虛擬環境生成方法
2023-05-01 04:35:41 1
專利名稱：虛擬環境生成方法
技術領域：
本發明涉及計算機虛擬環境的生成方法，屬於計算機虛擬實境和計算機圖形學技術領域。
美國一家名為馬爾特錦-派拉蒂姆的公司創建了用於開發實時仿真與虛擬實境應用，名為Vega(維格)的高性能軟體開發平臺。此平臺把先進的視覺和聽覺仿真功能和易用的工具結合起來，是開發實時視覺和聽覺仿真、虛擬實境應用的業界領先產品。但是，由於它集成了多種工具和功能造成了系統龐大、操作繁瑣、用戶控制能力降低等問題。
為完成上述目的，本發明採用的方案是虛擬環境生成方法，包括圖形化用戶界面、虛擬場景的組織管理方法、虛擬場景的真實感實時渲染方法、虛擬場景中自由漫遊方法、立體顯示方法、對虛擬物體的控制方法，實時編輯場景方法，還包括定義虛擬環境的描述文件，生成虛擬環境可視化編輯程序，生成應用程式接口程序，在應用程式中對描述文件的讀寫的步驟。
定義虛擬環境的描述文件包括對多個虛擬場景的描述，並指明用戶在計算機屏幕上的各個區域分別應觀看到哪個場景；對虛擬場景的描述主要包括各種數據文件在計算機上的存儲路徑和文件名、各個虛擬物體在虛擬世界中的位置和方向、用戶控制可運動虛擬物體的交互方式、用戶觀看各個虛擬場景的初始視點等；所述的可視化編輯是所見即所得的實時可視化虛擬環境編輯，用戶通過圖形界面下達命令，生成方法根據用戶命令修改描述文件，並通過三維顯示方法實時顯示與描述文件相對應的虛擬環境；還支持用戶在三維環境中進行任意路徑、不同漫遊方式的漫遊及有立體感的顯示；可視化的虛擬環境編輯和應用程式接口都能對描述文件進行讀寫；虛擬環境編輯採用視窗應用程式用戶界面。
虛擬環境生成方法是用戶定製虛擬環境的方法，利用它，用戶可以進行指定虛擬環境所採用的地形模型，向虛擬環境中添加靜態和可控制實體，定義用戶的視點，定義用戶可同時看到的多個場景等工作。本發明的特點是1、所見即所得的友好編輯方式。具有圖形化的用戶界面，可實時顯示所編輯的三維虛擬環境，同時支持多種漫遊方式和立體顯示，這使用戶可以較好地沉浸於所編輯的虛擬環境中進行工作；使開發虛擬實境應用程式的用戶在一定程度上擺脫手工編寫代碼來構造虛擬環境的繁瑣；通過規範化操作而減少手工編制代碼易犯的錯誤。2、靈活方便地編制多種資源。可編輯場景、通道、相機即視點及應用程式讀取紋理和幾何模型文件的路徑；支持同時編制多個通道，多個場景，多個相機；通道的大小、通道中所顯示的場景、可同時顯示的通道數目等都可隨時修改；可隨時向場景中添加物體，可在編輯的場景中漫遊，支持立體顯示方式的場景漫遊。3、環境設置和應用程式相分離。可隨時方便地對已有的虛擬環境描述文件進行修改而不需修改應用程式代碼；同一虛擬環境可以方便地被多個應用程式所使用，而不需重新開發；只需更改所調用的虛擬環境描述文件就可使應用程式在另一個虛擬環境中運行。本發明由於針對性強、功能相對簡單，從而能為用戶提供更大的靈活性和更簡便的操作。
本發明集成了一些現有的技術手段，這些技術包括圖形化用戶界面技術、虛擬場景的組織管理方法、虛擬場景的真實感實時渲染技術、虛擬場景中自由漫遊技術、立體顯示技術、對虛擬物體的控制方法。本發明通過集成這些技術手段實現一種新的生成虛擬環境的方法。
