系统仿真与虚拟现实的结合机制8739143.pptx

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1、计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/141系统仿真与虚拟现实的结合机制系统仿真与虚拟现实的结合机制第三讲第三讲计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/142u课前思考课前思考1系统仿真与虚拟现实有什么联系系统仿真与虚拟现实有什么联系?2了解都有些什么了解都有些什么VR和仿真用的软件和仿真用的软件?u学习目标学习目标1了解系统仿真的基本概念与知识要点。了解系统仿真的基本概念与知识要点。2了解有关了解有关VR与仿真常用的一些开发软件。与仿真常用的一些开发软件。u学习指南学习指南1注意系统仿真与虚拟现实的联系与区别。注意系统仿真与虚拟现实的联系

2、与区别。2可视化仿真技术的知识要点。可视化仿真技术的知识要点。3各种仿真与各种仿真与VR软件的基本使用。软件的基本使用。计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1433.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识一、系统仿真的基本概念一、系统仿真的基本概念 现代系统仿真现代系统仿真是以系统理论、形式化理论、是以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学理论和优化理论为基础，随机过程与统计学理论和优化理论为基础，以计算机为工具，对具有不确定性因素的现以计算机为工具，对具有不确定性因素的现实系统或未来系统进行动态实验研究的理论实系统或未来系统进行动态实验研究的理论和方法。和方法

3、。计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1441、系统仿真的特性、系统仿真的特性1）系统仿真是一种实验技术，它为一些复杂的系）系统仿真是一种实验技术，它为一些复杂的系统创造了一种计算机实验环境；统创造了一种计算机实验环境；2）系统仿真实验需要在一定的语言支持下建立经）系统仿真实验需要在一定的语言支持下建立经过抽象和简化的仿真模型；过抽象和简化的仿真模型；3）系统仿真的输出结果是在仿真实验运行过程中）系统仿真的输出结果是在仿真实验运行过程中不断对系统行为和系统状态进行观察和统计而得不断对系统行为和系统状态进行观察和统计而得到的；到的；4）系统仿真研究的对象往往包含多种

4、随机因素的）系统仿真研究的对象往往包含多种随机因素的综合作用，每次仿真运行只是对系统行为的一次综合作用，每次仿真运行只是对系统行为的一次随机抽样。随机抽样。3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/145 1）认识客观世界规律性的新型手段，它可以将研）认识客观世界规律性的新型手段，它可以将研制过程、运行过程和实施过程放在实验室中进行，制过程、运行过程和实施过程放在实验室中进行，具有良好的具有良好的可控制、无破坏性、可复现性和经济可控制、无破坏性、可复现性和经济性性等特点；等特点；2）用它可以探索高技术领域和复杂系统深层次的运）

5、用它可以探索高技术领域和复杂系统深层次的运动机理和规律性，给出人们直观逻辑推理不能预动机理和规律性，给出人们直观逻辑推理不能预见的系统动态特征，具有见的系统动态特征，具有科学的先验性科学的先验性；2、系统仿真的优点、系统仿真的优点3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1463）系统仿真可根据系统内部的逻辑关系和数学关系，）系统仿真可根据系统内部的逻辑关系和数学关系，面向系统的实际过程和行为来构造仿真模型，在很面向系统的实际过程和行为来构造仿真模型，在很少假设或不作假设的前提下建立包括系统主要因素少假设或不作假设的前提下建立

6、包括系统主要因素和具体细节的模型框架，并通过仿真实验运行，得和具体细节的模型框架，并通过仿真实验运行，得到复杂的解。到复杂的解。4）系统仿真建模具有面向过程的特点，仿真模型与所）系统仿真建模具有面向过程的特点，仿真模型与所研究系统的运行过程在形式上和逻辑上存在对应性，研究系统的运行过程在形式上和逻辑上存在对应性，避免了建立抽象数学模型的困难，显著简化了建模避免了建立抽象数学模型的困难，显著简化了建模过程，具有过程，具有直观性直观性。三、系统仿真的优点三、系统仿真的优点3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1475）随着系统

