Vega Prime的渲染功能及其仿真实现

总第２２０期　计算机与数字工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．２　１１５　２００８年第２期　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的渲染功能及其仿真实现　童小念罗铁祥李雯　武汉４３００７４）　（中南民族大学计算机科学学院虚拟现实实验室摘要介绍Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在适应性，高效性和可扩展性上的优势，并对视景仿真软件Ｖｅｇａ与Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在场景图管　理系统、结构和运行效率等方面进行了比较，通过一个实例展现Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在对大场景进行处理的过程和对场景环境的渲　染效果。实验结果表明，利用Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ开发视景仿真应用软件，在运行速度和场景逼真程度上，取得满意的效果。　关键词　视景仿真中图分类号Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ渲染　Ｓｋｙｌｉｇｈｔ　ＴＰ３１１．５　ｌ　引言　ＭｕｌｔｉＧｅｎ—Ｐａｒａｄｉｇｍ公司开发的Ｖｅｇａ系列视　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ是ＭｕｌｔｉＧｅｎ—Ｐａｒａｄｉｇｍ公司最新　开发的实时视景仿真渲染软件版本，是一种便捷有　效的视景仿真应用开发工具，它具有更多的高级视　景仿真渲染工具软件，已广泛应用于实时视景仿真、　景仿真功能，可以迅速地创建各种实时交互的三维　视觉环境。Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ提供与Ｖｅｇａ不同的全新的　软件环境，拥有更多的特定功能模块，它使视景仿　真应用程序的开发具有更好的适应性和扩展性。　声音仿真、虚拟现实及其它叮视化领域的软件环　境一　。Ｖｅｇａ的ＬｙｎＸ图形用户界面极具特色，对于　一般性的仿真应用开发，几乎不用编任何源代码就　的定制功能，Ｖｅｇａ也提供软件开发人员以ＶＣ６．０为　平台，实现特殊环境效果加入和交互控制。　可以实现三维场景虚拟漫游。为进一步开发所需要　２　Ｖｅｇａ　ｐｒｉｍｅ与Ｖｅｇａ的功能比较　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ和Ｖｅｇａ的区别见表１。　表１　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ与Ｖｅｇａ的区别　基于以　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ和Ｖｅｇａ的区别，它们的　功能和结构也有所　同：　２．１　场景图管理系统比较　在ＳＧＩ的平台上，Ｖｅｇａ所依附的场景图管理　系统是Ｐｅｒｆｏｒｍｅｒ，在Ｗｉｎｄｏｗｓ平台上，Ｖｅｇａ所依附　的是Ｊｏｌｔ的场景图管理系统。由于Ｐｅｒｆｏｒｍｅｒ只能　收稿日期：２００７年９月２１日，修回日期：２００７年１２月４日　作者简介：童小念，女，副教授，硕士生导师，研究方向：计算机系统结构、多媒体技术。罗铁祥，男，副教授，研究方　向：多媒体技术。李雯，女，硕士研究生，研究方向：多媒体技术。　维普资讯 http://www.cqvip.com ｌｌ６　童小念等：Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的渲染功能及其仿真实现　第３６卷　支持ＯｐｅｎＧＬ，且Ｃ接口的ＡＰＩ已渐落伍，所以Ｐｅｒ—　ｆｏｒｍｅｒ在架构上被更新为用Ｃ＋＋开发的ＶＳＧ。　使得对大体积纹理的处理具有可行性ｌ４　Ｊ。　（３）跨平台性　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＳＧＩ　ＩＲＩＸ、Ｌｉｎｕｘ、Ｓｕｎ　ＶＳＧ具有ｃ＋＋的强大功能，融入了许多ｃ＋＋的实　用特性和技术如设计模式，体现了高级的跨平台的　场景渲染ＡＰＩ　。ＶＳＧ分为三个部分：　（￣）ｖｓｇｕ（Ｕｔｌｉｔｙ　ｌｉｂｒａｒｙ）；　（￣）ｖｓｇｒ（Ｒｅｎｄｅｎｒｉｎｇ　ｌｉｂｒａｒｙ）；　（￣）ｖｓｇｓ（Ｓｃｅｎｅ　ｇｒａｐｈ　ｌｉｂｒａｒｙ）。　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ开发了不同的功能模块，在不同层　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ　Ｓｏｌａｒｉｓ等操作系统上都可以进行开　发，运行和维护，不单纯依赖于某种操作系统。　（４）插件式体系结构　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ提供功能强大的可扩展的插件式　体系结构。对于一些技术复杂的渲染工具，如场景　渲染工具ｓｋｙｌｉｇｈｔ等，Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ采用插件式的方　次上进行了抽象，它的每个应用程序由多个模块组　合而成，都由ＶＳＧ提供底层的支持，如在内核中，　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ使用ｖｓｇｓ，ｖｓｇｓ使用ｖｓｇｒ，它们都使用　ｖｓｇｕ。Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ依附ＶＳＧ（Ｖｅｇａ　Ｓｃｅｎｅ　Ｇｒａｐｈ）作　为场景图管理系统，它不仅包括ＶＳＧ提供的所有　功能，还具有帧频率控制、内存分配、内存泄漏跟踪　和基于帧的纹理调用等特性。　２．２结构比较　ＸＭＬ是一种可扩展标识语言，它用于网络数　据的转换和描述。Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的ＡＤＦ／ＡＣＦ文件类　型使用ＸＭＬ可扩展标记语言，它扩展了ＯｐｅｎＦｌｉｇｈｔ　的应用范围，使得基于ＸＭＬ的应用更加具有广泛　性，这是Ｖｅｇａ所不具备的功能；此外，Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ　还扩充ｐｌｕｇ　ｉｎ功能，使得Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ能够方便地　集成三维数据模块以开发实时仿真应用软件，它为　视景仿真应用程序的开发提供高效性、优化性和可　定制性。　２．３执行效率比较　Ｖｅｇａ基于进程工作，每个进程都要开销内存　单元，将内存空间作为进程的资源；而Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ　基于线程工作，线程划分的基本执行单位比进程　小，线程之间共享内存单元，通过共享内存空间交　换信息。所以，Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的执行效率比Ｖｅｇａ　高　。　３　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的特性　（１）ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ文件格式　ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ文件格式符合ＸＭＬ的形式化的数　据库描述规范，它不仅可描述ＯｐｅｎＦｌｉｇｈｔ文件，还　可描述所有类型的数据，如单个复杂数据库的数据　集的组织、结构、文件命名和坐标系统等。Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ支持ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ文件格式，使得运行数据库　能与简单或复杂的场景数据库相关连。　（２）虚拟纹理　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ中使用虚拟纹理，它将大块纹理分　割成对称的小块，是一种先进的纹理管理方式，它　法提供用户使用。这种灵活的定制能力，使用户能　根据应用的需要处理三维程序。　（５）兼容性　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ与ｃ＋＋ＳＴＬ兼容，支持编码时采用　模板类及模板函数，提高编程效率；Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ还　支持双精度浮点数，在模拟场景中可精确地放置与　表示物体和地形；同时它还支持ＯｐｅｎＧＬ　１．２和　Ｄｉｒｅｃｔ３Ｄ　８，所以Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ有更好的适用性。　４　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的渲染特点　４．１大规模地形渲染　由于ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ除了描述ＯｐｅｎＦｌｉｇｈｔ文件之　外，还能描述所有类型的数据，所以ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ极　大地扩展了ＯｐｅｎＦｌｉｇｈｔ的应用范围。ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ本　身虽不包含数据库，但在虚拟场景模拟过程中，它　能与简单或复杂的场景数据库相关连，生成运行系　统所需要的数据。　很多大规模的地形数据都以基于ＸＭＬ的　ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ文件格式描述，利用Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ对　ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ的支持可以方便地渲染大规模地形数　据，而这些是Ｖｅｇａ所不支持的。图１所示为Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ渲染的基于ＸＭＬ的ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ文件格式大　规模地形。　图１　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ渲染的ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ格式大规模地形　４．