其中，本發明虛的擬環境編輯程序的圖形化用戶界面除了採用標準的視窗應用程式用戶界面技術之外，也有自己的特色它由菜單、資源選擇工作區、資源編輯工作區及一個實時顯示虛擬環境編輯結果的窗口組成。根據用戶在資源選擇工作區所選擇欲編輯的不同資源，在資源編輯工作區會顯示出與此資源相對應的編輯表單。編輯表單中採用按鈕、編輯框、下拉列表等簡單易用的常見方式。三維虛擬環境顯示窗口則對用戶的編輯操作做出實時反映，以做到所見即所得的可視化編輯。
實時編輯虛擬環境的方法是本發明的重要技術。在虛擬環境編輯程序中，把用戶的各種操作定義成相應的命令。這些命令包括要編輯何種資源、指定各個資源的屬性及當前視點等。用戶下達命令的交互途徑採用按鈕、下拉列表等方式。程序中需要獲取命令的模塊通過不斷檢查命令消息隊列來自己獲取命令，達到實時處理的目的。對命令的處理主要包括兩方面的工作1、修改描述文件。2、三維顯示此命令對所編輯虛擬環境的影響，以實現所見即所得的編輯。
參閱
圖1，本發明的主要步驟是首先定義虛擬環境描述文件；然後生成虛擬環境可視化編輯程序；生成應用程式接口程序；在應用程式中對描述文件進行讀寫。
虛擬環境描述文件是虛擬環境編輯和應用程式之間的橋梁，是實現應用程式和環境定製相分離的重要數據。本發明定義它為一個文本文件，其中包括對多個虛擬場景的描述，並指明用戶在計算機屏幕上各個區域分別應觀看到哪個場景。對虛擬場景的描述主要包括各種數據文件如幾何模型文件及紋理文件等、在計算機上的存儲路徑和文件名、各個虛擬物體在虛擬世界中的位置和方向、用戶控制可運動虛擬物體的交互方式如滑鼠、遊戲杆等、用戶觀看各個虛擬場景的初始視點等。
圖2是虛擬環境可視化編輯的工作流程圖，虛擬環境編輯程序是一個所見即所得的可視化編輯虛擬環境描述文件的工具，是一個圖形化用戶接口，它主要有三個功能接受用戶命令、創建和編輯描述文件及三維實時顯示描述文件所定義的虛擬環境。準備編輯命令和場景命令在用於預覽的通道和用戶設定的通道之間切換，漫遊命令和漫遊時是否貼近地面的命令用於建立相機和滑鼠之間的聯繫，新建通道、場景命令、裝載實體、地形命令及刪除命令修改內存中虛擬環境中數據的配置，再修改當前三維顯示的配置，打開描述文件命令從描述文件中讀取數據到內存，還有保存和推出命令。在虛擬環境編輯程序中，為了避免頻繁的文件讀寫操作，定義一個和文件相對應的位於內存中的數據集作為用戶編輯時的操作對象，直到用戶要求保存或退出編輯器時才進行寫文件的操作。
虛擬環境編輯程序中的三維實時顯示功能，支持用戶在虛擬環境中的指定地點加入虛擬物體、動態的湖水或海面、特定的地形等編輯虛擬環境所需的基本功能，支持用戶在虛擬環境中自由漫遊，漫遊方式有高空俯視、貼近地面的行進等，同時支持立體顯示，這樣使得用戶可以更加方便、清楚的查看虛擬環境是否符合應用要求，以便有針對的編輯。
用戶的編輯工作主要是對場景、通道、相機、路徑的編輯。圖3是編輯場景的工作流程圖，主要是創建場景，加入地形，設置漫遊方式及在場景中漫遊；圖4是編輯通道的工作流程圖，它包括編輯通道，創建通道，選擇通道所顯示的場景、設置通道視口的大小及刪除通道；圖5是編輯相機的工作流程圖，它包括編輯相機，創建相機，設置相機的各個參數、增加架設相機的平臺便、刪除相機的步驟；圖6是編輯路徑的工作流程圖，它包括編輯路徑和增加及刪出紋理路徑、增加刪除模型路徑的步驟。
