3DS读取、绘制与控制方法的研究与应用
万方数据
万方数据
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４５７８２００９，３０（１９）计算机工程与设计ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ第二布置场景，井场背景采用纹理映射的方法加入到场景中，
即预先选择好２４大小的ｂｍｐ图片作为纹理，再选取适合的映
射坐标。最后为场景布光，开启场景的光照功能。基于ＯｐｅｎＧＬ
读取和绘制３ＤＳ模型的仿真系统场景图如图５所示。
图５３ＤＳ模型导入到ＯｐｅｎＧＬ中的仿真系统场景
井下作业过程中的关键设备是抽油机、油井及其周围相关设备。其中抽油机又由驴头、平衡块、游梁、控制箱等部分组成。基于ＯｐｅｎＧＬ交互控制机制，可对作业过程中的这些关键设备进行交互控制。在操作模拟过程中，首先鼠标左键单击需要运动控制的设备模型，在选择模式下设备模型的命中记录产生选中标志，并把对应名称放入名称堆栈中。然后退出选择模式并返回选择的数据。在设备模型运动事件被触发后，进入渲染模式，渲染函数调用Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ（ｈｉｔｓ）、Ｒｏｔａｔｉｏｎ（ｈｉｔｓ）或Ｓｃａｌｅ（ｈｉｔｓ）函数对相应的设备模型进行平移、旋转或缩放的变换操作来达到控制其运动的目的。图６为摘驴头操作模拟时的运动效果图，在驴头下移的过程中调用了平移函数。图７为操作大锤砸管线时大锤的运动效果图，在大锤的挥起和砸落过程中调用了旋转函数。
５结束语
３ＤＳ是一种通用的保存三维模型的数据格式，因此研究该格式的读取和绘制有很重要的实际意义。本文基于ＯｐｅｎＧＬ对３ＤＳ文件读取、绘制与交互控制的方法进行了研究，首先将３ＤＳ文件按块划分，基于递归调用对块数据进行读取，通过坐标变化和顶点的法向量处理后，渲染静态的三维模型，基于几何矩阵变换和ＯｐｅｎＧＬ的选择机制实现对三维模型的交互控制。最后本文将该方法应用到“井下作业操作仿真与演练系
图６摘驴头操作模拟
图７操作大锤砸管线
统”中，取得了良好的效果。
参考文献：
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（上接第４４３８页）
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３４４０．万方数据
3DS文件读取、绘制与控制方法的研究与应用
作者：刘芳， 刘贤梅， LIU Fang， LIU Xian-mei
作者单位：大庆石油学院
刊名：
计算机工程与设计
英文刊名：COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN
年，卷(期)：2009，30(19)
引用次数：0次
参考文献(8条)
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8.李新.李珊珊3ds模型在OpenGL中的读取和重绘 2008(4)
相似文献(6条)
1.学位论文沈克基于ARToolKit平台的增强现实人机交互系统的若干问题研究2007
增强现实(AR)是一种将计算机产生的虚拟物体或信息与真实环境进行合成并对景象加以增强或扩充的技术。文中介绍了AR的基本概念、主要应用及研究现状，分析了AR的关键技术及开发平台。 本文分析了ARToolKit平台的基本建模与渲染方法，指出了其存在的问题并进行了改进，将基于