7、仿真理论和计算机技术的发展，系统仿）随着系统仿真理论和计算机技术的发展，系统仿真已跻身于高新技术领域，使系统仿真与人工智真已跻身于高新技术领域，使系统仿真与人工智能技术、并行处理技术、分布式仿真、优化理论、能技术、并行处理技术、分布式仿真、优化理论、三维图像处理技术以及多媒体技术等融为一体，三维图像处理技术以及多媒体技术等融为一体，并逐步步入虚拟现实仿真、互联网上仿真以及群并逐步步入虚拟现实仿真、互联网上仿真以及群决策仿真研讨等领域。决策仿真研讨等领域。鉴于系统仿真的这些优点，它已在工业生产、鉴于系统仿真的这些优点，它已在工业生产、交通运输、能源供应、医疗卫生、航空航天、军交通运输、能源供应、

8、医疗卫生、航空航天、军事作战、制造过程以及社会服务等领域得到广泛事作战、制造过程以及社会服务等领域得到广泛的应用。的应用。三、系统仿真的优点三、系统仿真的优点3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/148系统模型系统模型是对实际系统的一种抽象、本质的是对实际系统的一种抽象、本质的描述，是人们对客观世界反复认识、分析，经描述，是人们对客观世界反复认识、分析，经过多级转换、整合等相似过程而形成的最终结过多级转换、整合等相似过程而形成的最终结果，它具有与系统相似的数学描述或物理属性，果，它具有与系统相似的数学描述或物理属性，以各种

9、可用的形式，给出研究系统的信息以各种可用的形式，给出研究系统的信息二、系统仿真的建模和类别二、系统仿真的建模和类别3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1491、模型要求、模型要求1）模型必须是现实系统的一种抽象，它是在）模型必须是现实系统的一种抽象，它是在一定假设条件下对系统的简化。一定假设条件下对系统的简化。2）模型中必须包含系统中的主要因素，模型）模型中必须包含系统中的主要因素，模型不可能与实际系统完全对应，只应当包含那不可能与实际系统完全对应，只应当包含那些决定系统本质属性的重要因素。些决定系统本质属性的重要因素。

10、3）为了进行定量分析，模型中必须反映出各）为了进行定量分析，模型中必须反映出各主要因素之间的逻辑关系和数学关系，使模主要因素之间的逻辑关系和数学关系，使模型对系统具有代表性。型对系统具有代表性。二、系统仿真的建模和类别二、系统仿真的建模和类别3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14101、系统仿真的分类系统仿真的分类1）根据计算机分类）根据计算机分类模拟计算机仿真模拟计算机仿真数字计算机仿真数字计算机仿真模拟数字混合仿真模拟数字混合仿真模模拟拟计计算算机机混合接口混合接口A/D、D/A控制逻辑控制逻辑数数字字计计算算机机

11、二、系统仿真的建模和类别二、系统仿真的建模和类别3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14112）根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类实时仿真实时仿真仿真时钟与实际时钟是完全一致的。仿真时钟与实际时钟是完全一致的。欠实时仿真欠实时仿真仿真时钟比实际时钟慢。仿真时钟比实际时钟慢。超实时仿真超实时仿真仿真时钟比实际时钟快仿真时钟比实际时钟快。3）根据仿真系统的结构和实现手段不同分类根据仿真系统的结构和实现手段不同分类数学仿真数学仿真物理仿真物理仿真1、系统仿真的分类系统仿真的分类二、系统仿真

12、的建模和类别二、系统仿真的建模和类别3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1412半实物仿真半实物仿真又称硬件在回路中仿真。又称硬件在回路中仿真。动力学系统动力学系统三轴转台、目标三轴转台、目标仿真器、水仿真器、水/动动/静压仿真器静压仿真器执行机构执行机构伺服回路伺服回路控制控制/制导制导/导航计算机导航计算机探测器探测器传感器传感器仿真计算机仿真计算机仿真环境仿真环境图：半实物仿真系统图：半实物仿真系统1、系统仿真的分类系统仿真的分类二、系统仿真的建模和类别二、系统仿真的建模和类别3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基

13、础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1413人在回路中的仿真。人在回路中的仿真。软件在回路中的仿真。软件在回路中的仿真。动力学模型动力学模型人人视景系统视景系统仪表显示仪表显示音响模拟音响模拟多自由度运动系统多自由度运动系统操纵负载模拟系统操纵负载模拟系统仿真计算机仿真计算机仿真环境仿真环境图：人在回路中的仿真系统图：人在回路中的仿真系统1、系统仿真的分类系统仿真的分类二、系统仿真的建模和类别二、系统仿真的建模和类别3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1414三、系统仿真的作用三、系统