用戶採用上述虛擬環境編輯程序所形成的工具，以所見即所得的工作方式編輯了一個描述文件後，在應用程式中則需要通過應用程式接口來讀取描述文件中的信息，創建它所描述的虛擬環境。除了依據描述文件創建虛擬環境的基本接口外，應用程式接口提供了和虛擬環境編輯程序完全一致的所有其他對描述文件的編輯接口，也就是說，對描述文件的所有編輯操作都提供了圖形化用戶接口和應用程式接口兩種方式。雖然提倡用戶利用虛擬環境編輯程序來創建和編輯描述文件，但考慮到用戶可能會有在應用程式中修改虛擬環境並希望保存此種修改的情況，所以在應用程式接口中也提供所有對應的功能。
在應用程式中對描述文件的讀寫，假設用戶已通過虛擬環境編輯器編輯了一個虛擬環境描述文件，現在用戶就可在三維視覺仿真的應用程式中通過調用應用程式接口，創建描述文件所定製的虛擬環境、從描述文件中獲得信息來組織管理虛擬場景、需要時還可對修改描述文件以保存應用程式對虛擬環境的改變。
權利要求
1.虛擬環境生成方法，包括圖形化用戶界面、虛擬場景的組織管理方法、虛擬場景的真實感實時渲染方法、虛擬場景中自由漫遊方法、立體顯示方法、對虛擬物體的控制方法，其特徵在於還包括以下步驟(1)定義虛擬環境的描述文件；(2)生成虛擬環境可視化編輯程序；(3)生成應用程式接口程序；(4)讀寫並交互修改描述文件。
2.根據權利要求1所述的一種虛擬環境生成方法，其特徵在於步驟(1)包括對多個虛擬場景的描述，並指明用戶在計算機屏幕上的各個區域分別應觀看到哪個場景。
3.根據權利要求2所述的一種虛擬環境生成方法，其特徵在於對多個虛擬場景的描述，包括各種數據文件在計算機上的存儲路徑和文件名、各個虛擬物體在虛擬世界中的位置和方向、用戶控制可運動虛擬物體的交互方式、用戶觀看各個虛擬場景的初始視點等。
4.根據權利要求1所述的一種虛擬環境生成方法，其特徵在於所述的可視化編輯是所見即所得的實時可視化虛擬環境編輯，用戶通過圖形界面下達命令，生成方法根據用戶命令修改描述文件，並通過三維顯示方法實時顯示與描述文件相對應的虛擬環境。
5.根據權利要求1所述的一種虛擬環境生成方法，其特徵在於它還支持用戶在三維環境中進行任意路徑、不同漫遊方式的漫遊及有立體感的顯示。
6.根據權利要求1所述的一種虛擬環境生成方法，其特徵在於可視化的虛擬環境編輯和應用程式接口都能對描述文件進行讀寫。
7.根據權利要求1所述的一種虛擬環境生成方法，其特徵在於虛擬環境編輯採用視窗應用程式用戶界面。
全文摘要
本發明屬於計算機虛擬實境和計算機圖形學技術領域，尤其是涉及一種計算機虛擬環境的生成方法，需要解決現有技術中不能直觀地構造虛擬環境，工作效率低下，以及系統龐大、操作繁瑣、用戶控制能力降低等問題。本發明包括圖形化用戶界面、虛擬場景的組織管理方法、虛擬場景的真實感實時渲染方法、虛擬場景中自由漫遊方法、立體顯示方法、對虛擬物體的控制方法的步驟，還包括定義虛擬環境的描述文件，生成虛擬環境可視化編輯程序，生成應用程式接口程序，在應用程式中對描述文件進行讀寫的步驟。本發明具有友好的所見即所得圖形用戶界面、靈活方便地編制多種資源、環境設置和應用程式相分離等優點，是一個直觀的虛擬環境構造平臺。
文檔編號G06T17/00GK1409218SQ0213073
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月18日 優先權日2002年9月18日
發明者何兵, 紀玉春, 李新, 郝愛民 申請人:北京航空航天大學