时间：2022-11-09 04:39:38
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维仿真论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词三维建模技术；结构优化；模型优化；层次模型
中图分类号TP301文献标识码A文章编号1000-2537（2014）02-0090-05
为了在计算机的虚拟环境中生动形象地模拟自然环境之中人的视觉、听觉、嗅觉以及运动等行为，虚拟现实技术应运而生[1].经过近几年的发展，该项技术已成为计算机领域的一个新型研究方向，获得国内外学者以及企业的广泛关注并引起浓厚的研究兴趣[2-3].在虚拟现实技术中，三维建模是该技术的一个关键步骤和核心技术，也是实现虚拟现实系统的基础[4].由于虚拟现实系统需要较高的实时性，而三维建模的优劣直接影响整个这类系统的实时性[5]，这使得三维建模成为了此项技术的研究热点，而三维建模流程的优化又成为了重中之重.
目前，关于三维建模流程的优化研究主要集中在模型阶段，其中部分研究取得了较好的实际应用效果[6-7].然而，如果在三维建模之前各模型分块不合理的话，就会导致建模过程耗时较大，从而大大降低系统的实时性.针对这种情况，论文基于过程的思想，从结构优化、模型优化两方面对整个三维建模流程进行优化.同时，论文还提出了一个新型层次模型简化算法以进一步缩减三维建模流程中模型间优化的时间间隔.
6结束语
论文对三维建模进行研究，基于过程优化思想，提出了一个新的三维建模流程优化方法.同时，针对其中的模型简化也进行了研究，提出了一个层次性模型简化算法.通过模拟联合站系统实验表明，所提三维建模流程优化方法在建模总体效果和实时性两个方面，都具有一定的优越性.
参考文献：
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【关键词】水下机器人；视景仿真；运动模型；OGRE0.引言
发展海洋是新时代的必然趋势，水下机器人对海洋开发、海洋调查测绘及相当多水下作业都有举足轻重的作用。水下机器人系统的研究和开发中，仿真技术可以缩短其研制周期、提高研发质量和减少经费，避免因系统故障时导致其丢失的严重后果。三维视景仿真技术广泛应用于军事、航海、航空航天、游戏及医疗等领域，是集图形学、图像处理、模式识别、网络等计算机技术高度发展的一门综合性技术。
3Dmax与OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年来得到迅速发展的嵌入Windows三维模型仿真技术。它性能卓越，API具有良好的可移植性。本文通过3Dmax建模和OGRE 3D引擎作为仿真平台，及Qt设计窗口，在Visual Studio2008环境下完成仿真。
首先配置好VS2008和OGRE开发环境，主要是一些插件和动态链接库，定义OGRE将要使用的资源，选择并设置渲染系统。通过初始化使用一些资源，并用这些建立一个场景，启动渲染循环。
1.仿真的一般流程
通常我们先用软件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等画出一维、二维及三维的仿真图形库。一些特殊的如仿生鱼水下机器人建立时图形仿真时用到了自由变形计轴变形及其他样条曲线理论的支持完成。到最后显示的视景仿真一般都是通过Vega或者OpenGL再通过Visual studio编译执行写好的虚拟现实代码等来实现仿真，而且3D仿真大都需要进行碰撞检测。为了设计窗口的方便可能运用MFC或其它工具来设计人机交互窗口，最终形成一个完整的仿真系统。
2.模型的建立
通过3Dmax所得到的水下机器人三维模型。
根据国际水池会议推荐，建立固定坐标系（惯性坐标系）和运动坐标系（附体坐标系）上图的水下机器人也将按此坐标系[1]。
由于完整的六自由度运动方程具有极强的非线性和耦合性，所以需要我们进行解耦进而进行求解。对于方程的简化与求解大多数专家并没有给出，不过我们通常根据不同的水下机器人的形状等特点来适当减少式中的未知量及个数，一般将各方向的运动都简化为平面运动。简化得到的方程式不但有的时候能让我们更容易的得到未知量来实现仿真，而且对于水动力系数等得求解也简单的多。三自由度、五自由度及六自由度的操纵性方程是最常见的，有的为了方便甚至直接简化为一维的线性方程，再通过一些其他的算法来趋紧真实的结果。
水动力模型相对复杂，最简单就是力、力矩对速度、加速度、舵角等的一阶偏导数即线性流体水动力导数。这里就不诸一列举各项研究所用的水动力方程，水动力系数的选取与获得现在一般是通过经验公式、拖曳实验及CFD技术。其中拖曳实验应该是最准确的，但是它也受到实验环境及未知因素的影响。CFD技术已经被张赫等人验证了其具有一定的准确性[2]。
其中附加质量及附加质量所形成的力及力矩经常被放到质量矩阵里面。张赫也提过用面缘法来对惯性水动力系数进行估算。张晓频采用现有的比较成熟的商业流体力学软件FLUENT模拟潜水器的粘性绕流流场，模拟阻力试验、斜航试验和平面运动机构（PMM）试验，求解操纵性水动力系数。建立多功能潜水器六自由度运动的数学模型，编写仿真程序，预报其操纵性能[3]。
带有均衡潜伏系统的数学模型的建立，推进器的推力模型，舵的水动力系数模型及升降系数模型，海流模型、海浪模型及带缆的数学模型等。这些模型有的时候对仿真系统的仿真结果影响不大，有的时候却是起到主要影响作用，因此我们要视情况而定以达到仿真的最佳效果。梁宵构建了舵、翼、桨联合操纵的微小型水下机器人运动仿真系统，讨论PDCE运动控制系统结构及主要组成部分并通过外场试验来验证其可行性及可靠性[4]。
3.视景仿真的应用
不论我们研究什么理论到最后都要进行试验的验证，仿真就是为了使得试验更简单，更直观，风方便，甚至可以做到一些现实中无法做到的假设试验。
张赫过定常流动和非定常流动这两种情况进行不同试验形式的模拟计算，在得到模拟结果的同时，给出相应循环水槽试验结果，最后做出对比结果的分析。其中定常运动包括模拟直航试验和模拟斜航试验，非定常试验包括模拟平面运动机构进行的五种操纵性试验。最后在结论分析中对上述三种数值计算方法进行了总体的比较和分析，并由试验结果给出了用于建立潜水器空间运动方程的各个系数。为了我们的研究需要，可以发挥我们自己的想象合理的去做仿真试验，会得到意想不到的好处与突破创新。
4.结论
建立了动力学模型，研究了对象的水动力性能，得到运动方程所需的水动力、重力、浮力、推进器作用力等，并在此基础上建立了以推进器为主要操纵方式的运动仿真系统，对水下机器人的运动完成视景仿真，得到视景仿真的效果图。我们不但可以做不同的试验来获得水下机器人的操纵性能、适航性及受力变化情况，还可以此来对其进行结构上分析与设计。之后我们还可以将水下机器人的高度智能化进行视景仿真来验证与设计。还可以对某些重要的系数进行参数识别的仿真实验，还要继续加强视景仿真的真实性，来适应需求更高的仿真。 [科]
【参考文献】
[1]贾欣乐，杨延生.船舶运动数学模型.大连海事大学出版社，1999.
[2]张晓频.多功能潜水其操纵性能与运动仿真研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文，2008.