14、仿真的作用1）优化系统设计；）优化系统设计；2）对系统或系统的某一部分进行性能评价；）对系统或系统的某一部分进行性能评价；3）节省经费；）节省经费；4）重现系统故障，以便判断故障产生的原因；）重现系统故障，以便判断故障产生的原因；5）可以避免试验的危险性；）可以避免试验的危险性；6）进行系统抗干扰性能的分析研究；）进行系统抗干扰性能的分析研究；7）训练系统操作人员；）训练系统操作人员；8）系统仿真能为管理决策和技术决策提供依据。）系统仿真能为管理决策和技术决策提供依据。3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14151）阐述

15、问题和目标设定；）阐述问题和目标设定；2）仿真建模；）仿真建模；3）数据采集；）数据采集；4）仿真模型的确认；）仿真模型的确认；5）仿真程序的编制和验证；）仿真程序的编制和验证；6）仿真模型的运行；）仿真模型的运行；7）仿真输出结果的统计分析。）仿真输出结果的统计分析。四、系统仿真的基本步骤四、系统仿真的基本步骤3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1416问题描述问题描述确定仿真目标确定仿真目标仿真建模仿真建模 数据采集数据采集模型确认？模型确认？仿真程序的编制（生成）仿真程序的编制（生成）程序验证？程序验证？仿真实验设

16、计仿真实验设计仿真试运行仿真试运行仿真再确认仿真再确认正式仿真运行正式仿真运行仿真输出统计分析仿真输出统计分析仿真报告仿真报告是是是是是是否否否否否否3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识四、系统仿真的基本步骤四、系统仿真的基本步骤计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1417五、现代仿真的基本框架五、现代仿真的基本框架 现代仿真技术的发展使仿真技术扩展到系统建模、现代仿真技术的发展使仿真技术扩展到系统建模、仿真建模和仿真试验等三项活动中，使传统意义上的仿仿真建模和仿真试验等三项活动中，使传统意义上的仿真概念产生了变革。真概念产生了变革。1984年年Oren提

17、出了现代仿真的基本概念框架：提出了现代仿真的基本概念框架：“建模建模试验试验分析分析”。仿真的这一基本概念框架总结了仿真研究的三个基本要素：仿真的这一基本概念框架总结了仿真研究的三个基本要素：1）对仿真问题的描述；）对仿真问题的描述；2）行为产生器；）行为产生器；3）模型行为的处理。）模型行为的处理。3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1418模型行为及其处理模型行为及其处理 仿真问题的描述仿真问题的描述特定的模型：特定的模型：参数模型参数模型参数值参数值试验：试验：实验框架实验框架仿真运行控制仿真运行控制行为产生行为产

18、生模型行为（仿真数据）模型行为（仿真数据）轨迹产生轨迹产生结构行为结构行为行为处理：行为处理：分析、显示分析、显示六、仿真研究的基本要素六、仿真研究的基本要素3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14191、对仿真问题的描述、对仿真问题的描述 任何一个仿真问题都由模型与试验两部分组成。任何一任何一个仿真问题都由模型与试验两部分组成。任何一个数学模型，不论采用什么样的建模方法，又都由两部分组个数学模型，不论采用什么样的建模方法，又都由两部分组成：一个参数模型及一组参数值。试验也分为两部分：试验成：一个参数模型及一组参数值。试

19、验也分为两部分：试验框架和仿真运行控制。框架和仿真运行控制。2、行为产生器、行为产生器 行为产生器是一套对模型进行试验的软件，由它可以产行为产生器是一套对模型进行试验的软件，由它可以产生一组系统状态变量随时间变化的资料（称为模型行为）。生一组系统状态变量随时间变化的资料（称为模型行为）。3、模型行为及其处理、模型行为及其处理 有三种模型行为：点行为、轨迹行为、结构行为。有三种模型行为：点行为、轨迹行为、结构行为。行为处理包括对行为进行分析以及将行为显示出来。行为处理包括对行为进行分析以及将行为显示出来。六、仿真研究的基本要素六、仿真研究的基本要素3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算