3DS的建模方法与基于可编程图形硬件的Cg图形渲染方法应用于ARToolKit平台，设计并实现了一个基于单目视觉的桌面AR人机交互系统。本文的主要工作包括： 1．研究了AR中基于视觉的跟踪注册方法，主要分析了标识物的识别及多个坐标系的矩阵转换等问题。基于视觉的跟踪注册方法识别效率高，能够满足AR系统对实时性的要求。 2．分析了ARToolKit平台的基本建模方法并对其进行了改进，将基于3DS的建模方法引入ARToolKit平台。分析了3DS文件的基本结构、3D编辑器块结构及关键帧块结构，给出了系统实现以及实验结果与分析。将3DS模型信息应用于AR系统的虚拟物体建模，提高了模型的复杂度和建模的效率。 3．分析了ARToolKit平台的基本渲染方法并对其进行了改进，将基于可编程图形硬件与Cg语言的渲染方法引入ARToolKit平台。分析并实现了Cg光照渲染、雾化渲染和变形动画效果，给出了各部分的实验结果及分析。将Cg应用于AR．系统的图形渲染，提高了渲染效率，增强了AR场景的真实感。 4．将3DS模型信息的导入、基于Cg的图形渲染、交互信息的分析与处理等模块与ARToolKit平台进行整合，设计并实现了一个基于单目视觉的桌面AR人机交互系统，给出了系统实验结果及分析。该系统兼容性好，对硬件要求低，性能稳定，具有可扩展性以及良好的可移植性。
2.学位论文卢金海回声测深仪的三维模拟与控制2007
航海技术、轮机工程是实践性很强的专业，培养学生时需要大量实践场所，为此相关高校都购置或开发了航海类模拟器。当前，国内外主流的航海模拟器(如：上海海事大学航海科学研究所研制的船舶操纵模拟器、航海雷达导航模拟器，大连海事大学航海技术研究所研制的船舶操纵模拟器、便携式船舶操纵模拟器；挪威的挪康公司(Kongsberg Maritime AS)、英国的英国船商有限公司(TransasMarine UK Ltd．)研制的航海模拟器)均采用三维视景来描述船舶及其周围环境，操作者可操纵船舶在虚拟的三维世界中漫游，其船舶操纵部分普遍采用硬件模拟(使用开关、旋钮、键盘等设备实现对船舶的操纵与控制)或二维图像模拟(使用二维图像来描述真实的开关、旋钮等，并实现对船舶的操纵与控制)。采用硬件模拟需要复杂的安装调试工作、各硬件本身和相互之间的关联部分容易出现故障，而二维图像模拟真实感又较差。 作为船舶操纵模拟器的探索性研究，本课题开发回声测深仪的三维模拟器。在微型计算机上，使用OpenGL技术开发三维模拟器，在此模拟器中实现三维漫游和控制，也就是使用者能在虚拟三维空间中的任意位置、任意角度来观看回声测深仪，并能够进行相关的操作。这样既降低了模拟器开发成本，又提高了模拟器的真实性。 详细研究三维创作软件3DS MAX输出的3ds文件格式，通过分析转换成ASCII字符的3ds文件，较详细的绘制了3ds文件的块结构图，并指出了几乎所有数据块的结构及其用途，为正确使用3ds文件数据奠立了坚实的基础。 结合3ds文件的结构特点和OpenGL的数据特点，给出了装载3ds模型的类定义，并对数据进行了必要的转换，正确将数据保存到OpenGL 数据结构之中。分析了计算法线向量的两种方法，给出了由组成面的点的三维数据计算点的法线向量的方法。 从查阅到的相关文献来看，文献中都提到了再现三维模型需要读取3ds文件中三维模型的材质块数据和顶点数据、面列表数据，而忽视了关键帧数据。本课题提出了正确再现3ds三维模型数据必须读取并使用关键帧数据的观点，详细分析了显示实例物体、参考物体与显示普通物体的不同，并正确显示了实例物体和参考物体。深入分析关键帧数据，提出了正确显示子物体的方法和步骤。 本课题采用三维的模拟操作控制部分，回声测深仪的开关、旋钮以及进行的所有操作都是在三维虚拟空间中进行，由于采用纯软件实现所以安装、调试模拟器就很简单，又因为采用三维的交互控制所以又有较好的真实感。
3.学位论文翁亮虚拟现实技术在纺织CAD中的应用2008
当前，纺织CAD软件在织物外观模拟方面的技术已经比较成熟，但是对于设计好的织物在如何在场景中模拟展示的研究成果却不多。本文针对这一现状，提出将虚拟现实技术引入纺织CAD系统，利用其丰富的交互手段和感知功能，高度逼真地显示织物在最终使用场合的表现效果，便于设计人员直观地审察、校核及改进工艺。基于虚拟现实的纺织CAD系统继承了传统纺织CAD技术的优点，给CAD系统提供了一个逼真、自然、多感知的设计、展示环境，从而可大大提高设计的效率和质量。 在研究过程中，本文依据虚拟现实技术原理以及基于图象和基于建模的实现方法，结合计算机图形学、真实感图形显示技术等方面的知识，分别对二维和三维的场景模拟提出一种设计方案和实现办法，取得了良好的场景模拟效果。 本文开展的工作：