关键词：射线跟踪，规划仿真，传播模型
一、概述各移动运营商及移动通信相关技术咨询单位在进行规划方案验证时，传统的方法是通过规划仿真软件使用宏蜂窝传播模型及20米精度三维电子地图对规划方案进行仿真验证；然而，宏蜂窝传播模型的应用范围和自身局限性限制了规划方案仿真验证的精度：首先，宏蜂窝传播模型的应用范围一般在500米以上，而CBD区域基站的覆盖半径一般在500米以下。其次，宏蜂窝传播模型只能从宏观上反映方案覆盖效果，无法根据建筑物的高度从微观上反映局部的覆盖情况。因此，需要采用更合适的传播模型配合高精度的三维电子地图对CBD区域的规划方案进行仿真验证，以确保该重点区域无线网络建成后的网络性能。
目前射线跟踪模型作为一种高精度的规划仿真传播模型在大中型城市覆盖重点区域的规划方案仿真验证中得到广泛应用。本文首先对射线跟踪模型的原理进行探讨，然后以WaveCall公司的WaveSight模型为例说明射线跟踪模型的应用方法。其结果有助于应用射线跟踪模型对规划方案进行精确验证，对规划工作有积极的参考和指导作用。
二、射线跟踪模型简介2.1 微蜂窝传播模型介绍 当前传播模型根据应用范围可分为宏蜂窝传播模型和微蜂窝传播模型，宏蜂窝传播模型应用范围为1km至几十km；而微蜂窝传播模型应用范围仅为几百米，一般只适用于基站附近区域。免费论文。由于CBD区域基站的覆盖一般在500米以内，因此应用微蜂窝传播模型对该区域规划方案的效果进行仿真验证更为合适。
微蜂窝传播模型根据模型建立方法，可分为经验模型，确定性模型以及混合模型；
l经验模型
经验模型是在大量测量的基础上产生的，该模型与室外传统宏蜂窝传播模型类似，不考虑理论计算，对基站附近测量大量数据后统计归纳出经验模型。
l确定性模型
确定性模型是依据电波传播理论计算出接收点与发射点之间的传播损耗。射线跟踪模型是一种典型的确定性模型，确定性模型不考虑测量，仅在确定计算公式中的个别参数时需要测量验证。
l混合模型
混合模型结合了经验模型和确定性模型，一方面混合模型以电波传播理论为依据得出电波的传播模型，同时需要对基站附近测量大量数据以统计确定传播模型中的参数值。
2.2 射线跟踪模型介绍 射线跟踪模型是一种确定性模型，其基本原理为标准衍射理论（Uniform Theory ofDiffraction，简称UTD）。根据标准衍射理论，高频率的电磁波远场传播特性可简化为射线（Ray）模型。因此射线跟踪模型实际上是采用光学方法，考虑电波的反射、衍射和散射，结合高精度的三维电子地图（包括建筑物矢量及建筑物高度），对传播损耗进行准确预测。
由于在电波传播过程中影响的因素过多，在实际计算预测中无法把所有的影响因素都考虑进去，因此需要简化传播因素；射线跟踪算法把建筑物的反射简化为光滑平面反射、建筑物边缘散射以及建筑物边缘衍射。
根据考虑路径的种类不同，射线跟踪模型可分为三种：
l2D射线跟踪模型
只考虑水平切面的传播路径，即第一类路径。
l3D射线跟踪模型
只考虑水平切面以及垂直切面的传播路径，即第一类及第三类路径。
l全3D射线跟踪模型
考虑所有传播路径，即考虑所有第一、二、三类路径。
三、射线跟踪模型基本原理射线跟踪模型的基本原理是简化传播因素，采用光学方法定位传播路径并计算各接收点与发射点之间的路径损耗；因此，射线跟踪模型的关键在于如何定位接收点与发射点之间的传播路径并计算路径损耗。免费论文。
3.1 水平切面的传播损耗从发射源在接收点之间可能存在很多传播路径，但是一般只有一到两条强度最强，在传播中起主导作用的主导传播路径。路径损耗计算时只需计算主导传播路径的损耗即可。免费论文。
3.2 垂直切面的传播损耗 相对于水平切面的传播损耗，垂直切面的传播损耗计算要简单一些，计算垂直切面的传播损耗时，需要首先确定发射源与接收点之间的垂直传播路径，然后计算其中各个刀锋衍射损耗，其路径损耗为各刀锋衍射损耗之和。
3.3 射线跟踪模型简要结论 根据射线跟踪模型的理论以及相关资料，可以得到射线跟踪模型的简要结论如下：
1.对近距离的场强预测， 水平切面算法（2D射线跟踪算法）起主导作用。
2.全3D方向算法中全3D路径（即第三类路径）对远距离的场强预测准确性影响很大。
3.在整齐规划的建筑群中，对远距离的场强预测，垂直切面算法可取代全3D方向算法。
四、射线跟踪模型的应用 本节主要以WaveCall公司的WaveSight射线跟踪模型为例，对射线跟踪模型的应用进行说明。
WaveCall公司的WaveSight射线跟踪模型作为AIRCOM公司的规划软件Enterprise的插件，可用于高精度的规划方案仿真验证。该模型基于标准衍射理论及射线跟踪算法，综合考虑电波传播范围内建筑物的轮廓、高度、地形剖面图，对电波的传播特性进行准确预测。
WaveSight模型是一种3D射线跟踪模型，该模型包括两种类型路径：水平切面路径以及垂直切面路径。
对比传统射线跟踪模型，WaveSight 具有优点十分明显：首先，WaveSight射线跟踪模型采用了不同于传统射线跟踪模型的算法，空前地提高了计算效率：该模型完成一个基站的覆盖预测所需时间仅是传统射线跟踪模型所需时间的1/3左右，不仅保证了覆盖预测的精度，同时还保证了覆盖预测的速度。此外，WaveSight 模型使用简单，该模型不需要使用测试数据对其进行调校，仅需要输入两个参数：使用频率及接收端高度。
WaveSight 射线跟踪模型的缺点是：仅适用于市区环境，对电子地图精度要求较高，不仅要求地图精度必须达到5m 以上，而且要求提供建筑物矢量信息以及高度信息。
五、结论及后续工作 本文首先对射线跟踪模型的原理进行探讨，然后给出射线跟踪模型的简要结论，最后以WaveCall公司的WaveSight模型为例说明射线跟踪模型的应用方法。其结果有助于应用射线跟踪模型对规划方案进行精确验证，对规划工作有积极的参考和指导作用。
今后研究工作可以再上述研究基础上进一步展开，对全3D射线跟踪算法进行进一步的探讨，同时也可以对其它射线跟踪模型如WinProp模型等进行研究，
进一步研究射线跟踪传播模型算法，更精确地城市CBD区域进行预测，指导网络的规划及优化工作。
【参考文献】
1．WaveCall公司；《WaveCallPropagationWhitePaper》；2001
2．WaveCall公司；《WavecallCaseStudy》；2001
论文关键词：虚拟现实,分层装配,运动仿真,Quest3D
虚拟装配作为虚拟制造技术[1-3]的重要组成部分，近年来得到了学术界和工业界的广泛关注，并对敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式的实施具有深远影响。利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题。而通过虚拟运动仿真，可模拟产品运动状态下运动设计精度的准确度。通过反馈信息可对模型进行修改，并通过可视化显示装配运动过程。运用该技术不但有利于并行工程的开展，而且还可以大大缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品在市场中的竞争力。虚拟装配改善传统以经验为主、装配滞后于加工设计的弊端。本文提出基于Quest3D的虚拟装配及运动仿真的实现方法，依据零件的装配分层关系实现序列拆装，并给出虚拟装配系统的设计方法和案例。
1 分层序列装配模型
由于机械产品结构复杂，每个零部件之间都有严格的装配关系[4-5]，无论是拆还是装都需要按照设计的装配结构来进行。本文采用层次化序列装配模型，即将产品的整体结构按照其真实的装配标准按层次划分或分解为不同级别的能够进行独立装配的装配单元，形成并行装配序列。通常产品的装配单元可分为：零件、合件、组件、部件、机器五个等级的装配体，装配时，按照上述等级依次分解，上一级包含下一级子装配体，下一级子装配体又包含更下一级子装配体直至最终不可分解的零件，其中每一级装配体按照其装配次序形成序列。层次化模型的优点在于更清晰表达产品中零部件之间的层次关系，并可以用子装配体表达一组功能上或物理结构上相关的零件集，可减少装配分析的复杂性，简化问题的求解过程。图1 为分层序列装配示意。
几点说明：
（1）在装配模型设计中，每一层装配体都会存在基准件，按照装配工艺要求将基准件设为该层序列的第一个装配体，以保证满足装配标准和装配精度；
（2）装配单元的划分依据具体机械产品的装配要求，如果在某层子装配体中如（部件层）出现单一零件时，该类零件则视为部件级零件，可以直接在相应层中进行装配顺序排序。
2 基于Quest3D的虚拟装配系统设计
2.1 系统总体架构