20、机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1420仿真算法是将系统数学模型转换成适合于计算机运行的模仿真算法是将系统数学模型转换成适合于计算机运行的模型（即计算机仿真模型）的一类算法。型（即计算机仿真模型）的一类算法。1、集中参数系统数字仿真算法、集中参数系统数字仿真算法 集中参数系统的数学模型通常由一阶常微分方程组表示。集中参数系统的数学模型通常由一阶常微分方程组表示。常用算法有：常用算法有：数值积分法、离散相似法、置换法、根匹配法、数值积分法、离散相似法、置换法、根匹配法、增广矩阵法增广矩阵法等。等。2、分布参数系统数字仿真算法、分布参数系统数字仿真算法分布参数系统是用

21、偏微分方程描述的。常用方法：有限分布参数系统是用偏微分方程描述的。常用方法：有限差分法、有限元法。差分法、有限元法。3、离散事件系统数字仿真算法、离散事件系统数字仿真算法 离散事件系统的仿真模型通常采用流图或网络图描述。离散事件系统的仿真模型通常采用流图或网络图描述。常用方法：面向事件的建模方法、面向活动的建模方法、常用方法：面向事件的建模方法、面向活动的建模方法、面向进程的建模方法。面向进程的建模方法。七、仿真研究的基本要素七、仿真研究的基本要素3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1421仿真软件是一类面向仿真用途的专

22、用软件，它的特仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它的特点是面向问题、面向用户。点是面向问题、面向用户。它的功能可概括为：它的功能可概括为：1）模型描述的规范及处理；）模型描述的规范及处理；2）仿真试验的执行与控制；）仿真试验的执行与控制；3）资料与结果的分析、显示及文档化；）资料与结果的分析、显示及文档化；4）对模型、试验程序、资料、图形或知识的存储、检索与管）对模型、试验程序、资料、图形或知识的存储、检索与管理。理。根据实际情况，仿真软件分为：根据实际情况，仿真软件分为：仿真程序、仿真语言、仿真环境仿真程序、仿真语言、仿真环境三个不同的层次三个不同的层次八、仿真软件八、仿真软件3.1 系

23、统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14221、虚拟现实、虚拟现实建立三维实体和虚拟现实场景，提供给用户一个浏览的空间，建立三维实体和虚拟现实场景，提供给用户一个浏览的空间，但在这样的环境中用户往往不能控制对象的运动。对象的运动轨但在这样的环境中用户往往不能控制对象的运动。对象的运动轨迹和方式一般是在环境创建时预先设计好的。迹和方式一般是在环境创建时预先设计好的。2、仿真、仿真为了在虚拟现实环境中能够得到身临其境的感觉，仿真系统中为了在虚拟现实环境中能够得到身临其境的感觉，仿真系统中的对象应该是可控的，可以按照研究者的需要动态地产

24、生或消除的对象应该是可控的，可以按照研究者的需要动态地产生或消除三维实体，而三维实体的运动也应该按照仿真的需要进行。三维实体，而三维实体的运动也应该按照仿真的需要进行。3、结合、结合虚拟现实给研究者一个仿真的空间，使仿真的结果更加真实可虚拟现实给研究者一个仿真的空间，使仿真的结果更加真实可信，而仿真可实时地控制对象的运行，干预虚拟环境中系统的运信，而仿真可实时地控制对象的运行，干预虚拟环境中系统的运行。行。九、系统仿真与虚拟现实技术的比较九、系统仿真与虚拟现实技术的比较3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14231、智能

25、仿真系统、智能仿真系统 如：知识库仿真系统、仿真建模自动化、仿真程序自如：知识库仿真系统、仿真建模自动化、仿真程序自动生成和智能化仿真决策系统。动生成和智能化仿真决策系统。2、面向对象的仿真系统、面向对象的仿真系统 比较突出的是由德国开发的比较突出的是由德国开发的SIPLE+面向对象仿真系面向对象仿真系统软件。统软件。3、分布式并行仿真、分布式并行仿真 适用于局域网内不同节点上的分布式仿真和异地远程适用于局域网内不同节点上的分布式仿真和异地远程网络上的仿真。在军事作战仿真中已得到应用。网络上的仿真。在军事作战仿真中已得到应用。4、Internet网上仿真网上仿真 如美国海军研究院的如美国海军研

