專利名稱：多視口虛擬環(huán)境顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機虛擬現(xiàn)實和計算機圖形學技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種計算機多視口虛擬環(huán)境顯示方法。
為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是多視口虛擬環(huán)境顯示方法，其技術(shù)要點是包括創(chuàng)建幀緩存、父通道、子通道、視點和場景虛擬環(huán)境資源，將實體對象和環(huán)境選項加入到相應(yīng)的場景中，將視點和場景加入到相對應(yīng)的子通道中，將父通道加入到幀緩存中的步驟。
環(huán)境選項是霧模型或光照模型；虛擬環(huán)境資源采用樹狀結(jié)構(gòu)組織方法；幀緩存包含一個父通道，父通道可以包含多個子通道，每個子通道中都有自己的視點和場景，它們的場景可以相同，也可以不同，每個場景中還有自己的對象實體和環(huán)境構(gòu)成選項；創(chuàng)建虛擬環(huán)境資源還包括定義基本圖形單元類，常用畫圖元素類從基本圖形單元類繼承，多視口中的資源類從常用畫圖元素類繼承等定制資源的步驟。
多視口圖形顯示方法可以更好地改善虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的顯示效果，使圖形界面的設(shè)置更靈活方便。它還可以使用戶方便地對多個場景或場景中的不同地理位置的仿真實體等進行監(jiān)控，所以可用于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的三維觀察器，同時為觀察者提供兩個視口，讓他們既可對整個虛擬環(huán)境進行漫游，還可跟蹤某個實體進行局部觀察。其有益效果是1.使用本發(fā)明，便于一臺機器上對多個場景或場景中的不同地理位置的實體等進行監(jiān)控，這是多視口圖形顯示工具相對于單視口顯示工具的一大突破。2.各個視口彼此獨立，控制方便、靈活，添加、去掉某個視口，改變視口大小，交換視口位置等操作均很方便。3.本發(fā)明是一種通用工具，可以用于多種實體的仿真，如坦克、飛機、雷達，也可用于對整個虛擬環(huán)境的仿真。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
參閱

圖1，圖1是本發(fā)明多視口虛擬環(huán)境顯示方法主流程圖，對于一個完整的多視口應(yīng)用程序，可以按以下步驟來完成先創(chuàng)建一個幀緩存、一個父通道、多個子通道、相應(yīng)的視點、相應(yīng)的場景及與每個場景相對應(yīng)的實體對象、光源和霧模型；接著，使用函數(shù)將實體對象、光源模型、霧模型加入到相應(yīng)的場景中；再將每個視點和場景再加入到相對應(yīng)的子通道中，最后將所有子通道都加入到父通道中，再將父通道加入到幀緩存中。
參閱圖2，首先要創(chuàng)建虛擬環(huán)境中的資源并對各種資源進行組織。為了便于數(shù)據(jù)管理和訪問，本發(fā)明采用樹狀結(jié)構(gòu)有層次地組織虛擬環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)資源。由虛擬環(huán)境的需要決定，在本發(fā)明中涉及的主要數(shù)據(jù)資源為幀緩存、通道、視點、場景、對象集、環(huán)境構(gòu)成選項集等，它們之間存在比較明確的層次關(guān)系幀緩存包含一個父通道，父通道可以包含多個子通道，每個子通道中都有自己的視點和場景，它們的場景可以相同，也可以不同，但視點一般不相同，每個場景中還有自己的對象實體和環(huán)境構(gòu)成選項。
將以上主要資源分類后，為了滿足設(shè)計要求，要定義它們的屬性，并且為每種屬性編寫相應(yīng)的函數(shù)。這樣，當屬性變化時，只需自動調(diào)用相應(yīng)函數(shù)即可。