本文的虚拟装配系统分为两个区，即场景区和功能区。场景区包括摄像机控制、3D模型导入和显示、环境设置。其中，摄像机控制是根据用户需求实现对模型及场景的浏览漫游功能如移动、旋转和缩放等；3D模型导入和显示则是基于原始模型实现数据转化和表示，每个零件都具有位置、材料及贴图信息属性；环境设置包括场景布置、灯光设置以及UI设计。功能区由五个功能模块组成，分别为：整体拆装模块、序列拆装模块；手工模拟拆装模块及运动仿真模块。如图2所示。
2.2 模型导入转化及场景设置
通过UG NX三维建模，生成原始数据模型，应用Deep Exploration软件将prt文件模型进行文件格式转换为dae文件，中学英语论文然后导入到Quest3D中。Quest3D可对导入所有数字内容的进行设置和编制。由于机械产品结构复杂，所包含零件繁多，Dae初始模型是分成若干个可装配的零部件，需要通过程序定义其在场景中的世界坐标及彼此位置关系，用3D render场景模块把它们组合在一起并显示。
为了能更好控制每个零部件装配运动状态，在Quest3D中可添加Motion模块作为每个可装配零部件的运动属性[6]，如图3所示。为保证零件装配运动速度可调节性，Quest3D 提供阻尼模块参数Damping value，将其与运动方向建立联系。在拆或装时候，阻尼参数发挥作用，Damping 值增加时，阻尼增大，零件装配运动减慢，反之亦然。
场景设置主要包括光照、摄影机设置、贴图、材料、纹理等效果制作。光照采用平行光源和点光源从摄像机的投射方向给予模型物体较好的立体视觉效果，增强用户的沉浸感和系统的交互性。摄影机是用于确定观察者位置和投射方向以及与物体相对空间视窗的对应关系。系统采用物体注视摄像机（Object Inspection Camera）作为场景的交互窗口，通过调节摄像机的Position Vector，Camera Matrix和Camera Target模块参数，设定摄像机的位置、缩放的范围等，用户即可利用三维鼠标就可以对三维场景中所有物体进行浏览操作。图4为三维模型导入效果图中，（a）为一个二级减速器，（b）为车床主轴箱。
2.3 装配及运动设计
Quest3D中的三维模型中各个装配体依据装配单元建立层级链表，即确定拆装过程的序列。每个装配体都具有Motion模块属性，包括postion Vector（位置）、Rotation Vector（旋转）和Size Vector（缩放），拆装的原理是根据装配序列依次对装配体的各个矩阵中参数的进行改变设置，从而实现装配体的平移运动和旋转运动，以达到零部件装配效果。
虚拟装配过程分为整体拆装、顺序拆装及模拟手动拆装方式。整体拆装是对整个模型一次性实现拆分和装配过程，体现“爆炸”效果；顺序拆装是按照装配单元依次进行拆装；模拟手动拆装则是通过建立工具箱模块，用户可从工具箱中选择合适工具模拟真实拆装过程。无论以何种方式进行装配，拆装模块作为独立模块可进行重复调用，表1为拆装模块中相关设置参数表示。
系统的UI模块是用户实现装配操作的交互窗口，不同类型的机械产品可根据其复杂程度和操作方便性、人性化原则进行设计。本系统可用三维鼠标实现场景模型的移动、旋转和缩放，同时设置菜单、按钮、复选框等控件进行装配过程的选择、设置和操作。图5是减速器（a）和车床主轴箱（b）虚拟拆装图示，图6为CA6140车床的18级变速虚拟传动示意图。
3 结论
本文提出了分层装配思想应用Quest3D 引擎开发的虚拟装配和运动仿真系统可用于不同类型的机械产品模型，通过建立虚拟场景、UI功能模型有效达到了用户对于产品的交互操作，其虚拟装配过程和运动仿真对于企业设计制造及高校实践教学提供了较好的虚拟现实平台。
【参考文献】
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论文关键词：内燃机LPG，点火方式，燃烧特性
0 引言*
人类对于自身的生存环境及空间的保护意识日益强烈,内燃机的主要发展方向已着眼于燃油消耗、排放、噪声等环保指标，为此清洁代用燃料被广泛使用。目前比较成熟的代用燃料主要为液化石油气(LPG)及压缩天然气(CNG)，其中LPG成本低、物化特性接近于汽油，甚至在抗爆性及单位体积热值方面优于汽油，是一种优秀的替代燃料[1～3]。
但是由于LPG燃烧速度较慢，燃烧持续时间较长，引起了热效率低、气耗高、排放差、排温高、爆震边界窄等严重影响发动机性能的问题[4,5]（采用稀燃技术后，这些问题更加突出）。为解决这些问题，本文利用AVL-FIRE三维仿真软件计算分析了不同点火方式对发动机燃烧特性的影响，通过仿真结果及实验验证杂志铺，得出能改善缸内燃烧、提高发动机性能的点火方式。
1 实验样机及台架介绍
本研究的实验样机以四缸柴油机为原型，进行了针对LPG燃料的改装。发动机采用了增压稀燃技术及电控闭环预混合技术并根据研究需要采用了多模式点火驱动技术。具体参数由下表1给出：
表1 实验样机参数
Tab. 1 The parameter of the experimental prototype(EP)
项目
规格
说明
缸数
4
缸径×冲程
108×115
单位mm
排量
4.214
单位L
额定功率/转速
103KW/2800 r·min-1
115KW/2800 r·min-1
单点火模式
双点火模式
最大扭矩/转速
420 N·m/1400-1800 r·min-1
430 N·m/1400-1800 r·min-1
单点火模式
双点火模式
1000rpm扭矩
320 N·m
吸气方式
增压中冷
空—空中冷
燃气系统
TBD
噪声
<94 dB
1m声压级
发动机重量
<380Kg
电控系统
关键词：MAXSript；勾线效果；晕染效果；合成效果；彩墨效果
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 21-0000-03
近几年是中国不平凡的几年，“中国热”现象持续升温，中国特色动画形式——水墨动画经历辉煌、沉寂之后，以三维技术的形式再次吸引了大家的眼球。
传统水墨动画曾因难度大、耗时耗力而难以为继，三维水墨技术将水墨动画的难度一再降低，但水墨动画并没有普及，而水墨效果的模拟已经成为制约水墨三维动画发展的拦路虎。
水墨风格效果仿真的处理方式主要为两类：一类是基于物理原理的模拟，另一类是基于图像特征提取的模拟，以及再现。第1类方法的特点是绘制，以原画绘制为主体，水墨效果以位图为材质基本元素，效果好，但缺点是非常耗时。第2类方法的特点是更加快速，但绘制效果不如前者逼真，且开发技术难度大。
从制作动画的角度考虑：使用第1类方法需要大量原画人员，且只能进行离线渲染；使用第2类方法渲染速度快，适合应用于网络游戏及动画领域。
如何更好的拥有渲染速度快及技术难度低一点的水墨效果设计方法，是一个值得研究的问题。
1 MAXScript脚本开发技术
3ds Max作为国内用户最多的三维动画设计软件，大受用户欢迎，然而其三维脚本插件技术却鲜为人知。近几年各高校动漫专业遍地开花，动漫学习者人数每年逐次增加，而知道或者听说过MAXScript的却寥寥无几。对于熟悉3ds Max的人来说，脚本绝对可以带给大家全新的理念。
1.1 艺术设计群体脚本开发技术分析
一部动画片是否“好”，不在于其所使用的是什么技术，技术故事画面和情节能否打动人才最关键。真正好的动画片，靠的是故事本身的感染力和情感诉求与观众产生共鸣。作为其表达情感的一种方式，如何更好地利用现有技术来为展现画面感染力服务，是设计者最关注的。动画艺术设计者可以没有很好的“高深”技术编程能力，但一定需要具备发现美、展现美的能力。因此，艺术设计者往往会将更多的精力用于后者的培养，应用编程技术来开发作品的能力则一般较低。
而三维动画或为了达到更真实更具美感的效果，或为了更快速而有效的完成某一特效，需要更多功能强大的应用软件或插件来实现。
然而CG设计行业的现状是，插件设计者与一线的艺术作品设计者交集较少。尤其国内，插件开发者一般从事图形学和三维重建等的研究，而作品设计者一般是艺术设计专业人才[1]。如何将艺术创作和需求的插件设计结合起来，使基于插件开发的群体更好地把握所需特效的精髓，是需要解决的一大问题。
1.2 MAXScript脚本特征分析
MAXScript脚本语言最大的优势——易学易用。MAXScript非常适合没有编程基础的大众用户特别是艺术设计类用户学习。因为它的语法格式和规则非常少。MAXScript脚本语言除了能把脚本做成工具栏的按钮以外，还可以通过命令行窗口将用户在3ds max用户界面中的操作转化为MAXScript脚本。
