專利名稱：虛擬環(huán)境生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境的生成方法，屬于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
美國(guó)一家名為馬爾特錦-派拉蒂姆的公司創(chuàng)建了用于開發(fā)實(shí)時(shí)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，名為Vega(維格)的高性能軟件開發(fā)平臺(tái)。此平臺(tái)把先進(jìn)的視覺和聽覺仿真功能和易用的工具結(jié)合起來(lái)，是開發(fā)實(shí)時(shí)視覺和聽覺仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的業(yè)界領(lǐng)先產(chǎn)品。但是，由于它集成了多種工具和功能造成了系統(tǒng)龐大、操作繁瑣、用戶控制能力降低等問(wèn)題。
為完成上述目的，本發(fā)明采用的方案是虛擬環(huán)境生成方法，包括圖形化用戶界面、虛擬場(chǎng)景的組織管理方法、虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感實(shí)時(shí)渲染方法、虛擬場(chǎng)景中自由漫游方法、立體顯示方法、對(duì)虛擬物體的控制方法，實(shí)時(shí)編輯場(chǎng)景方法，還包括定義虛擬環(huán)境的描述文件，生成虛擬環(huán)境可視化編輯程序，生成應(yīng)用程序接口程序，在應(yīng)用程序中對(duì)描述文件的讀寫的步驟。
定義虛擬環(huán)境的描述文件包括對(duì)多個(gè)虛擬場(chǎng)景的描述，并指明用戶在計(jì)算機(jī)屏幕上的各個(gè)區(qū)域分別應(yīng)觀看到哪個(gè)場(chǎng)景；對(duì)虛擬場(chǎng)景的描述主要包括各種數(shù)據(jù)文件在計(jì)算機(jī)上的存儲(chǔ)路徑和文件名、各個(gè)虛擬物體在虛擬世界中的位置和方向、用戶控制可運(yùn)動(dòng)虛擬物體的交互方式、用戶觀看各個(gè)虛擬場(chǎng)景的初始視點(diǎn)等；所述的可視化編輯是所見即所得的實(shí)時(shí)可視化虛擬環(huán)境編輯，用戶通過(guò)圖形界面下達(dá)命令，生成方法根據(jù)用戶命令修改描述文件，并通過(guò)三維顯示方法實(shí)時(shí)顯示與描述文件相對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境；還支持用戶在三維環(huán)境中進(jìn)行任意路徑、不同漫游方式的漫游及有立體感的顯示；可視化的虛擬環(huán)境編輯和應(yīng)用程序接口都能對(duì)描述文件進(jìn)行讀寫；虛擬環(huán)境編輯采用視窗應(yīng)用程序用戶界面。
虛擬環(huán)境生成方法是用戶定制虛擬環(huán)境的方法，利用它，用戶可以進(jìn)行指定虛擬環(huán)境所采用的地形模型，向虛擬環(huán)境中添加靜態(tài)和可控制實(shí)體，定義用戶的視點(diǎn)，定義用戶可同時(shí)看到的多個(gè)場(chǎng)景等工作。本發(fā)明的特點(diǎn)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(shí)時(shí)顯示所編輯的三維虛擬環(huán)境，同時(shí)支持多種漫游方式和立體顯示，這使用戶可以較好地沉浸于所編輯的虛擬環(huán)境中進(jìn)行工作；使開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序的用戶在一定程度上擺脫手工編寫代碼來(lái)構(gòu)造虛擬環(huán)境的繁瑣；通過(guò)規(guī)范化操作而減少手工編制代碼易犯的錯(cuò)誤。2、靈活方便地編制多種資源?？删庉媹?chǎng)景、通道、相機(jī)即視點(diǎn)及應(yīng)用程序讀取紋理和幾何模型文件的路徑；支持同時(shí)編制多個(gè)通道，多個(gè)場(chǎng)景，多個(gè)相機(jī)；通道的大小、通道中所顯示的場(chǎng)景、可同時(shí)顯示的通道數(shù)目等都可隨時(shí)修改；可隨時(shí)向場(chǎng)景中添加物體，可在編輯的場(chǎng)景中漫游，支持立體顯示方式的場(chǎng)景漫游。