圖3中的數(shù)據(jù)也是整個虛擬環(huán)境的核心數(shù)據(jù)，因此對虛擬環(huán)境的同步更新、訪問控制、系統(tǒng)崩潰恢復等功能也是通過維護該樹型結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)來完成的。
在開發(fā)虛擬環(huán)境的仿真程序時，初始化都需要大量的數(shù)據(jù)。為了程序的通用性，這些數(shù)據(jù)不可能寫在程序中，而應(yīng)將程序和數(shù)據(jù)分開。但分開后，如果讓用戶直接輸入程序所需的各類數(shù)據(jù)，對于簡單的系統(tǒng)還可以，對于復雜的仿真程序，就需要開發(fā)一個資源定制工具，讓用戶通過這個可視化的工具，很容易、方便、快速地定制出用戶所需要的戰(zhàn)場環(huán)境及其中的各類仿真實體的幾何參數(shù)和性能參數(shù)。
本發(fā)明正是考慮仿真的通用性，采用了數(shù)據(jù)與程序分開的原則。只要將數(shù)據(jù)輸入仿真程序，多視口圖形效果會自動產(chǎn)生。為了定制多視口數(shù)據(jù)，本發(fā)明開發(fā)了一個資源定制工具，采用可視化的方法生成多視口數(shù)據(jù)。它作為整個發(fā)明的一部分，可進一步方便多視口的應(yīng)用。
該工具具有畫圖的基本功能，同時可編輯各資源的數(shù)據(jù)。在設(shè)計中采用了繼承思想，先定義基本圖形單元類，然后常用畫圖元素類從它繼承，多視口中的資源類又從常用畫圖元素類繼承。如圖4所示。
基本圖形單元類定義一般圖形的基本屬性如線色、線型、線寬、填充顏色、圖形中心點位置、所在層號等和基本操作如設(shè)置線色、線型、線寬、填充顏色、圖形繪制等。
從基本圖形單元類繼承的類有直線類、折線類、曲線類、文本編輯框類、橢圓類、矩形類。
幀緩存、通道、視點、場景、實體、霧模型、光照模型等類分別從橢圓類、矩形類繼承，其中每個類都有包含其屬性的數(shù)據(jù)成員。在每個資源類的定義中定義資源的屬性，并且為每種屬性編寫相應(yīng)的函數(shù)。這樣，當屬性變化時，只需自動調(diào)用相應(yīng)函數(shù)即可。各主要資源的定義及屬性如下幀緩存。創(chuàng)建幀緩存的目的是為了在軟件、圖形硬件之間建立聯(lián)系。每個仿真應(yīng)用程序都必須創(chuàng)建至少一個幀緩存。還必須向幀緩存之中加入通道，通道通常包括用戶定義的場景和相機，以完成軟件之間的連接。幀緩存的屬性有幀緩存的名稱、在該幀緩存中加入的通道名稱。
通道。通道是一個計算機圖形生成術(shù)語，它與幀緩存相連，把視頻信號傳到物理輸出媒介。對于觀察者來說，通道代表一個“3D繪圖表面”。在大多數(shù)的仿真應(yīng)用程序中，用戶必須創(chuàng)建一個通道，在需要的時候，還要設(shè)定適當?shù)奶钔款伾⒁暱谧鴺说?，并且?yīng)在通道和幀緩存之間建立連接。通道的屬性如下通道名稱、視點大小、擦除顏色、遠剪切面、近剪切面。
視點。視點是眼睛所處的位置，用來控制動態(tài)的視圖。一般情況下，每個應(yīng)用程序都有至少一個視點，必須被添加到通道之中。視點的屬性有相機名稱、指定視角、當前視角、最小視角、最大視角、跟蹤位置、指定相機放置在世界坐標系中用戶指定的位置。
場景。每個仿真應(yīng)用程序都需要至少一個場景，其目的是在繪制三維圖形時，在一個特定的通道中管理、控制各個實體。在一個場景中，還可以包括其它的資源，例如對象、光源、霧等，每種資源的數(shù)目依據(jù)用戶的需要，可以是一個或者多個。場景屬性如下場景名稱、場景中的第一個對象、場景中的最后一個對象、場景中的霧、場景中的第一個光源、場景中的最后一個光源。
對象集。對象集是指場景中所有實體對象的集合，包括靜態(tài)實體對象如地形和動態(tài)實體對象如坦克、飛機等，對象集是一個鏈表結(jié)構(gòu)，包括多個結(jié)點，其中每個對象均表示一個實體對象。對象屬性如下對象名稱、繪制順序、位置、旋轉(zhuǎn)角度、對象在場景中x、y、z三個坐標軸的比例、坐標系統(tǒng)。