脚本语言必须具备的特点——功能强大。MAXScript语言具备一般程序语言的普遍特点，而且几乎可以实现所有3ds max界面下的交互操作。MAXScript完全基于OpenGL以及VC核心制作，功能强大。如果能好好利用MAXScript，完全可以在3ds max里实现许多MAYA等工具的优势功能。
与国内应用最广的三维动画软件3ds max——融合最好。MAXScript是3ds max内置脚本语言，是3ds max软件最好的表达式和插件编写工具。MAXscript很好地融入到了3ds max用户界面中，可以将脚本集成为程序面板、卷展栏、浮动窗口或者工具栏中的一个按钮，也可以用来扩展或替代对象、修改器、材质、贴图、渲染效果和大气效果的默认设置界面。
1.3 MAXScript脚本开发技术应用
3ds max中的插件又称作外挂滤镜（Plug_in），3ds max允许用户对软件功能进行重新卡发，对软件功能进行扩展和完善。因此，3ds max中已有的外挂滤镜，大部分可以重新被扩展，或重新定义——在MAXScript脚本语言中这种能力被称为“规划移植”[2]。
MAXScript并不能对所有的插件进行新对象的扩展，部分插件类型限制只能对已有的插件进行功能性扩展，如本插件中需要用到的贴图插件。还有个别插件类型暂时还被限制扩展。在编写MAXScript插件时必须指定对应的插件类型，才能调用该插件类型的相关属性。
MAXScript脚本文件大致可分为3种类型：程序型脚本（.ms）、插件型脚本（.ms或.dlx）和宏脚本（.mcr）。
根据类型的不同，文件名和所使用的方式也有所不同。3ds max软件本身提供了很多脚本范例，都可以直接使用，有些非常优秀。另外，国外的一些脚本网站也提供了大量的免费或收费脚本。
3ds max脚本扩展名为*.ms，可以使用记事本来编辑脚本另保存为*.ms，3ds max内置有一脚本编辑器，通常使用这种方式来编写脚本。
MAXScript脚本语言因其语法格式和规则非常少，操作相对简单，适合没有编辑基础的用户。国外有不少免费学习网站，同时还有不少优秀的免费插件开源，对于学习MAXScript脚本语言有较大的帮助。
2 基于MAXScript的水墨效果仿真
水墨笔触的特点遵循了中国特色艺术特点，所谓“大音希声，大象无形”，描述的是一种和自然融为一体的境界[3]。水墨笔触就是一种墨水与宣纸融为一体，墨的浓淡、宣纸不同位置对墨水的吸收自然呈现，仿佛自然存在于宣纸上，没有刻画痕迹的特殊笔触，对水墨笔触的模拟难度是可想而知的。
ChineseMaterials水墨材质插件是对水墨晕染[4]与勾线效果[3]的仿真设计。通过MAXScript脚本语言对3ds Max的标准材质插件进行扩展，得到本插件。插件功能模块如图1。插件功能结构表如表2。
由于两部分功能是独立存在的，所以，对造型的笔触描述可以根据实际场景进行部分效果的模拟，如有些造型不需要勾线效果，只注重内部墨水的自然晕开，就可以只应用“晕染效果”功能直接设计对应材质。
3 仿真效果算法设计
ChinesePainter插件主要实现了对水墨笔触的模拟，通过材质实现模块的“勾线效果”、“晕染效果”、“合成效果”、“彩墨效果”四个子模块，实现了对水墨效果和彩墨效果的模拟。
3.1 “晕染效果”效果仿真
水墨材质插件ChinesePainter 的“晕染效果”模块是本插件的核心部分。主要用来调制水墨材质的内部墨水晕开的效果。具体设计算法如下：
Step1 设置材质的不透明度贴图为衰减贴图。通过设置衰减贴图的颜色、类型、衰减方向并调整混合曲线，得到衰减效果。
Step2 设置衰减贴图1为渐变坡度贴图。通过指定渐变坡度贴图参数的标志1、2、3及渐变类型、噪波相关参数，得到渐变效果。
3.2 “勾线效果”效果仿真
“勾线效果”模块主要用来模拟外部轮廓线。水墨动画中也有不描绘外部轮廓的造型，所以“勾线效果”模块为可选项。
本程序段的编写具体对材质进行的设置与“晕染效果”类似，不同之处在于参数值的变化。
3.3 “合成效果”效果仿真
“合成效果”部分主要实现“勾线效果”和“晕染效果”两种效果的混合效果，用户需要先设置“勾线效果”和“晕染效果”两种材质，通过“合成效果”按钮指定合成材质的基础材质为“勾线效果”材质，再指定材质1为“晕染效果”材质，即可实现两者的合成效果。
当然，在不同的用户需求下，合成效果的使用情况会有所不同，对于不同动画造型，可能出现部分使用合成效果，部分只取勾线效果或晕染效果一种效果的情况。因此，合成功能当根据实际情况使用。
3.4 “彩墨效果”仿真
“彩墨效果”部分主要实现用户对彩色对象的设置需求，如水墨荷花中的荷花等，自然界的许多动植物都可以调制彩墨效果。
Step1设置材质的不透明度贴图为衰减贴图。设置衰减贴图的color1、color2和curve曲线，并指定衰减贴图的map1为渐变坡度贴图，实现衰减效果。
Step2 设置渐变坡度的渐变参数，如：flag1、2、3的位置和颜色，并设置渐变类型和对应噪波参数，实现渐变效果。
4 实验结果
本文使用上述方法，利用MAXScript设计了Chinese painter水墨材质插件，对多个静态造型进行测试，均达到较真实仿真水墨效果。为了验证将其应用于动画、游戏及其他数字娱乐产业的可行性，而进行了实时动画的制作。本文使用3ds max设计了一个简单茶壶模型，对茶壶模型分别进行了三种水墨效果的渲染。并制作了一部水墨效果动画短片，对其中的花朵应用彩墨效果进行了渲染，渲染窗口大小为800*600（pixel），模型水墨效果仿真如图4，其中图4（a）为晕染效果仿真，图4（b）为勾线效果仿真、图4（c）为合成效果仿真，图4（d）为彩墨效果仿真。
5 结束语
水墨动画作为极具中国特色的动画形式，在经过三维技术重构以后，以全新的形式再次吸引世界的眼球，然而三维水墨技术的开发难度大，本文提出一种基于MAXScript脚本的水墨材质设计方法，操作简单易学，并开发对应的设计插件，可以快速自动生成默认的水墨效果，同时提供自定义模块，供广大艺术设计工作者参考使用。
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论文摘要：随着科学技术的进步，计算机技术在动画当中起着不可或缺的作用，它推动了动漫领域的发展，如今，“动漫”已经不仅仅是一种艺术现象，它更是一种影响日常生活的方式。计算机和艺术的完美结合冲击着我们的生活，不久一切不可能都将变成可能。
“动漫”是动画与漫画的合称，是造型艺术的一门分支，以其活泼生动、个性鲜明独特的艺术表现力在各个时期和地区都倍受青睐。近几年来，“动漫”已经从平面媒体和电视媒体扩展到游戏机、网络、玩具等众多的领域，“动漫”已成为全球新兴的重要产业。
一、“动漫”的发展概况
“上世纪中期，日本动漫宗师手冢治虫，最早把电影分镜头语言融入到漫画构图之中，他还把自己的漫画改编成了动画作品，产品大获成功。自此日本动漫界纷纷效仿，形成了一股庞大的“动漫”综合创作浪潮。80年代，这种全新的动、漫画结合的形式传入了中国，深受青少年观众和读者的喜爱，也掀起了一股“动漫”狂潮。
动漫，是将孤立的卡通艺术形象，通过制作将无生命的东西赋予人类的动作和情感。包括策划、设计、生产到传播，再到相关衍生产品的开发，形成一个完整循环的工业产业链。随着计算机技术的提高，逐步实现了动态的二维和三维漫画，极大的丰富了视听语言和创作艺术空间，延伸了观赏、体验等娱乐功能。
从全球来看，动漫产业已经成为一个庞大的产业，其中日本作为动漫产业的第一大国，有着强大的市场占有率，而在美国，网络游戏成为动漫产业的主力军，作为全美最大的娱乐业，其产值业已连续四年超过好莱坞电影业；同样，在韩国无论是数字音乐、网络游戏还是电影、电视或手机游戏，相关产品在东南亚的各个国家风靡一时，特别是在信息娱乐领域，通过宽带、3G技术和休闲娱乐内容相结合，韩国在娱乐产业的发展上实际已经领先于很多信息产业发达的国家。由三维动画、Flash动画、全息动画等崭新的动漫形式形成的动漫文化已经在不同国家与地区形成主流的文化形式。近些年来，仿真技术进步显著，尤其是虚拟现实技术成为计算机和艺术领域的新宠。这些先进的技术必将引领“动漫”进入一个全新的时代。
二、虚拟现实技术
虚拟现实技术是计算机技术与艺术相结合的新兴产物，是一种以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它的交互性、沉浸感特性使它与一般的三维计算机图形截然不同：它利用了多种计算机技术模拟人的感觉器官功能，创建了一种适人化的多维空间，强调的是一种身临其境的感觉，采用的是人与人之间自然的交互方式。它模拟的方式为使用者创造了一个实时反映对象变化与相互作用的三维图形世界，在视、听、触摸等感知行为的逼真体验中，使参与者可以获得直接参与和探索虚拟对象在所处环境中的作用与变化，仿佛置身于一个虚拟的世界中。