26、究院的Simkit可以在网上浏览器的支持下可以在网上浏览器的支持下进行分布式仿真。进行分布式仿真。5、可视化交互式仿真系统（、可视化交互式仿真系统（VIS）6、虚拟现实（、虚拟现实（VR）仿真）仿真十、仿真的研究热点十、仿真的研究热点3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1424十一、应用实例十一、应用实例1、美游戏机商为军方研制驾驶、美游戏机商为军方研制驾驶 模拟器模拟器 u美国陆军同游戏机生产商美国陆军同游戏机生产商Zombie Studios公司签署了一公司签署了一份总额为份总额为10万美元的合同，将万美元的合同，将

27、由后者为军方研制一种新型的由后者为军方研制一种新型的驾驶模拟器。驾驶模拟器。u美国军方发言人介绍称，军方美国军方发言人介绍称，军方订购这种新型训练设备的目的订购这种新型训练设备的目的是为了尽可能模拟出一种贴近是为了尽可能模拟出一种贴近现实的环境，以帮助军车驾驶现实的环境，以帮助军车驾驶员准确识别可能隐藏在行进路员准确识别可能隐藏在行进路线上的爆炸装置，并在发生爆线上的爆炸装置，并在发生爆炸或遭到攻击时做出迅速而且炸或遭到攻击时做出迅速而且准确的反应。准确的反应。u训练过程中，士兵们将会坐在一训练过程中，士兵们将会坐在一部货真价实的部货真价实的“悍马悍马”越野吉普越野吉普车中。在车体的周围将会设

28、置车中。在车体的周围将会设置6或者或者8部屏幕，可提供部屏幕，可提供360的视的视界。此外，模拟器还可产生非常界。此外，模拟器还可产生非常逼真的响声，让参训士兵有种身逼真的响声，让参训士兵有种身临其境的感觉。车上的士兵们将临其境的感觉。车上的士兵们将会携带安装了激光器的自动步枪会携带安装了激光器的自动步枪进行模拟射击。进行模拟射击。3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1425十一、应用实例二十一、应用实例二2、德国的危机预防信息系统、德国的危机预防信息系统 对巨大灾难的管理（包括自然和人为的灾难）要获得高效、对巨大灾难的

29、管理（包括自然和人为的灾难）要获得高效、取得成功，决策者必须要及时获取相关信息。取得成功，决策者必须要及时获取相关信息。2001年夏天德国内政部门决定建立年夏天德国内政部门决定建立“危机预防信息系统危机预防信息系统”（German Emergency Planning Information System/简称简称deNIS）。在此基础上开发的）。在此基础上开发的deNIS II的目标则是为市民和灾难的目标则是为市民和灾难反应建立起一个网络，作为联邦和地方政府决策制订者的信息反应建立起一个网络，作为联邦和地方政府决策制订者的信息沟通支持，更好地为自然灾害和技术事故等突发事件的援救提沟通支持，更

30、好地为自然灾害和技术事故等突发事件的援救提供信息服务。供信息服务。deNIS的主要任务即是支持灾难管理者的工作，的主要任务即是支持灾难管理者的工作，相应的相应的deNIS II系统只对一些授权的使用群体开放：主要是联系统只对一些授权的使用群体开放：主要是联邦政府的内务部门和灾难控制部门的运作中心。系统用以评估邦政府的内务部门和灾难控制部门的运作中心。系统用以评估灾难的现状情势和面临的问题，分析应该采取什么样的方法来灾难的现状情势和面临的问题，分析应该采取什么样的方法来保护公众的人生安全，必须向州、联邦政府或者外国申请哪些保护公众的人生安全，必须向州、联邦政府或者外国申请哪些援助物资。援助物资。

31、3.1 系统仿真的基础知识系统仿真的基础知识计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14263.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件3.2.1 可视化仿真技术简介可视化仿真技术简介1、可视化技术、可视化技术一种用图形或图像来表征数据的计算方法，即利用计算一种用图形或图像来表征数据的计算方法，即利用计算机图形图像技术将一维数据转化为可观察的二维或三维几何机图形图像技术将一维数据转化为可观察的二维或三维几何表示，从而达到增强人们对抽象信息认知的目的。表示，从而达到增强人们对抽象信息认知的目的。2、分类：、分类：科学计算可视化和空间信息可视化科学计算可视化和

