基于logitech三维鼠标的虚拟建筑漫游系统

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1、基于Logitech三维鼠标的虚拟建筑漫游系统121卢晓军，胡利华，李焱12（国防科技大学机电工程与自动化学院湖南410073；公安海警高专浙江315801）摘要随着计算机技术的飞速发展，虚拟漫游技术在建筑业中得到了越来越多的应用。本文主要介绍了一种基于Logitech三维鼠标的虚拟仿真系统，阐述了如何运用Logitech三维鼠标作为三维场景漫游的视点控制传感器，以实现微机平台上的虚拟建筑漫游；并提出了一种层次型场景结构。最后，用WTK开发了一个虚拟建筑漫游实例，验证了所提方法的可行性与实用性。关

2、键词视景仿真场景漫游Logitech三维鼠标实时显示[1]基于三维实体模型的实时漫游技术一直都是虚拟现实的一个研究热点。在工程CAD中，人们越来越多的开始采用仿真和虚拟现实技术，构建高性能、智能化的虚拟环境，并设法使用户与仿真环境有着全面的感官接触与交融，从而可以直接感受所设计产品的性能，并不断加以修正，尽可能使产品在设计阶段就能达到一种真正的性能优化、功能优化和可制造性优化。典型应用方向之一就是建筑业。一幢大楼在建造前，先在计算机上模拟整个建造过程，并评估建成后的效果，这样便可以与设计方案对比，

3、及时发现并纠正问题，以确保正式施工万无一失。以前，工程师都是利用动画软件渲染建筑效果图，显然虚拟现实技术的可交互性具有非常明显的优点。由于计算机软硬件技术的飞速发展，特别是图形加速卡性能的迅速提高，现在人们已经可以借[2]助于普通的微机实现一个简单的虚拟建筑漫游系统了。本文力图阐述虚拟漫游中的一些技术问题，主要是如何利用Logitech三维鼠标实现对用户视点的控制，进而构建一个基于微机平台的简单廉价的仿真系统。最后，用WTK构建了一个虚拟建筑漫游实例，仿真试验和结果验证了所提方法简便易行，能够满足

4、虚拟建筑漫游的要求。1系统结构虚拟现实技术能生成一个可操纵的虚拟世界，用户通过人机交互设备可以“进入”到该环境，并与之交互，使用户观察到的虚拟场景随着他的观察点和观察方向的变化而变化。虚拟现实软件负[1]责提供实时观察和参与的能力。因此，可将整个虚拟建筑漫游系统简单的划分为三个部分：虚拟环境数据库、虚拟现实软件、虚拟现实硬件，如图1所示。立体眼镜人机交互控制数据载入仿真平台建筑物Logitech模型数据库三维鼠标沉浸感用户交互系统图1系统的三个主要组成部份：数据库、仿真平台、人机交互外设[2]要设

5、计一个成功的建筑环境实时漫游系统，必须使系统满足下列要求：5141：能够建立起虚拟环境的三维几何模型，以及物体的真实感特性，如光照、纹理等；2：系统能够实时地生成图形；3：系统生成的画面必须达到一定的真实感；4：要提供观察者能够任意漫游的交互工具5：要能提供立体视觉。为了给用户创建一个身临其境和沉浸其中的环境，必要条件之一就是根据需要在实时漫游系统中逼真地表现出客观世界中的一切对象。在虚拟场景中，可以假设客观世界是由若干对象组成，每个对象的几何外形可以通过多边形进行拟合，对象的真实感则通过对多边形

6、赋予材质和光照来表现。考虑到目前市场上三维造型软件已相当成熟，以及本项目的特点、图形计算机性能以及视景仿真的实时性要求，选用MultiGen-Paradigm公司的实时三维建模软件MultiGenCreator作为虚拟环境的建[3]模工具。2场景漫游中的视点变换与控制虚拟场景漫游是指用户在虚拟场景中不断改变观察视点的位置以及视线方向，如靠近、远离场景中的某个物体，或作环视、俯视及仰视等。场景漫游是虚拟环境中一个最基本的交互手段。从图形学角度来讲，对于一个已经在世界坐标系中构造好的三维场景而言，漫游

7、的实质就是在图形引擎渲染每一帧场景图像之前，改变观察空间的定义参数，从而达到从不同位置、角度观察场景的目的。v假设当前帧场景图像的视点位置为E(E,E,E)，观察方向为V(V,V,V)。如果在渲染下一xyzxyz帧场景图像时，视点位置在世界坐标系中的平移量为∆(∆,∆,∆)，观察方向向量以先后顺序绕X、xyzY、Z轴分别转动α、β、δ角，则对于下一帧场景图像而言，其视点位置和视点方向分别为：Ex′100∆xExE′y010∆yEy(1)=×E′001∆z

8、Ezz100011Vx′cosδsinδ00cosβ0−sinβ01000VxVy′−sinδcosδ0001000cosαsinα0Vy(2)=V′0010sinβ0cosβ00−sinαcosα0Vzz10001000100011上述旋转变换有先后顺序。旋转顺序不同，(2)式中的三个变换矩阵作用顺序也不同。2.1三维