虚拟现实系统一般由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，软件分为建模软件和实时仿真软件两大类，常用的建模软件有3DS MAX、MAYA等。虚拟现实技术中任何复杂虚拟环境的创建都需要使用计算机实时三维图形学和三维仿真技术。所以掌握这些技术是实现虚拟现实技术的关键。
虚拟现实技术是多种技术的结合，主要的技术包括以下几种：
动态环境建模技术。动态环境建模技术是核心技术，建立虚拟环境来获取实际三维环境的数据，利用数据建立虚拟环境模型。
实时三维图形生成技术、足够的刷新频率和清晰度，并开发宽视场立体显示技术。由于虚拟物体要有具体三维结构的显示，其中要有视差提供的深度信息，所以图像显示要具有足够大的视场。
传感器技术，尤其是触觉（力觉）、嗅觉等传感器技术。要让用户在虚拟的环境下直接操作虚拟物体，并感受到与在真实环境下一样的感觉，真正达到虚拟现实的效果。
交互技术和系统集成技术。虚拟现实的实质性特征就是交互性，其最终目的就是对时空环境的现实构想。虚拟物体与用户间的交互是三维的用户，是交互作用的主体。用户能感觉到自己在虚拟环境中对物体的控制，交互是多感知的，用户可以使用与现实生活不同的方式与虚拟物体交互。
三、使用虚拟现实技术实现环境艺术设计的漫游动画
应用虚拟现实技术的环境艺术设计不同于传统的设计理念，它实现了可全方位、完全由用户自由控制的逼真的、纯三维的场景。
虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具。它以视觉形式深刻地反映了设计者的思想，虚拟现实可以把这种构思变成看得见的环境。在设计阶段的检查必不可少，多种设计方案进行比较，检查设计有无缺陷，例如，整个城区的布局、整个社区协调与否、单个建筑物的风格、植被的分布情况，还包括室内的装修风格、家具的款式以及摆放位置等。利用相应的虚拟手段可以让设计师和用户在接近真实的环境中，提前体验最终的三维效果。在设计比较时，设计师可以根据季节切换相应的场景，或根据一天中的不同时间，显示明暗程度不同的视觉效果，也可以点击某一建筑，来观看它的建造过程，甚至可以将其与不同阶段的建筑、景观或装饰的预算数据联系在一起。
环境艺术设计的目的是通过对各种空间环境进行创造进一步地为人服务，设计者始终需要把人对环境的要求，包括物质使用和精神两方面，放在设计的首位。
四、结束语
动漫产业是文化和科技相结合的创意产业，是21世纪最有希望的朝阳产业。我国早已有相关的人员在图形技术上进行了努力的学习和钻研。现在己经取得了一定的成绩，但是在一些特殊效果的程序开发方面取得的成绩较少。随着互联网与3G技术的进一步发展，动漫艺术作品的传播渠道和受众面将会越来越广，虽然目前我国的动漫产业影响力不够大，但是相信有着五千年历史积累的丰富文化底蕴的中国，会用本土文化的魅力打开世界动漫的大门，走进世界动漫游戏产业的大舞台。
参考文献：
关键词：探究性；三维虚拟实验
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）02-0055-04
探究性三维虚拟实验设计的理论基础
1.认知主义学习理论
认知主义学习理论把学习看作对信息进行主动选择和理解的过程，认为人的认知过程实际上是一个信息加工过程，知识不是由外界刺激直接给予的，而是外界刺激和认知主体内部心理过程相互作用的结果。采用三维虚拟实验进行教学，认知对象从传统的与现实世界打交道，变成与虚拟世界进行交互，从而产生了一种新的认知方式。因此设计三维虚拟实验时，必须从学生的认知心理出发，注重学生的具体经验和对情境的了解，使学习者新旧知识之间的同化能顺利完成，最终促进自己的认知发展。
2.情境学习理论
情境学习理论认为，特定的知识应该在特定的情境中去学习，学习是一个社会性过程，知识在这个过程中由学习者与周围环境相互作用共同构建。情境学习理论强调学习者应经历社会真实情境，通过实际活动使其在真实情境中学习知识、技能和策略，对知识做合理的解释并能灵活运用知识。因此，设计三维虚拟实验时，必须创设实验过程所需要的各种情境，为学生主动探究提供环境支撑。
3.建构主义学习理论
建构主义认为，学习是建构内在心理表征的过程，学习者以已有的经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解，学习者知识的获得是个体与外部环境交互的结果。因此，设计三维虚拟实验时，必须提供灵活的交互方式，同时为学习者提供丰富的资源和工具，方便学生进行科学的探究活动，有效建构自己的知识。
中学物理探究性三维虚拟实验设计
1.设计原则
直观性：三维虚拟实验设计要为学习者提供逼真的实验环境，增加学生者亲身体验的经历。由于操作步骤复杂、观测过程漫长、实验仪器昂贵等原因而无法完成的实验要逼真模拟，实验现象抽象和微观的就要突破时空限制转变为直观呈现，实验过程不能及时控制的要设计关键现象模拟情境，使学习者在虚拟环境下，便于观察物理现象，更好地理解和掌握实验原理。
交互性：三维虚拟实验设计要为学习者提供更多交互的环节和实时的反馈，方便学习者选择实验设备、操作实验仪器、设置实验条件、改变实验参数。使学习者在虚拟环境下，按照自己的学习特征、学习进度和学习方式进行主动探究。
开放性：三维虚拟实验设计要为学习者提供可以自主设计实验的学习资源和工具，使学习者能够按照自己的兴趣自由地设计实验方案、演示实验效果，并提供及时的反馈。
趣味性：三维虚拟实验设计要为学习者提供能够激发好奇心和求知欲的实验过程和现象，能够吸引学生的注意力，给学习者悦趣的体验，激发其学习物理的兴趣。
2.设计过程
（1）实验类型和主题的设计
按照实验内容分为：声音类、光学类、电路类、电磁类、理学类、能量类。本研究从众多实验中选择了部分实验进行开发仿真，具体包括真实实验中不易观察的实验、真实实验中不易控制的实验两类。
（2）虚拟实验模块设计
探究性三维虚拟实验共包括实验介绍、实验操作、实验提示、实验评价四个模块。其中，实验介绍包括仪器介绍和内容介绍。仪器介绍阐述虚拟实验中用到的关键仪器的功能、使用方法等。内容介绍阐述实验目的、实验原理等；实验操作是虚拟实验的核心部分，通过分析该阶段学生的认知结构，设计交互式的用户界面和探究性实验环节，学生根据实验原理和步骤，在三维虚拟实验场景中对相关实验仪器进行操作，完成实验；实验提示是指对实验中容易出错的地方为学生提供必要的帮助；实验评价是根据具体的实验要求，对学生的实验操作结果进行评价。
中学物理探究性三维虚拟实验的实现
1.主要开发工具的选择
探究性三维虚拟实验的实现主要包括虚拟实验场景、各种实验仪器设备的三维建模，以及提供探究活动的虚拟现实交互体验的开发，用到的开发工具主要包括三维建模工具3ds Max和虚拟现实开发工具Unity 3D。
（1）3ds Max
3ds Max是Autodesk公司开发的基于PC的三维动画制作、编辑、播放与三维建模和渲染软件。它具有易于使用、功能强大、性价比高等优点，是许多个人和公司用户首选的三维建模与动画软件。3ds Max被广泛应用于广告、影视、游戏开发、计算机艺术、角色动画、工业设计和辅助教学等诸多领域。
（2）Unity 3D
Unity 3D是由Unity Technologies公司推出的一款强大的3D跨平台游戏引擎，包括图形、光照、音频、渲染、物理和网络等多方面的引擎支持，目前已不仅仅局限于游戏开发，而成为强大的综合性虚拟现实开发工具，在虚拟漫游与实时设计、虚拟现实交互体验、人体数字化展示等领域都得到有效应用。
2.开发流程
三维虚拟实验的开发步骤为：①三维虚拟实验场景、实验仪器的建模；②分析学生的心理和认知结构，设计探究环节；③设计交互界面，实现实验的交互操作；④测试虚拟实验，进行调试和优化；⑤虚拟实验。
3.探究性三维虚拟实验的开发
（1）实例1：布朗运动
①实验设计思路：布朗运动是由微观分子间做无规则运动而形成的。在现实生活中，难于操作，不易观察，只有借助显微镜才能观察，使得学生缺乏创造力和空间想象力。而在三维虚拟实验中可以克服这些不足，利用Unity 3D提供的物理引擎，可以很好地模拟微观分子的无规则运动。本实验通过设计交互式的界面接口，使学生可以通过控制温度变化或调整微观分子大小，模拟微观分子的运动变化情况，从而使实验者更好地理解布朗运动。
②虚拟实验场景和实验器材的三维建模。实验采用3ds Max对三维仿真实验中用到的模型进行构建，主要包括实验桌、实验仪器，实验主界面如下页图1所示。
