虚拟现实技术在培训系统中的应用

摘 要：介绍了虚拟现实技术在培训系统中的具体应用，分析了虚拟培训系统的组成，选择了OpenGVS和MultiGen作为虚拟培训系统开发平台。并详细论述了从场景建模到场景驱动的整个系统实现过程。

关键词：虚拟现实　培训系统 场景建模 场景驱动

基于虚拟现实技术的虚拟培训系统具有仿真性、开放性、超时空性、可操作性和安全性等特征，是传统培训方式无法比拟的。目前，利用虚拟现实技术对员工进行培训已经成为一种趋势。

1　虚拟培训系统的组成

虚拟培训系统的组成框图。整个系统主要分为两大部分：场景建模和场景驱动。场景建模是将虚拟场景与对象通过数学方法表达成存储在计算机内的三维图形对象的集合。在虚拟培训系统的实现中，一般可采用MultiGen Creator作为场景建模工具，通过实时方式完成场景模型的建立。场景驱动是根据所建立的场景模型以及场景中各类虚拟对象运行时的状态参数来生成实时视景的程序。其中：用户接口模块主要用于接收用户发出的各项指令并把执行后的数据、结果反馈给用户；中间虚线围绕的部分是系统的核心模块，它把从用户接口模块接收到的各项信息经过解释后，向场景渲染或显示模块发出相应的运动指令，从而实现场景中物体的运动控制以及场景视角的切换。

2　场景建模

场景建模过程主要包括以下几个步骤：

(1)数据采集。本系统模型的实体外观与几何形状等数据主要来自设计图纸和一些实物照片，纹理数据主要来自实地拍摄照片的处理。对收集到的数据进行格式转换和剪裁，并尽量使纹理数据量小一些。纹理文件名在整个数据采集区域内必须保持唯一，以确保纹理与三维模型每一个面的对应：

(2)确定模型层次结构。按其结构进行层次分解，并利用MultiGen建立了对应的树状层次结构，直到底层分解到基本图元结构；

(3)进行可视建模。按照所确定的模型层次结构，逐层进行可视建模，然后存储为不同的mt文件：

(4)去除冗余多边形。描述实体模型表面的数据经常存在冗余现象。这里的冗余多边形主要是指在实体外部观察模型时那些看不到的部分。去除它们并不影响整体的视觉效果，还可以在很大程度上降低整个场景的复杂度；

(5)使用纹理映射。在对应位置的多边形表面上“贴制”纹理图片，用来替代详细的模型。这样处理可以减少模型的多边形数目和复杂程度，提高图像绘制输出时的显示速度。只要视点不过于靠近实体，纹理映射就不会降低场景的逼真程度。

3　场景驱动

我们虽然建立了虚拟培训系统中的场景模型，但这些模型都是静态的、相对孤立的，彼此之间没有实现真正意义上的联系。为了给用户提供一个“真实”的环境，实现他们与场景之间的互动，还要驱动整个虚拟场景，实现对场景模型的调用、显示和控制。

基于OpenGVS程序框架，系统的相关功能主要在用户初始化函数GV_user_init()和用户运行时函数GV_us-er_proe()中实现。其中，用户初始化函数在系统中只执行一次，而用户运行时函数则每帧调用一次。

在用户初始化函数GV_user_init(　)中，首先创建了帧缓存、通道、相机、场景、实体对象、光源等资源，接着将这些图形资源连接在一起，最后对系统参数及控制变量进行设置。下面的代码说明了OpenGVS资源如何进行创建和连接。

用户运行时在函数GV_user_proc()中，我们可以实现三维场景的碰撞检测、相机控制和人机交互等功能。OpenGVS不只可以通过引擎提供的函数对场景中的对象进行控制，也可以通过仿真回调函数的方式进行控制，使碰撞检测、人机交互等实现起来更加方便灵活。

4 结束语

本系统是基于虚拟现实技术设计开发的，在实际的操作培训中发挥了重要作用。虚拟培训强调人、自然环境、计算机系统的协调和集成，具有不可比拟的优越性，是未来培训的发展方向。