32、空间信息可视化可视化仿真应用系统的组成可视化仿真应用系统的组成仿真应用程序：仿真应用程序：可视化仿真的驱动核心；可视化仿真的驱动核心；图像生成器：图像生成器：可视化仿真的硬件平台；可视化仿真的硬件平台；可视化数据库：可视化数据库：可视化仿真的数据基础。可视化仿真的数据基础。计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14273、可视化仿真系统三维建模数据库特点、可视化仿真系统三维建模数据库特点模型的多边形数量要尽可能少模型的多边形数量要尽可能少模型数据的构造要尽可能简单模型数据的构造要尽可能简单模型数据库的结构要便于进行遍历操作模型数据库的结构要便于进行遍历操作模型数据库

33、要能够被应用程序快速读取模型数据库要能够被应用程序快速读取模型数据库可以包含各种约束限制信息模型数据库可以包含各种约束限制信息4、可视化仿真与计算机动画技术的区别、可视化仿真与计算机动画技术的区别仿真的画面是仿真的画面是“实时实时”生成的，而三维动画的画面是预先渲染好的。生成的，而三维动画的画面是预先渲染好的。尽管它们最终在屏幕上显示出来的效果都是连续的画面。尽管它们最终在屏幕上显示出来的效果都是连续的画面。仿真具有高度的交互性，用户可以主动参与到仿真的过程中，仿真仿真具有高度的交互性，用户可以主动参与到仿真的过程中，仿真系统还可以对用户的各种输入进行实时的响应而三维动画因为只是系统还可以对用

34、户的各种输入进行实时的响应而三维动画因为只是连续播放渲染好的画面帧序列，所以不具备任何的交互性，用户只连续播放渲染好的画面帧序列，所以不具备任何的交互性，用户只能被动参与或者欣赏。能被动参与或者欣赏。3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件3.2.1 可视化仿真技术简介可视化仿真技术简介计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1428仿真的帧频率一般是变化的，从每秒仿真的帧频率一般是变化的，从每秒15帧（低于这个帧频率时，视觉帧（低于这个帧频率时，视觉上就会感到不连贯）到每秒几十或者上百帧不等，这跟仿真运行过程上就会感到不连贯）到每秒几十或者上百帧不等

35、，这跟仿真运行过程中的画面复杂度有直接的关系；而三维动画的帧频道是事先设定好的中的画面复杂度有直接的关系；而三维动画的帧频道是事先设定好的画面始终保持设定的帧频率。画面始终保持设定的帧频率。可视化仿真强调的是实时的交互性，而三维动画强调的视觉效果。可视化仿真强调的是实时的交互性，而三维动画强调的视觉效果。5、可视化仿真技术的独特作用、可视化仿真技术的独特作用进行商业和军事事件的排练和演习模拟，如飞行训练仿真；进行商业和军事事件的排练和演习模拟，如飞行训练仿真；对复杂事件进行深入直观的再现，如交通救护仿真；对复杂事件进行深入直观的再现，如交通救护仿真；需要对突发事故进行预排和演练，如消防救灾仿真

36、；需要对突发事故进行预排和演练，如消防救灾仿真；交互式三维视频游戏仿真；交互式三维视频游戏仿真；对不确定事件进行预览。对不确定事件进行预览。3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件3.2.1 可视化仿真技术简介可视化仿真技术简介计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14296、传统建模软件的不足、传统建模软件的不足传统的三维模型数据库由于应用目的的限制，常常不能传统的三维模型数据库由于应用目的的限制，常常不能很好地满足上述的一些特点。如很好地满足上述的一些特点。如CAD模型模型传统的三维模型软件虽可以方便的创建各种各样的三维传统的三维模型软件虽可以方

37、便的创建各种各样的三维模型，但这些模型都不适用于可视化仿真应用。模型，但这些模型都不适用于可视化仿真应用。7、在视景仿真中，会用到哪些元素？、在视景仿真中，会用到哪些元素？实时应用程序实时应用程序；图形生成器（图形生成器（IG）；）；视景数据库视景数据库；建模包建模包；视觉真实度。视觉真实度。3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件3.2.1 可视化仿真技术简介可视化仿真技术简介计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14307、仿真模型的渲染过程、仿真模型的渲染过程 大体上要经历应用大体上要经历应用(APP)、剔除（、剔除（CULL）和绘制）和绘制（

38、DRAW）三个主要过程。）三个主要过程。APP从控制设备中从控制设备中读入输入数据读入输入数据加载模型数据加载模型数据计算当前视点计算当前视点位置和模型位置位置和模型位置CULL判断当前可视判断当前可视范围内的模型范围内的模型从内存中剔除从内存中剔除当前不可见的模当前不可见的模型数据。型数据。DRAW从显示列表中从显示列表中读出模型数据读出模型数据绘制多边形绘制多边形数据。数据。3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件3.2.1 可视化仿真技术简介可视化仿真技术简介计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14313.2.2 Creator可视化仿真建模

