jī)交互技術(shù)
人機(jī)交互技術(shù)主是指擺脫原有的操控這令，通過(guò)我們的自然動(dòng)態(tài)與設(shè)備溝通，并且產(chǎn)生一種身臨其境的感覺(jué)。該技術(shù)是通過(guò)一個(gè)特殊的傳感器設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如，數(shù)據(jù)手套，運(yùn)動(dòng)跟蹤，力反饋裝置，用戶可以簽署的身體相關(guān)的信息反饋。
（四）系統(tǒng)集成技術(shù)
由于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括大量的感官信息和模型，系統(tǒng)集成技術(shù)為首要任務(wù)，包括信息同步技術(shù)，模型校準(zhǔn)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、識(shí)別和合成等系統(tǒng)集成技術(shù)，簡(jiǎn)而言之，將構(gòu)成一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境應(yīng)用于技術(shù)兼容的技術(shù)完美結(jié)合，回放速度和顯示效果成為一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程。
非物質(zhì)文化遺產(chǎn)和傳統(tǒng)意義上的文化遺產(chǎn)最明顯的區(qū)別是：前者是“生活”的文化空間。它是與特定的文化空間存在。問(wèn)題是，過(guò)去的文化環(huán)境，在當(dāng)代新的文化環(huán)境是如何存在，如何開(kāi)發(fā)和改變？我們使用數(shù)字變換形式的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)完成信息。用戶可以通過(guò)多維信息交互的虛擬環(huán)境，獲得理解客觀世界的真實(shí)的東西。使靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的文化遺產(chǎn)，通過(guò)生活形象，動(dòng)態(tài)圖像技術(shù)等靜態(tài)的文化信息，動(dòng)態(tài)地反映，它不再局限于寫作和繪畫等檢查表面狀態(tài)，真正將生活國(guó)家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)；虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境發(fā)展方向，不僅可以再現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境，也不存在或不可能發(fā)生。
三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于非物質(zhì)文化保護(hù)的重要意義
據(jù)中國(guó)國(guó)內(nèi)一次抽樣調(diào)查表明：來(lái)華美國(guó)游客中主要目標(biāo)是欣賞名勝古跡的占26%，對(duì)中國(guó)人的生活方式、風(fēng)土人情最感興趣的卻達(dá)56.7%。從上述調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，吸引游客的著力點(diǎn)是原汁原味的本土文化和民俗風(fēng)情，而不是大量的人造商業(yè)設(shè)施。云南擁有豐厚的文化底蘊(yùn)，創(chuàng)造了豐富燦爛的文化。
將非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的保護(hù)同當(dāng)?shù)氐穆糜谓?jīng)濟(jì)一起開(kāi)發(fā)，對(duì)于非物質(zhì)文化的宣傳起到很好的促進(jìn)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)中的應(yīng)用，不僅能夠保護(hù)傳統(tǒng)文化，還可以帶來(lái)大量文化收入。
四、結(jié)論
隨著外界因素的不斷變化，原有的傳統(tǒng)文化保護(hù)形式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在環(huán)境的需求，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)運(yùn)而生。相比傳統(tǒng)有大量?jī)?yōu)勢(shì)，在資源節(jié)約等方面的優(yōu)勢(shì)是無(wú)可取代的，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于傳統(tǒng)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)中是大勢(shì)所趨。但現(xiàn)在由于虛擬現(xiàn)實(shí)還處于起步階段，很多方式不完善，還需要時(shí)間來(lái)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