環(huán)境構(gòu)成選項集。為了增進虛擬環(huán)境的逼真效果，在場景之中可以加入環(huán)境構(gòu)成選項，用來模擬自然界中霧、光源等特殊效果，但是在用戶的應(yīng)用程序中，這一資源并不是必須的，它們的有無完全取決于程序的需求。為了在程序中加入霧的效果，必須把一個預先定義好的霧模型添加到場景中。為了使程序中具有動態(tài)的光照效果，可以在場景中加入一個或多個光源，被加入的光源必須預先定義好。
參閱圖4，這是本發(fā)明一個實施例一個坦克的多視口顯示程序中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖，圖中幀緩存與一個父通道相連，再讓父通道連接三個子通道，三個子通道中的視點和場景分別是車長、駕駛員、炮長的，它們的場景相同。
先定義幀緩存、通道、視點和場景等資源，再創(chuàng)建幀緩存、父通道、子通道、視點和場景等資源，設(shè)置幀緩存、父通道、子通道、視點和場景等資源的名稱，向場景中增加的地形，坦克，光源和霧模型，設(shè)置通道屬性，將圖形資源按要求連接起來，將三個子通道加入父通道，將父通道加入幀緩存。
這樣，就完成了多視口顯示程序的初始化階段，然后進入仿真循環(huán)階段。在每個仿真循環(huán)中，只要以一定順序依次實時更新各項資源為當前值就可以完成對虛擬環(huán)境的多視口顯示。
權(quán)利要求
1.多視口虛擬環(huán)境顯示方法，其特征在于該方法包括下述步驟(1)創(chuàng)建幀緩存、父通道、子通道、視點和場景等虛擬環(huán)境資源；(2)將實體對象和環(huán)境選項加入到相應(yīng)的場景中；(3)將視點和場景加入到相對應(yīng)的子通道中；(4)將父通道加入到幀緩存中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多視口虛擬環(huán)境顯示方法，其特征在于所說的環(huán)境選項是霧模型或光照模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多視口虛擬環(huán)境顯示方法，其特征在于步驟(1)所說的虛擬環(huán)境資源采用樹狀結(jié)構(gòu)組織方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多視口虛擬環(huán)境顯示方法，其特征在于虛擬環(huán)境資源采用樹狀結(jié)構(gòu)組織方法是指幀緩存包含一個父通道，父通道可以包含多個子通道，每個子通道中都有自己的視點和場景，它們的場景可以相同，也可以不同，每個場景中還有自己的對象實體和環(huán)境構(gòu)成選項。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多視口虛擬環(huán)境顯示方法，其特征在于步驟(1)還包括下述定制資源的步驟(1)定義基本圖形單元類；(2)常用畫圖元素類從基本圖形單元類繼承；(3)多視口中的資源類從常用畫圖元素類繼承。
全文摘要
本發(fā)明屬于計算機虛擬現(xiàn)實和計算機圖形學技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種計算機多視口虛擬環(huán)境顯示方法。需要解決單視口仿真程序不能滿足需求和效率較低的問題。多視口虛擬環(huán)境顯示方法包括創(chuàng)建幀緩存、父通道、子通道、視點和場景等虛擬環(huán)境資源，將實體對象和環(huán)境選項加入到相應(yīng)的場景中，將視點和場景加入到相對應(yīng)的子通道中，將父通道加入到幀緩存中等步驟。本發(fā)明可以更好地改善虛擬環(huán)境顯示效果，使圖形界面的設(shè)置更靈活方便，各個視口彼此獨立，控制方便、靈活。本發(fā)明是一種通用工具，可以用于多種實體的仿真，也可用于對整個虛擬環(huán)境的仿真。
文檔編號G06F9/455GK1409216SQ0213073
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者沈旭昆, 張景騫, 梁曉輝, 劉思源 申請人:北京航空航天大學