39、技术可视化仿真建模技术Multigen Creator系列软件是系列软件是Multigen-Paradigm公司专门公司专门针对可视化仿真行业应用特点推出的针对可视化仿真行业应用特点推出的实时可视化三维建模软件实时可视化三维建模软件系统，它提供了分别运行于高端系统，它提供了分别运行于高端SGI工作站和低端工作站和低端PC平台的不平台的不同版本，同版本，可以最大限度地满足不同的应用需求可以最大限度地满足不同的应用需求。在在SGI工作站的工作站的SGI IRIX操作系统上运行时操作系统上运行时Multigen软件软件包可以充分利用包可以充分利用SGI工作站超强的图形功能，工作站超强的图形功能，最大

40、限度地利用最大限度地利用多个处理器的强大计算功能，可以支持多线程和丰富的图形音多个处理器的强大计算功能，可以支持多线程和丰富的图形音频编程接口频编程接口等。等。基于实时应用环境的基于实时应用环境的OpenFlight数据格式，数据格式，Multigen提供提供了强大的了强大的多边形建模、矢量建模多边形建模、矢量建模以有大面积地形精确生成等功以有大面积地形精确生成等功能，配合多种专业可选模块及插件，用户能够能，配合多种专业可选模块及插件，用户能够高效地生成实时高效地生成实时三维模型数据库，并与后续的实时仿真软件三维模型数据库，并与后续的实时仿真软件紧密结合。紧密结合。3.2 可视化仿真及相关应用

41、软件可视化仿真及相关应用软件计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/1432Creator可视化建模软件包，将可视化建模软件包，将OpenFlight 格式模型数据库的格式模型数据库的层次层次视图无缝地与建模环境视图无缝地与建模环境集成在一起，使得用户可以在创建虚集成在一起，使得用户可以在创建虚拟三维模型的同时关注模型数据库的结构与状态，可以实时地对拟三维模型的同时关注模型数据库的结构与状态，可以实时地对模型进行观察、检察和修改。模型进行观察、检察和修改。用户可以直接对模型数据库进行操作，通过简单的移动和调用户可以直接对模型数据库进行操作，通过简单的移动和调整就可以达

42、到优化整就可以达到优化OpenFlight模型数据库的目的。模型数据库的目的。为了保证软件良好的可扩充性，为了保证软件良好的可扩充性，Multigen采用了模块化的开采用了模块化的开发和销售方式，用户可以根据实际需要选用合适的模块进行工作。发和销售方式，用户可以根据实际需要选用合适的模块进行工作。主要的模块主要的模块包括：基本建模模块（包括：基本建模模块（CreatorPro)、地形建模模、地形建模模块（块（TerrainPro）、标准道路建模模块（）、标准道路建模模块（RoadTools）等。）等。3.2.2 Creator可视化仿真建模技术可视化仿真建模技术3.2 可视化仿真及相关应用软件

43、可视化仿真及相关应用软件计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14331、基本建模环境模块、基本建模环境模块其基本功能是为用户提供一个功能强大、交互式其基本功能是为用户提供一个功能强大、交互式的可视化建模环境，主要功能包括：的可视化建模环境，主要功能包括：强大的多边形建模功能；强大的多边形建模功能；强大的矢量化建模功能；强大的矢量化建模功能；强大的模型数据库控制功能；强大的模型数据库控制功能；强大的纹理映射和贴图功能；强大的纹理映射和贴图功能；支持多种格式的三维模型格式转换；支持多种格式的三维模型格式转换；支持大面积地形的精确生成；支持大面积地形的精确生成；支持多细

44、节层次（支持多细节层次（LOD）建模；）建模；支持多自由度（支持多自由度（DOF）建模；）建模；支持光点系统模拟；支持光点系统模拟；支持序列动画模拟；支持序列动画模拟；3.2.2 Creator可视化仿真建模技术可视化仿真建模技术3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14342、地形建模模块、地形建模模块 利用地形建模模块可以快速创建大面积地形模利用地形建模模块可以快速创建大面积地形模型数据库，通过自动化的层次细节设置和组筛选，型数据库，通过自动化的层次细节设置和组筛选，能够很容易地创建多种分辨率的地表特征，并

