基于MultiGen的虚拟现实三维建模技术研究与实现(PDF 77页)

内容摘要
1绪论
1. 1问题的提出及研究意义
1. 1. 1问题的提出
我国航天技术已经取得了令世人瞩目的成绩，神州五号的成功发射，更是标
志着我国的航天技术水平达到了新的发展水平。我国卫星发射过程已经基本数字
化和自动化，作为基础和支撑的卫星发射场也应该适应现代化发射场的发展需要，
建设数字化的航天发射场来保证和辅助航天发射任务的顺利开展和实施。
“数字化航天发射场及火箭发射三维仿真系统”是国家 863 资助项目“GIS
支持下的卫星发射场及火箭发射飞行安全控制应急保障系统”下的一个子课题。
数字化航天发射场具有特殊性，属于大规模规模场景建模，同时又要求具有较高
的实时性和精确性，并具有一定的交互功能。根据系统的上述特点和研究分析，
确定本系统属于桌面型虚拟现实系统。本文提出了采用了基于面向虚拟现实的三
维几何模型建模及动态显示技术的虚拟场景创建方法。在综合分析了系统性能特
点和各种建模软件后，我们选用了美国 MultiGen-Paradigm 公司的专业虚拟现实
建模仿真软件 MultiGen Creator 和 Vega，以航天发射场为实际研究对象，开发出
一个桌面型的虚拟发射场虚拟现实系统，成功的实现了航天发射场的三维虚拟数
字化，并辅助了航天发射保障任务（如，火箭发射准备、燃料加注、电力通信保
障）的开展、实施和监控及火箭发射飞行的仿真。
在发射任务现场，系统经过调试验证，成功实现了预计的功能，达到了满意
的效果，有效地辅助和仿真了航天发射任务。
1. 1. 2研究的意义
虚拟现实（Virtual Reality，缩写为 VR，又称灵境技术）是近年来十分活跃
的技术研究领域。它依托于计算机科学、数学、力学、声学、光学、机械学、生
物学乃至美学和社会学等多种学科，是一系列高新技术的汇集，包括计算机图形
学、图像处理与模式识别、智能接口技术、人工智能、多传感器技术以及高度并
行的实时计算技术，还包括人的行为学研究等多项关键技术。目前，其应用已广
泛涉及军事、教育培训、工程设计、商业、医学、影视、艺术、娱乐等众多领域，
并带来了巨大的经济效益 [1][2][3] 。
VR 最本质的特征是用户在虚拟场景的沉浸。根据用户参与 VR 的不同形式
以及沉浸的程度不同，各种类型的虚拟现实技术划分四类：桌面型 VR 系统；投
影式 VR 系统；CAVE 系统；分布式 VR 系统。其中，桌面型虚拟现实系统是利
用个人计算机或低级工作站实现虚拟仿真。计算机屏幕作为参与者观察虚拟世界
的一个窗口，各种外设用来驾驭该虚拟环境，并且用于操纵虚拟场景中的各种虚
拟物体。在这种虚拟现实当中用户并没有完全投入，所以还是会受外界的干扰，
是一种初级的虚拟状态，沉浸程度也不是很高。这种虚拟现实由于没有昂贵的硬
件和软件支持，投入不是很高，所以应用较为广泛。目前在实际应用取得较好效
果的虚拟现实系统基本都属于此类系统。本文所开发的 VR 应用系统“数字化航
天发射场及火箭发射三维仿真系统”就属此类。

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