２　ｓｋｙｌｉｇｈｔ渲染　与Ｖｅｇａ相比较，Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在渲染方面的功　能显得更加强大。它采用插件模式加入更多的软　件工具，不仅可实现更为真实的三维视觉环境的模　拟，还减少了用户对源代码的编写，有利于简单迅　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３６卷（２００８）第１期　汁算机与数字工程　ｌ】７　速地创建、编辑、运行复杂的实时■维仿真软件。　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ引用最新的渲染工具ｓｋｙｌｉｇｈｔ。　Ｓｋｙｌｉｇｈｔ主要是针对光、影效果的渲染以及对象质　感的表现，突出物体的光影效果以及有色物体之间　的色差，给用户带来视觉的立体感，增强了其渲染　的效果和真实度。　图２为Ｖｅｇａ渲染的效果，图３为Ｖｅｇａ　ＰｒｉＩｌｌｅ　渲染的效果。由图可见，Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ引用了ｓｋｙ—　ｌｉｇｈｔ插件后，图像经过渲染后体现出了光、影的立　体效果。　图２￣ｅｇａ的渲染效果图３　５　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ渲染实例　本文以某盆地为背景，利用Ｖｅｇａ　ＰｒｉＩｌｌｅ对　ＭｅｔａＦｌｉｇｈｔ文件格式的大地形场景作实时渲染。　１）在虚拟现实专用建模软件Ｍｕｈｉｇｅｎ—ｃｒｅａｔｏｒ　环境下，新建Ｔｅｒｒａｉｎ工程，导入ＤＥＤ格式的地形　文什。　一一　２）在新建Ｔｅｒｒａｉｎ工程里的Ｔｒｉａｎｇｌｅ选项卡中　选择生成地形的算法Ｐｏｌｙｍｅｓｈ，设置Ｐｏｓｔ采样率和　ｚ的放大系数，输出ｎｔ格式地形文件。　３）鉴于地形范围太大，在Ｂａｔｃｈ选项卡中勾选　“Ｅｎａｂｌｅ　Ａｒｅａ　Ｂｌｏｃｋ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，采取批处理的方　式来分块处理地形。设置每块地形的尺寸和导出　后ｎｔ的命名，Ｇａｍｉｎｇ　Ａｒｅａ将分块画出所设置的每　块地形，导出地形［５］。图４为导出的一块地形。　４）打开导　的地形，弹出纹理面板，读人以　ＲＧＢ格式保存的纹理，用Ｃｒｅａｔｏｒ巾“ｊ点贴纹理”　的方式粘贴纹理。依次以同样的方法导人其它块　地形并粘贴纹理。　５）打开第一块地形，通过外部引用的方法导　进其它块地形，将分块处理的地形拼接成完整的大　规模地形。　６）利用Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ导人地形模型并进行渲　染。在ｍｙＥｎｖ里将仿真环境设为２４小时，以展现　昼夜交替的效果。　７）在ｍｙＥｎｖ里新建ｍｙＥｎｖｃｌｏｕｄＬａｙｅｒ类，导入　云层纹理，渲染云彩效果。若需添加云层，可新建　ｍｙＥｎｖｃｌ０ｕｄｖｏｌｕｍｅ类，输入新建云层的位置。　图５为Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ对大地形处理和对环境云　层进行渲染的效果图。实际仿真运行时，系统能够　根据盆地中昼夜的更替，云量的运动，云朵颜色的　变化，朝霞的出现，农舍光线的变化等，展现出逼真　的立体渲染效果。　图４导出的一块地形图５　Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ的渲染效果图　６　结束语　本文对视景仿真软件Ｖｅｇａ与Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在场　景图管理系统、结构和运行效率等方面进行了比　较，分析了Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在适应性，高效性和可扩展　性上的优势，并通过一个实例展现了Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ在　对大场景进行处理和对场景环境渲染时的效果。　实验结果表明，Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ无论是在视景仿真软件　的开发手段还是在应用软件的运行速度和场景逼　真程度上，都具有比Ｖｅｇａ更为令人满意的效果。　参考文献　［１］王乘，周均清，李利军等．Ｖｅｇａ实时三维视景仿真　技术［Ｍ］．武汉：华中科技大学出版社，２００５　ｌ　２］ＭｕｌｔｉＧｅｎ—Ｐａｒａｄｉｇｍ　Ｉｎｃ．Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｔｉｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ’ｓ　Ｇｕｉｄｅ　Ｖｅｒｓｉｏｎ　１．２　Ｚ］．ＵＳＡ：ＭｕｈｉＧｅｎ—Ｐａｒａｄｉｇｍ　Ｉｎｅ，Ａ．　ｐｒｉｌ　２００３　［３］郭玲，周献中．关于改善可视化仿真系统实时性的　途径［Ｊ］．火力与指挥控制，２００４，２９（２）：８７～８９　［４］乔勇军，谢晓方，高青伟等．ＭｕｈｉＧｅｎ视景仿真中　大地形与航迹生成方法研究［Ｊ］．航空计算技术，２００５，３５　ｆ２１：５４～５６　［５］古伊，高井祥，孙九运．基于Ｃｒｅａｔｏｒ　Ｐｒｏ／Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ　的三维地形仿真技术［Ｊ］．矿山测量，２００５，（１）：２７—２９