45、能够能够很容易地创建多种分辨率的地表特征，并能够精确控制地表的面片数以及与原始数据的误差值。精确控制地表的面片数以及与原始数据的误差值。该模块该模块主要功能主要功能包括：包括：支持多种地形生成算法；支持多种地形生成算法；支持多种数字地形高程数据；支持多种数字地形高程数据；支持数字特征分析数据（支持数字特征分析数据（DFAD）；）；强大的批处理地形生成功能；强大的批处理地形生成功能；强大的整体纹理映射功能；强大的整体纹理映射功能；提供高级地形表面生成工具。提供高级地形表面生成工具。3.2.2 Creator可视化仿真建模技术可视化仿真建模技术3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软

46、件计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14353、标准道路建模模块、标准道路建模模块 标准道路建模模块是利用高级算法快速生成符标准道路建模模块是利用高级算法快速生成符合美国国家高速公路与交通协会（合美国国家高速公路与交通协会（AASHTO）标准）标准的路面数据模型，特别适用于车辆设计、驾驶培训、的路面数据模型，特别适用于车辆设计、驾驶培训、事故重现等驾驶仿真应用。事故重现等驾驶仿真应用。其其主要功能主要功能包括：包括：自动多层次细节模型生成；自动多层次细节模型生成；自动路面纹理贴图；自动路面纹理贴图；支持自定义道路横断面；支持自定义道路横断面；支持自定义道路中线及

47、分道线；支持自定义道路中线及分道线；提供预定义的公路交通标志、路灯模型；提供预定义的公路交通标志、路灯模型；支持模拟驾驶预览效果。支持模拟驾驶预览效果。3.2.2 Creator可视化仿真建模技术可视化仿真建模技术3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14364、基本建模技术、基本建模技术设置参考网格设置参考网格 选择模型对象选择模型对象使用颜色使用颜色 使用材质使用材质使用纹理使用纹理 使用灯光使用灯光 下面介绍一下这几个技术中一些比较重要的内容。下面介绍一下这几个技术中一些比较重要的内容。1）设置参考网格）

48、设置参考网格 可以处于图形视图任一位置的一个参考平面，用户在视可以处于图形视图任一位置的一个参考平面，用户在视图中所有用鼠标左键的输入操作都是在这个参考平面上今次图中所有用鼠标左键的输入操作都是在这个参考平面上今次能够在该参考平面上的一个二维网格，这个网格的作用只是能够在该参考平面上的一个二维网格，这个网格的作用只是为了让用户能够在图形视图中看到参考平面的实际位置，从为了让用户能够在图形视图中看到参考平面的实际位置，从而方便的进行各种操作。而方便的进行各种操作。3.2.2 Creator可视化仿真建模技术可视化仿真建模技术3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件计算机测控与仿真

49、技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14372）选择模型对象）选择模型对象 在创建模型数据库过程中，对模型对象进行任何操作之在创建模型数据库过程中，对模型对象进行任何操作之前都要选择该模型对象。前都要选择该模型对象。遵循原则和常用技巧：遵循原则和常用技巧：在图形视图中选择模型对象的结果取决于当前的建模模式。在图形视图中选择模型对象的结果取决于当前的建模模式。在图形视图中通过单击左键进行选择，只能选择到面向视点的模型在图形视图中通过单击左键进行选择，只能选择到面向视点的模型对象，不能选择到模型几何体的背面对象，不能选择到模型几何体的背面在层级视图中进行选择时，可以不考虑当前的建模方

50、式。在层级视图中进行选择时，可以不考虑当前的建模方式。在层级视图中进行选择时，不能同时选择父节点和它的子节点。在层级视图中进行选择时，不能同时选择父节点和它的子节点。在选择模型对象的同时按下在选择模型对象的同时按下Alt键，被选择的模型对象对应的节点就键，被选择的模型对象对应的节点就会成为当前父节点。会成为当前父节点。3.2.2 Creator可视化仿真建模技术可视化仿真建模技术3.2 可视化仿真及相关应用软件可视化仿真及相关应用软件计算机测控与仿真技术研究所计算机测控与仿真技术研究所2023/3/14383）使用纹理）使用纹理u纹理纹理：指那些被映射到三维模型表面的二维图像，指那些被映射到三