1、二维场景模拟系统设计：针对二维的图片场景采用手工选点的方式选定映射区域。采用有限元网格划分技术对映射区域建立网格模型。提出一种基于向量运算的映射点获取算法以及MIP—MAP反走样算法为映射区域添加纹理图案。对各映射点的颜色值运用基于亮度的明暗效果处理方法进行调整，最终实现具有真实感的二维模拟效果图。
2、三维场景模拟系统设计：充分发挥3DS MAX软件强大建模功能，采用VC++2005开发平台及OpenGL三维引擎进行模拟系统的软件设计。系统通过三维场景建立、模型重建、纹理映射和多模型场景选择四大功能模块实现模拟功能。 1）利用3DS MAX软件建立原始三维场景模型，导出模型3DS文件。2）基于3DS文件块结构特点，设计一个3DS文件读入程序读取3DS文件中的模型信息；通过设定最大最小点实现模型的全显示，建立虚拟球，实现对模型的旋转、平移、缩放操作；建立光照模型体现场景的三维立体感，在以上操作的基础上调用OpenGL函数实现对模型的重建。对重建的模型采用拉普拉斯平滑算法进行平滑处理。3）提出三种纹理坐标分配方案，取得良好的纹理映射效果。4）对于多模型场景，提
出多模型场景选择算法，实现对场景中不同模型的选择与操作，最终得到理想的三维模拟效果。 建立织物的场景模拟系统，可以使不同的用户根据自己的需求，选择二维或者三维的平台观察织物在场景中的实际使用效果。其应用缩短织物设计周期、降低织物开发的难度和成本，同时通过网络可以方便地构建织物生产企业和客户之间沟通、交流的平台。
4.学位论文李艳丽真三维立体显示技术研究2007
真三维立体显示技术（True 3D Volumetric Display Technique）是计算机立体视觉系统中最新的研究方向。基于这种显示技术，可以直接观察到具有物理景深的三维图像，真三维立体显示技术图像逼真、具有全视景、多角度、多人同时观察和实时交互等众多优点。 本文首先分析了真三维立体显示技术的成像原理，包括静态体成像技术、平移体扫描技术和旋转体扫描技术，并分别给出了三种成像技术的控制模型，它们从不同角度描述了真三维立体显示技术的物理本质。其次，论文详细研究了真三维立体显示的关键技术，包括建立了静态体成像技术中的死区的数学模型，给出了解决方案；根据平移体扫描显示技术的成像空间构造特点，研究了屏幕做非线性运动的规律；研究了旋转体扫描技术成像过程中生成体素的属性，给出了一种创新性的旋转立体显示系统，该系统能够实现可视和实时远距离传输，深入分析了系统的分辨率，给出了提高分辨率的具体方法。再其次，建立了
.3ds格式的三维心脏模型，利用3DS文件“块结构”的优势，提取感兴趣区域的数据，在VC环境中利用OpenGL编程实现了三维心脏模型的重建，重建结果能够体现丰富的表面细节，然后综合运用OpenGL中显示列表、融合、动画实现等技术，仿真实现了真三维立体显示技术的模拟，包括成像空间的构造和成像原理的仿真，仿真结果较好地验证了真三维立体显示技术的正确性和可行性。 在真三维立体显示系统中实现交互操作，是系统必然的发展趋势，本论文最后研究了计算机系统中的交互操作机制，在合理假设的基础上推导验证了Fitts’模型的正确性，该模型是交互操作的基本准则，可以用来评价交互工具的性能和预测交互实现的效果。总结了三种典型的交互方式，并将其引入到真三维立体显示系统中进行探讨。本文尽量用数学模型解决抽象的物理问题，为以后系统的工程实现奠定了良好的理论基础。
5.期刊论文李春雷.倪俊芳.LI Chun-lei.NI Jun-fang基于Open GL对3DS文件描述实体的渲染技术研究-苏州大
学学报（工科版）2008,28(1)
通过对3DS文件格式和Open GL渲染技术的研究,以Visual C+ +和Windows XP为平台,开发了能读取3DS文件,并在Open GL环境下进行三维真实感图形显示和模型辅助变换的软件系统.