3、環(huán)境設(shè)置和應(yīng)用程序相分離?？呻S時(shí)方便地對(duì)已有的虛擬環(huán)境描述文件進(jìn)行修改而不需修改應(yīng)用程序代碼；同一虛擬環(huán)境可以方便地被多個(gè)應(yīng)用程序所使用，而不需重新開發(fā)；只需更改所調(diào)用的虛擬環(huán)境描述文件就可使應(yīng)用程序在另一個(gè)虛擬環(huán)境中運(yùn)行。本發(fā)明由于針對(duì)性強(qiáng)、功能相對(duì)簡(jiǎn)單，從而能為用戶提供更大的靈活性和更簡(jiǎn)便的操作。
本發(fā)明集成了一些現(xiàn)有的技術(shù)手段，這些技術(shù)包括圖形化用戶界面技術(shù)、虛擬場(chǎng)景的組織管理方法、虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感實(shí)時(shí)渲染技術(shù)、虛擬場(chǎng)景中自由漫游技術(shù)、立體顯示技術(shù)、對(duì)虛擬物體的控制方法。本發(fā)明通過(guò)集成這些技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)一種新的生成虛擬環(huán)境的方法。
其中，本發(fā)明虛的擬環(huán)境編輯程序的圖形化用戶界面除了采用標(biāo)準(zhǔn)的視窗應(yīng)用程序用戶界面技術(shù)之外，也有自己的特色它由菜單、資源選擇工作區(qū)、資源編輯工作區(qū)及一個(gè)實(shí)時(shí)顯示虛擬環(huán)境編輯結(jié)果的窗口組成。根據(jù)用戶在資源選擇工作區(qū)所選擇欲編輯的不同資源，在資源編輯工作區(qū)會(huì)顯示出與此資源相對(duì)應(yīng)的編輯表單。編輯表單中采用按鈕、編輯框、下拉列表等簡(jiǎn)單易用的常見方式。三維虛擬環(huán)境顯示窗口則對(duì)用戶的編輯操作做出實(shí)時(shí)反映，以做到所見即所得的可視化編輯。
實(shí)時(shí)編輯虛擬環(huán)境的方法是本發(fā)明的重要技術(shù)。在虛擬環(huán)境編輯程序中，把用戶的各種操作定義成相應(yīng)的命令。這些命令包括要編輯何種資源、指定各個(gè)資源的屬性及當(dāng)前視點(diǎn)等。用戶下達(dá)命令的交互途徑采用按鈕、下拉列表等方式。程序中需要獲取命令的模塊通過(guò)不斷檢查命令消息隊(duì)列來(lái)自己獲取命令，達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的。對(duì)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(duì)所編輯虛擬環(huán)境的影響，以實(shí)現(xiàn)所見即所得的編輯。
參閱

圖1，本發(fā)明的主要步驟是首先定義虛擬環(huán)境描述文件；然后生成虛擬環(huán)境可視化編輯程序；生成應(yīng)用程序接口程序；在應(yīng)用程序中對(duì)描述文件進(jìn)行讀寫。
虛擬環(huán)境描述文件是虛擬環(huán)境編輯和應(yīng)用程序之間的橋梁，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和環(huán)境定制相分離的重要數(shù)據(jù)。本發(fā)明定義它為一個(gè)文本文件，其中包括對(duì)多個(gè)虛擬場(chǎng)景的描述，并指明用戶在計(jì)算機(jī)屏幕上各個(gè)區(qū)域分別應(yīng)觀看到哪個(gè)場(chǎng)景。對(duì)虛擬場(chǎng)景的描述主要包括各種數(shù)據(jù)文件如幾何模型文件及紋理文件等、在計(jì)算機(jī)上的存儲(chǔ)路徑和文件名、各個(gè)虛擬物體在虛擬世界中的位置和方向、用戶控制可運(yùn)動(dòng)虛擬物體的交互方式如鼠標(biāo)、游戲桿等、用戶觀看各個(gè)虛擬場(chǎng)景的初始視點(diǎn)等。