③虚拟仿真实验的实现。本实验提供了两个观察角度，即宏观和微观，宏观角度用来展示实验前的状况；微观角度用来展示微观粒子的运动状况，通过使用摄像机效果，使得观察者能够清晰地看到微观世界中分子的无规则运动情况，实验操作界面如下页图2所示。
下面详细介绍微观角度下实验的实现过程。首先，学生点击微观按钮后，摄像机被激活显示，同时向液体分子拉近，这时出现图2所示的界面，屏幕下方出现对应的滑动条用于控制条件，一种是温度变化，一种是分子大小变化。这里用到了NGUI插件里的Tween Position动画。其次，液体分子的无规则运动模拟是用Unity自带的碰撞检测函数来实现的。当分子之间相互碰撞时，会触发自身的碰撞检测，从而受到一个反向作用力被反弹回去。当多个分子发生碰撞时，它们的运动就会变得毫无规律，从而形成了无规则运动。
（2）实例2：光的反射与折射
①实验设计思路：光的反射与折射定律探究的是光从一种介质照射到另一种介质时发生传播方向改变的光学现象。在现实生活中，为了确保实验的准确性和灵活性，特别要保证三线共面，需要实验操作细致，入射角、反射角、折射角的测量也很费时，且不易控制。而在三维虚拟仿真实验中可以克服这些不足，利用Unity 3D可以很好地模拟光线的反射、折射现象，以及入射角、反射角、折射角之间的关系。
②虚拟实验场景和实验器材的三维建模。本实验采用3ds Max对三维仿真实验中用到的模型进行构建，主要实验仪器如图3所示。
③虚拟仿真实验的实现。本实验用来展示入射角变化时，反射角、折射角的变化情况，通过圆盘上的刻度标定，能够随时读出确切的值，实验者能够清晰地看到入射角、反射角、折射角的关系，实验操作界面如图4所示。
结束语
新技术、新媒体的发展对传统教育教学改革具有推动作用，利用虚拟现实技术设计并实现初中物理探究性三维虚拟实验，能够有效改进传统中学物理实验教学的不足，为学生进一步理解基本概念、掌握实验规律和实验原理，提供了主动探究的环境，对学生创新思维的培养具有重要价值，对探索信息技术环境下中学实验教学新方法具有重要意义。
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摘要：本文简要的介绍了有关地理数据的可视化处理方法，主要介绍通过vrml实现地理数据的可视化处理的方法，以及通过vrml实现虚拟地理实验室的主要途径，介绍了几款用于虚拟地理实验室建模工具软件。
关键词：vrml 地理模型 可视化
地理模型的建立，是一个从定性到定量的综合集成过程，建立地理模型，不但需要基本地理知识和地理学有关理论的支撑，而且还需要借鉴和运用其他相关学科的理论方法好技术，特别是数理方法和计算机应用技术。
本文主要从地理数据的可视化方面，从计算机实现方面进行简要的介绍。目前，地理数据的可视化，建立三维模型的软件众多。在静态效果制作方面比较著名的三维建模工具有Autodesk公司的AutoCAD、Discreet公司的3ds Max；在影视动画的制作方面有Alias公司的MAYA；在虚拟仿真方面有Silicon Graphics（sGI）公司的OpenGL、Multigen Paradigm公司的Multigen Creator；在GIS方面有名的软件有ESRI公司的ArcScene，国内武汉适普公司的IMAGIS、北京灵图公司的VRMap；在上述各种类型的软件中，要本着操作性好、适用性高、通用性强、功能性全等原则选择一种最好的方式建立场景模型。由于本文重点在于建立一个可靠的三维场景、用于漫游浏览、进而向实现GIS功能转化，因此，对建模软件的选择也应基于上述几点全面考虑。AutoCAD、3ds Max和MAYA虽然是效果制作和动画领域的主流，但模型过于复杂是它们用来直接实现虚拟漫游建模的瓶颈；OpenGL是三维图形的标准，用作三维建模需要从底层开发做起，工作量大、开发周期长是目前应用上的最大障碍；ArcScene在三维模块方面还不太成熟；IMAGIS和VILMap在国内刚刚起步，建模功能还不够完善，与主流建模工具存在不小差距，浏览大场景效率不高且实现的GIS功能也非常有限。
要使建立的场景能顺利地完成驱动漫游，高效的模型数据结构是实现这一功能的关键之一。除此之外，缩减多边形面数也是实施仿真的必要环节。面数越少，意味着在实时的视景仿真中，计算机所要处理的信息量就越少，这将会有力地减轻计算机在仿真时计算的负担，从而减少计算机渲染图形所要的时间，提高帧率，有利于画面的连续性。所以，并非所有的建模软件都能够很好地用于动态仿真。
以3ds Max为例，它的模型数摄采用单层模型，是平面形式的，而非仿真漫游顺序的树状索引格式，所以他用作仿真环境不能有效地组织各数据节点，从而限制了实时绘制画面的帧率。此外，3ds Max制作出来的一张效果图模型往往存在几万甚至几十万个面，单是静态渲染就已经是一项非常耗时的工作了，况且它对硬件的要求也是非常的高，所以用它来建立实验室模型也不是最合适的。
通过上述对备主流建模软件功能的分析与综合比较，笔者认为vrml能有效组织模型结果、减少模型数量，最适会用于地理实验室的建模工作。但是，考虑到场景中存在部分复杂物体，所以地理实验室以vrml软件建模为主，同时用3ds Max等作为辅助工具，极大限度地提高建模效率。
VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，也具有平台无关性。是目前Internet上基于 WWW的三维互动网站制作的主流语言。本质上是一种面向web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。VRML的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的VR（虚拟世界）。
VRML中的动画是通过路由和事件来实现的。为了使虚拟空间具有动感，构造指令可以包含绑定指令，绑定指令描述如何将节点绑定在一起。VRML绑定包括：绑定在一起的节点和在节点之间绑定的路由或者叫做路径。绑定两个节点之后，第一个节点通过这样的路径传送给第二个节点的信息叫作事件。事件包含一个值。当一个节点接收到一个事件时，它将根据节点的特征开始动画或者其它事情。通过绑定多个节点，用户可以创建许多路由，从而使空间更加具有动感。
VRML中的自身交互可以做到什么程度
如果要使你的空间具有交互性，你可以给一个造型附带一个传感器，该传感器使用一个定点设备来感知观察者的动作。当观察者点击到一个附带有传感器的造型时，传感器就输出一个事件，这个事件就被路由到其它的节点来开始一个动画。
TouchSensor是一种用来检测观察者的接触和将事件输出的传感器。这些输出描述了在何时、何地，观察者接触到了可感知的造型。CylinderSensor、PlaneSensor和SphereSensor节点也可用来检测何时观察者接触到一个可感知的造型，并且提供了用来改变造型位置和方向的输出。
在VRML中，你可以将一个传感器附在一个造型上，用它来检测观察者的移动、点击和拖动。当观察者与一个可感知的造型相互作用时，你就可以把传感器的输出连入一个线路中，从而引起造型的移动和动画的播放。
感知观察者接近常使用三种方法：感知观察者的可视性、感知观察者的接近性和通过碰撞检测。
可见传感器从观察者的位置和方向来感知在空间中的一个长方体区域是否可视。你可以通过这些传感器来启动和停止动画或者控制其他的动作，这些动作仅当一个可感知的区域可见时是必要的。通过给出中心和尺寸，你可以指定一个由VisibilitySensor节点感测的空间区域。
Abstract： In the field of house decoration human factor analysis is paid more and more attention， in which human fatigue analysis takes an important part. This paper focuses on the optimization of human factors in the house decoration process. The purpose is to find out the unreasonable factors in the process of house decoration process so as to improve the efficiency of house decoration and ensure the optimization of the layout design result.