6.学位论文张涛基于人体特征线的躯干曲面成形及三维服装展示系统的研究与实现2007
将三维技术应用到服装行业是计算机图形学的一个重要研究方向。如今三维计算机图形学的理论和技术已经应用到服装设计、生产、管理、销售等各个环节，在很大程度上提高了服装产品的生产质量和效率。 本课题研究内容是2006年度国家“十一五”科技支撑计划和2006年度福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划的子课题。研究课题可以分为两个主要部分：一部分是基于人体特征线的躯干曲面成形；另一部分是三维服装展示。
论文的主要研究工作如下： 如何快速构造一个三维人体曲面是三维服装技术的一个重点和难点，论文在研究已有算法的基础上，结合三维服装设计的要求，研究设计了一种基于人体特征线的躯干曲面成形方法。人体躯干是一种不规则的曲面，要使之成形并具有较好的可控制性有较大难度。论文根据人体学提出将人体躯干划分为六个基准特征线，并结合NURBS方法中权值为1的非均匀B样条曲线曲面理论，提出了一种躯干曲面成形的新方法。这种成形方法高效地处理密集不可控的躯干数据点，并快速形成躯干曲面。论文还研究设计了应用于躯干曲面成形的曲线曲面插值算法。经过基于人体特征线的躯干曲面成形方法构造的躯干曲面不仅保持了躯干表面特征，还提高了躯干表面特征可修改性可控制性的效率。用户根据自己的躯干特征线尺寸就可以得到躯干曲面。课题中躯干成形过程还涉及到：对三维躯干原始数据的压缩处理、构造人体特征线以及拟合曲面片等算法。这种成形方法为开发三维人体系统提供了理论基础和关键技术，具有重要的基础作用。这种成形方法也存在修改尺寸过大会造成躯干曲面失真的现象，这是下一步要改进的地方。 针对传统展示方式的不足，论文探索了应用于服装展示的三维交互式展示方式。传统常见的产品展示往往缺乏真实感或者缺乏和浏览者之间的交互。论文研究开发了三维服装展示系统，论文中的三维服装展示方式涵盖了现今主要的三个信息交流平台：单台计算机、Internet以及手机。用户通过计算机、网络和手机就可以进行三维服装的浏览并通过对三维服装的实时交互操作和产品产生互动。课题综合了多种三维技术，包括3D建模技术、OpenGL技术、Web3D技术、J2ME以及JSR184技术。单机三维服装展示子系统的交互设计主要利用了3DS文件的块结构，通过循环读取块信息得到3D文件的重要信息并加以控制交互。网络三维服装展示子系统的交互设计主要利用Java3D技术关于3D文件的接口包对3D文件进行相应的读取并通过自定义函数进行交互功能的实现。手机三维服装展示子系统的交互设计主要利用专门应用于手机开发的JSR184技术对M3G格式三维文件进行读取及交互功能的实现。实验效果表明三维服装展示系统具有较好的三维展示效果，浏览者可以通过多种方式对三维服装模型进行旋转、缩放等多种交互操作。三维服装展示系统具有广阔的应用空间，可以为其他行业的产品展示提供技术基础。系统存在三维服装展示真实性和速度不够平衡的不足，这也是下一步要改进的地方最后，论文总结了课题的研究工作，并对课题研究的发展前景从技术上和应用上作了展望。
本文链接：https://www.wendangku.net/doc/d19113428.html,/Periodical_jsjgcysj200919061.aspx
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