圖2是虛擬環(huán)境可視化編輯的工作流程圖，虛擬環(huán)境編輯程序是一個(gè)所見即所得的可視化編輯虛擬環(huán)境描述文件的工具，是一個(gè)圖形化用戶接口，它主要有三個(gè)功能接受用戶命令、創(chuàng)建和編輯描述文件及三維實(shí)時(shí)顯示描述文件所定義的虛擬環(huán)境。準(zhǔn)備編輯命令和場(chǎng)景命令在用于預(yù)覽的通道和用戶設(shè)定的通道之間切換，漫游命令和漫游時(shí)是否貼近地面的命令用于建立相機(jī)和鼠標(biāo)之間的聯(lián)系，新建通道、場(chǎng)景命令、裝載實(shí)體、地形命令及刪除命令修改內(nèi)存中虛擬環(huán)境中數(shù)據(jù)的配置，再修改當(dāng)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(shù)據(jù)到內(nèi)存，還有保存和推出命令。在虛擬環(huán)境編輯程序中，為了避免頻繁的文件讀寫操作，定義一個(gè)和文件相對(duì)應(yīng)的位于內(nèi)存中的數(shù)據(jù)集作為用戶編輯時(shí)的操作對(duì)象，直到用戶要求保存或退出編輯器時(shí)才進(jìn)行寫文件的操作。
虛擬環(huán)境編輯程序中的三維實(shí)時(shí)顯示功能，支持用戶在虛擬環(huán)境中的指定地點(diǎn)加入虛擬物體、動(dòng)態(tài)的湖水或海面、特定的地形等編輯虛擬環(huán)境所需的基本功能，支持用戶在虛擬環(huán)境中自由漫游，漫游方式有高空俯視、貼近地面的行進(jìn)等，同時(shí)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(huán)境是否符合應(yīng)用要求，以便有針對(duì)的編輯。
用戶的編輯工作主要是對(duì)場(chǎng)景、通道、相機(jī)、路徑的編輯。圖3是編輯場(chǎng)景的工作流程圖，主要是創(chuàng)建場(chǎng)景，加入地形，設(shè)置漫游方式及在場(chǎng)景中漫游；圖4是編輯通道的工作流程圖，它包括編輯通道，創(chuàng)建通道，選擇通道所顯示的場(chǎng)景、設(shè)置通道視口的大小及刪除通道；圖5是編輯相機(jī)的工作流程圖，它包括編輯相機(jī)，創(chuàng)建相機(jī)，設(shè)置相機(jī)的各個(gè)參數(shù)、增加架設(shè)相機(jī)的平臺(tái)便、刪除相機(jī)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。
用戶采用上述虛擬環(huán)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(gè)描述文件后，在應(yīng)用程序中則需要通過(guò)應(yīng)用程序接口來(lái)讀取描述文件中的信息，創(chuàng)建它所描述的虛擬環(huán)境。除了依據(jù)描述文件創(chuàng)建虛擬環(huán)境的基本接口外，應(yīng)用程序接口提供了和虛擬環(huán)境編輯程序完全一致的所有其他對(duì)描述文件的編輯接口，也就是說(shuō)，對(duì)描述文件的所有編輯操作都提供了圖形化用戶接口和應(yīng)用程序接口兩種方式。雖然提倡用戶利用虛擬環(huán)境編輯程序來(lái)創(chuàng)建和編輯描述文件，但考慮到用戶可能會(huì)有在應(yīng)用程序中修改虛擬環(huán)境并希望保存此種修改的情況，所以在應(yīng)用程序接口中也提供所有對(duì)應(yīng)的功能。
在應(yīng)用程序中對(duì)描述文件的讀寫，假設(shè)用戶已通過(guò)虛擬環(huán)境編輯器編輯了一個(gè)虛擬環(huán)境描述文件，現(xiàn)在用戶就可在三維視覺仿真的應(yīng)用程序中通過(guò)調(diào)用應(yīng)用程序接口，創(chuàng)建描述文件所定制的虛擬環(huán)境、從描述文件中獲得信息來(lái)組織管理虛擬場(chǎng)景、需要時(shí)還可對(duì)修改描述文件以保存應(yīng)用程序?qū)μ摂M環(huán)境的改變。
權(quán)利要求