P键词：虚拟人；Jack；家装设计；疲劳分析；布局优化
Key words： virtual human；jack；house decoration；fatigue analysis；layout optimization
中图分类号：TU238+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0140-03
0 引言
当今时代，家的概念不断发展与更新，特别是作为居住的“家”，成为家庭成员生活的根本，家庭装修的重要性越来越得到普遍重视，起居舒适、心理愉悦、活动方便等成为评价家装装修成功与否的主要标准。另一个客观事实是，对多数人在家庭装修过程中经历过不同程度的挫折，或发现问题后拆修返工，装修成本突破预算；或接受由于考虑不周所形成的装修缺陷，忍受给以后的生活带来不便。如何能在装修过程早期发现设计缺陷，及时修改成为一种需要。实际上基于仿真的方法在工业产品设计和制造领域已经有非常成熟和普遍的应用，对提高产品质量起到了积极的促进和保证作用。本文试图将虚拟人疲劳分析技术引入家庭装修活动中，并借助商业软件研究基于虚拟人活动的装修分析过程与方法。最后也将探索“以人为中心”的家庭装修理念。
1 家装设计布局对人体疲劳产生的影响因素分析
1.1 家装设计布局中的人因学
家装设计布局是指，根据家庭活动基本需求，在给定的室内空间场地内，对多个设施的空间位置做适当的分配安排和最有效的组合，以期获得最大的使用效益。所谓的设施包括占据空间的任何实体，如橱柜、洗衣机、冰箱、抽油烟机、灶台、操作台、桌子、货架等，当然也包括人员本身。
优化的家装设计布局，是保证家庭资源有效利用，体现“以人为中心”的家居生活理念的最好体现，具体包括：
①提高效率。合理的家装设施布局，可以简化家庭活动的操作顺序，减少疲劳动作发生，实现室内活动的均衡性。②提高安全。设施布局合理，可以避免室内物体搬运路线过长、过复杂而引起的碰伤、刮伤、烫伤等现象，如高压锅与操作台搬运距离过远，不仅搬运费力而且极易烫伤人员。③改善环境。合理的家装设施布局，使家庭生活更加舒心惬意，为家人提供健康、舒适、安全的生活环境，减少人员的劳动损伤风险。
1.2 人体疲劳分析
人体能量的产生和消耗称为能量代谢能耗，它通过人体的氧耗量反映出来，单位为千卡（kcal），单位时间内人体的代谢能耗称为代谢能耗率，人体的劳动强度是以作业过程中人体的能耗量、氧耗量、心率、排汗率或相对代谢率作为评判指标，除此之外，人体在静态情况下也需要消耗一定的能量，称为姿势代谢能耗。在室内劳动作业中，本文认为人体的代谢能耗可以相应地划分为动作代谢能耗和姿势代谢能耗，其中动作代谢能耗的计算需要提取作业仿真过程的各项动作参数，姿势代谢能耗的计算需要获取作业仿真过程中人体各种姿势的持续时间。
1.3 基于Jack的家庭装修人体疲劳分析基本思路
目前，应用于工程领域和娱乐领域的虚拟人软件并不鲜见。考虑到家庭装修人体疲劳分析的要求，研究中选择Jack软件作为支撑工具。Jack软件是西门子公司的一款工业设计用途软件，不仅含有欧洲人和亚洲人的人体测量数据，能够支持虚拟人建模与运动仿真，还有人的疲劳程度、舒适度、力量等生理学参数，在社会生活、工业设计、体育与军事训练等领域得到了广泛应用。根据Jack的特点，基于Jack的家庭装修人体疲劳分析基本思路如图1所示。
数据获取是通过实地测量获得论文研究的基础数据，包括房屋和装修部件数据的测量、人体尺寸数据测量以及室内活动数据提取等。使用三维建模软件对测量数据进行建模，包括房屋结构建模、装修部件建模等，之后借助于Jack的三维模型导入模块，将生成的数据模型导入Jack平台。然后在Jack平台中定制一个身体尺寸结构与家装主人相一致的虚拟人模型，借助于Jack的仿真工具栏完成虚拟人室内活动建模和虚拟人室内活动仿真。最后使用Jack的工效学分析模块仿真计算某项室内活动的人体疲劳数据，进行原因分析并提出家装设计的改进意见建议。
注意，三维建模、室内活动仿真、疲劳分析及反馈是一个连续反馈的循环结构，直到设计出最优化的家装设施布局为止。
2 操作台作业的人因学分析与评估
论文 关键词：水力机械 制造工艺 虚拟现实技术
论文摘要：水力机械制造工艺是水力机械及工程专业方向学生的一门重要的专业必修课。由于该课程实践性强的特点，在教学过程中引入虚拟现实技术就具有十分重要的意义。水力机械制造工艺课程教学中应用虚拟现实技术再现了真实的零件结构、零部件的装配过程和典型零件的数控加 工过程，对改进教学效果起到 了一定的作用。同时，本文提出了今后在课程建设 中完善的方向。对其它同类课程的教学具有一定的 参考 价值。
水力机械制造工艺是热能与动力工程专业水力机械及工程方向学生的一门重要的专业必修课。根据该专业本科培养目标，要求学生具有宽广的理论基础、较强创新能力和适应能力，能在流体机械及工程等部门从事开发、研究、设计、运行、 现代 管理 、 科学 研究、教学等方面的工作。事实上，近三年该专业的毕业生就业率均保持了较高水平，水力机械及工程专业方向的学生到专业对口部门的占到了 70％ 以上，而这些毕业生所从事的主要工作就是水力机械的设计与制造。由此可以看出，学生如果能在在校期间掌握好流体机械特别是水力机械制造工艺的相关知识，将对他们今后的工作大有裨益，这将促进他们将理论知识 和生产实际相结合以增强他们工作岗位的适应能力。wWw.133229.cOm
水力机械制造工艺是一门实践性很强的课程，所涉及的相关基础理论、基础知识也相当广泛。根据教学大纲的安排，该门课程应在学生学习完流体力学、工程材料、机械工程基础、流体机械原理、流体机械结构及强度等课程的基础上开设。在教学过程中最好能够在学习该门理论课程的同时到水力机械制造厂参观实习，这将有助于学生建立起对加工设备、加工零件、加工环境的感性认识，提高教学效果。但是实际教学过程中，没有条件能够达到这样的要求。况且大中型的水轮机零部件尺寸较大、结构复杂，加工制造工艺涉及的问题较多，即使是到专业的水力机械生产厂的加工现场也很难对其结构和加工过程有全面深人的了解。因此，按照传统的教学方法和手段，让学生通过书本上的插图对所学的对象，如零件、加工设备、检验设备等进行了解，学生很难有深刻的认识 ，况且部分插图书中没有附上，结果制造工艺课程学完了，部分学生到了工厂还是会把车床误认为铣床，一些专业典型零件也看似很陌生，由此可见传统的教学手段取得的效果并不理想，学生并不能将课堂所学与实际有机联系起来。为此，我们将虚拟现实技术引入到水力机械制造工艺的教学中，将抽象的零件和加工过程形象化，以帮助学生直观地观察零件结构，理清零部件的装配关系，进一步理解结构设计与加工工艺的关系，并将加工过程中所涉及工装夹具、机床、刀具等素材通过虚拟现实技术融入到教学课件中，从而缩短理论与实际的距离。
虚拟现实技术是近年来 发展 起来的新兴技术 ，在各个领域逐步得以开发应用。根据沉浸程度的不同，可将虚拟现实分为桌面式、大屏幕式、沉浸式和舱室仿真器四种类型…。其中桌面虚拟现实是一种初级的虚拟现实，它的沉浸度差，但最为简单，制作成本低，易于普及和实现。本课程教学中使用的仿真系统就是采用 vrml (virtuai realitymodeling language，虚拟现实建模语言)开发的桌面式虚拟现实仿真系统，以配有高性能的图形加速卡的 pc机为开发平台，其性能能够满足系统实时性的要求。虚拟现实技术在最近十几年得到了飞速的发展，由于其特有的仿真特性，如沉浸感、时实交互性、想象力和三维图形等，它正在成为解决工程问题 的一种重要方法，也是实现 计算 机辅助教学 的重要 手段。
在水力机械制造工艺课程教学中，为了真实地再现水力机械典型零部件的结构，我们采用了功能强大的 cad／cam一体化软件 unigraphics 进行零件的三维建模，以 word的格式输出，再利用 vrml对各零件的显示颜色、材质、光照等进行渲染 ，这样就可以利用安装了 cortona插件的 ie浏览器进行零件的浏览了，从而脱离了复杂的 ug软件环境。在浏览器里可以通过插件上的控件对三维模型进行旋转、平移、放大等操作，帮助学生全方位 的了解课程中所讨论的对象，增强学生的感性认识。图 1、2分别为水轮机座环和水轮机顶盖的三维模型，在讲解到此类典型环形类零件的加工时，就可以通过旋转放大等操作全方位地浏览三维模型，比较它们结构上的异同，深入理解结构设计的正确性和合理性，认清关键加工部位，为拟订高效合理的加工工艺方案奠定基础。