1.虛擬環(huán)境生成方法，包括圖形化用戶界面、虛擬場(chǎng)景的組織管理方法、虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感實(shí)時(shí)渲染方法、虛擬場(chǎng)景中自由漫游方法、立體顯示方法、對(duì)虛擬物體的控制方法，其特征在于還包括以下步驟(1)定義虛擬環(huán)境的描述文件；(2)生成虛擬環(huán)境可視化編輯程序；(3)生成應(yīng)用程序接口程序；(4)讀寫并交互修改描述文件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬環(huán)境生成方法，其特征在于步驟(1)包括對(duì)多個(gè)虛擬場(chǎng)景的描述，并指明用戶在計(jì)算機(jī)屏幕上的各個(gè)區(qū)域分別應(yīng)觀看到哪個(gè)場(chǎng)景。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種虛擬環(huán)境生成方法，其特征在于對(duì)多個(gè)虛擬場(chǎng)景的描述，包括各種數(shù)據(jù)文件在計(jì)算機(jī)上的存儲(chǔ)路徑和文件名、各個(gè)虛擬物體在虛擬世界中的位置和方向、用戶控制可運(yùn)動(dòng)虛擬物體的交互方式、用戶觀看各個(gè)虛擬場(chǎng)景的初始視點(diǎn)等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬環(huán)境生成方法，其特征在于所述的可視化編輯是所見即所得的實(shí)時(shí)可視化虛擬環(huán)境編輯，用戶通過(guò)圖形界面下達(dá)命令，生成方法根據(jù)用戶命令修改描述文件，并通過(guò)三維顯示方法實(shí)時(shí)顯示與描述文件相對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬環(huán)境生成方法，其特征在于它還支持用戶在三維環(huán)境中進(jìn)行任意路徑、不同漫游方式的漫游及有立體感的顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬環(huán)境生成方法，其特征在于可視化的虛擬環(huán)境編輯和應(yīng)用程序接口都能對(duì)描述文件進(jìn)行讀寫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種虛擬環(huán)境生成方法，其特征在于虛擬環(huán)境編輯采用視窗應(yīng)用程序用戶界面。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境的生成方法，需要解決現(xiàn)有技術(shù)中不能直觀地構(gòu)造虛擬環(huán)境，工作效率低下，以及系統(tǒng)龐大、操作繁瑣、用戶控制能力降低等問(wèn)題。本發(fā)明包括圖形化用戶界面、虛擬場(chǎng)景的組織管理方法、虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感實(shí)時(shí)渲染方法、虛擬場(chǎng)景中自由漫游方法、立體顯示方法、對(duì)虛擬物體的控制方法的步驟，還包括定義虛擬環(huán)境的描述文件，生成虛擬環(huán)境可視化編輯程序，生成應(yīng)用程序接口程序，在應(yīng)用程序中對(duì)描述文件進(jìn)行讀寫的步驟。本發(fā)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(huán)境設(shè)置和應(yīng)用程序相分離等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)直觀的虛擬環(huán)境構(gòu)造平臺(tái)。
文檔編號(hào)G06T17/00GK1409218SQ0213073
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者何兵, 紀(jì)玉春, 李新, 郝愛民 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)