水力机组装配与一般的机械产品相比有其特殊性，即在制造厂仅能完成重要部件的预装配，而整台机组的装配是在水电站完成的。对于大型电站，安装周期较长，水轮机的许多零部件被安装在机坑里，对于在校学生来说很难有机会全面地看清楚其内部结构及各零部件的空间位置关系。为此，我们采用虚拟现实技术和计算机仿真技术相结合开发了水轮发电机组检修仿真系统 ，帮助学生从不同的角度观察各零部件的三维实体模型及零部件之间的空间位置关系、联接关系等 (如图 3所示)，了解水力机组安装过程中零件的安装先后顺序和相关的技术要求，有利于学生了解和制定合理高效的装配方案，将理论与实际有机的结合起来。利用 java编程实现简单的人机交互功能。图 4为水轮机水导轴承动态仿真装配过程截取图，在进入装配场景后，点击启停按钮，动态装配过程即呈现在窗 口中，视图左边显示的是水导轴承安装步骤，这样学生不用到水电站或制造厂装配现场就能较直观地学习水轮发电机组各部件的装配工艺规范，有利于提高教学效果。
随着生产技术的不断 发展 ，水力机械的制造也沿着数字化的方向不断发展 ，水力机械许多曲面类零件均采用数控方法加工。在实际教学中，我们采用专业的加工仿真软件 vericut 逼真地再现了实际加工工件、加工机床和加工环境 ，对加工过程中可能存在的问题进行检测 ，让学生在课堂上就能对加工制造过程有全面的认识。vedcut 采用了先进的三维显示及虚拟现实技术，对数控加工过程的模拟达到了极其逼真的程度。特别是在叶片类曲面加工过程中，如何确定合理的加工参数 (刀具形状与尺寸 、刀具相对加工表面的姿态、走刀路线、主轴速度、切削深度和进给速度等)以适应加工过程中叶片曲面形状的变化对提高加工精度变得非常重要，这些都可以通过加工仿真软件在教学过程中形象生动地展现在学生面前 (如图5所示)。但是目前这部分的工作还处于起步阶段，只能在课堂上做部分演示，有待进一步完善。今后在条件允许的时候，可以在理论教学完成以后，让学生自行建立零件 、机床的三维模型，模拟水力机械典型零件的加工 ，从而帮助学生将课堂中所学的理论知识转化为生产实践。
虚拟现实技术现已延伸到许多领域，它的发展不仅仅依赖于相关软硬件的发展，而是更多地取决于该技术为实际问题提供低成本高效率的解决方案的能力。虚拟现实技术应用到水力机械制造工艺课程的教学中，逼真生动地再现了真实的零件结构、零部件的装配过程和典型零件的数控加工过程，学生通过这些虚拟现实环境就能够从形象化的角度理解零件从设计、毛坯形式、安装定位、加工、装配、质量检查等各个环节，提高了学生的学 习兴趣 ，从而强化了理论知识的学习，对提高教学效果起到了重要作用。
参考 文献 ：
[1]王桃，赖喜德，刘小兵，等．基于虚拟现实技术的水轮发电机组检修多媒体仿真系统[j]．兵工自动化，2003，22(6)：19—20．
关键词：现代信息技术；3S技术；辅助设计软件；远程协同设计；景观仿真技术
当今社会，人们非常依赖计算机以及计算机处理过的信息。多媒体技术、计算机网络技术等信息技术正在成为当代景观设计不可或缺的部分，也是景观设计变革的重要推动力量。人们通过信息技术的使用以及从景观的信息化表达中感受到景观的高效、顺畅等综合印象。在现代信息技术的应用中，园林景观建设与之相联系，能够实现资源共享，有助于相关部门之间的交流合作，对推动景观设计建设的发展进程发挥着重要的作用。
1 景观设计应用现代信息技术的必要性
现代信息技术包含众多内容，主要有3S技术、辅助设计软件、远程协同设计、景观仿真技术等，现阶段，景观设计建设是城市化发展的重要工程，能够起到美化城市环境、减少城市污染等作用，因而在城市化发展中，加强景观设计建设是必不可少的环节，而国家对景观设计建设也有着更高的标准要求。在其建设过程中，有效融入现代信息技术，可以事先对景观设计建立空间布局，更为直观地呈现在人们面前。例如：在GPS技术、GIS技术的应用中，不仅能够广泛收集景观设计建设的相关资料，而且能够分析园林布局中各领域信息。
2 景观设计中现代信息技术的实际应用
在景观设计的建设中，现代信息技术既能虚拟地调整其空间布局，又有助于增强设计效果。基于现代信息技术的景观设计，能够先通过仿真模型，直观性地呈现其建设的整体效果，使相关设计者可以反复修复或调整景观设计中的不合理之处，有助于为景观规划设计创造良好的平台，同时对增强景观设计的实际建设效果发挥着积极的作用。
2.1 3S技术
3S技术是现代信息技术的典型代表，广泛应用于风景园林建设中，能够促进风景园林建设。基于3S技术的空间信息系统集成技术的快速发展，可以改变传统CAD制图模式，能够为相关工作人员提供重要的信息采集、处理、分析、模拟成像的技术。所谓的3S技术是指遥感技术、全球卫星定位系统技术、地理信息系统技术。在景观设计中，能够充分地应用3S技术。由于景观设计类型相对较多，其性质存在明显差异，涉猎范围相对较为广泛，如资源、环境、社会、经济等。而在3S技术的支持下，景观设计人员能够及时通过该项现代信息技术整合相关数据信息，并统一将数据信息上传至专门的系统中，为后期城市发展中的景观设计提供有利借鉴。例如：在园林绿地等地理空间的处理过程中，充分应用3S技术，可以充分反映地理空间的实体数据，能够实现地理空间定位，为景观设计者提供参考依据，彰显其独特的技术优势。由此可见，3S技术在景观设计中有着一定程度的应用，并具有积极作用。
2.2 计算机辅助设计工具与软件
目前，在景观设计领域已形成了从二维平面设计到三维效果、动画表现等较为完整的设计软件体系，设计师在进行创作时可在电脑上从平面的方案草图开始，将自己的设计以三维空间进行再现、复原、创造环境景观，并将其作为设计深化、修正、发展的有效直观工具；随着现代信息技术的发展，三维建模技术在景观设计中被广泛应用，例如三维建模常见软件AutoCAD、SketchUp、3D Studio Max等等，在景观设计和景观设计中，可以使相关设计者利用三维造型软件将初步设计轮廓加以制作和呈现，为参与者提供基础框架。其次，分析空间分布关系、环境分布关系，能够检验景观设计是否具有合理性。最后，在三维建模的作用下，能够将园林整体构造进行立体式的呈现，不仅能够表达人的设计意图，而且实现现代信息技术和景观设计的有机融合，有助于推动景观设计建设的发展进程[3]。
使用最为广泛的图像处理软件为Photoshop，而在风景园林的设计中，该项处理技术有着广泛的应用，可以增强风景园林设计的整体效果。但是，仅凭借Photoshop软件的图像处理，只能对图像进行简单的补充润色，不能深入地改变图像。因而，还需要利用渲染软件，如Lumion、Vray等，能够增强景观设计的逼真效果，给人以强烈的视觉冲击。基于此，能够使设计人员细致描绘图像，并加以修改不合理之处。总之使用图像处理技术，可以对景观设计空间布局中的图像设置进行有效处理，有利于凸显景观设计设计中的细节部分，可以满足相关人员的实际需求。
2.3 远程协同设计
在实际景观设计工作中，设计参与者有面对面的交流机会，绝大多数设计者专门负责专职任务，与其它设计者之间的联系相对较少，使沟通机会相对较少，不利于更好开展景观设计的协商工作。在远程协同设计的作用下，设计者可以探讨和分析景观设计的相关事宜进行，并及时解决景观设计中存在的问题。在此过程中，协同工作技术有着广泛的应用，使远程协同设计工作成为可能，不仅可以提升景观设计的工作效率，而且能够减轻设计者的负担。由此可见，远程协同技术在景观设计中有着广泛的应用。
2.4 景观仿真技术
由于景观设计是一项较为系统、复杂的工程，因而需要设计者进行全面、科学的规划和布局。传统手工绘制设计图中，虽然能够呈现园林规划与布局信息，但不能给予人们以直观的三维展示，同时不利于修改。随着现代信息技术的发展，景观仿真技术在风景园林中有应用。基于景观仿真技术的景观设计，主要有静态仿真和动态仿真2种，可以使相关设计者利用软件将初步设计轮廓加以制作和呈现，为参与者提供基础框架。在景观仿真技术的作用下，能够立体式地呈现景观设计整体构造，不仅能够表达人的设计意图，而且实现现代信息技术和景观设计的有机融合，有助于推动景观设计的发展进程。与传统虚拟现实技术之间存在着较大的差异，一方面，可以为景观设计参与者提供虚拟现实环境中的景观；另一方面，可以使景观设计人员看到虚拟和真实相结合的景象。
3 现代信息技术对景观设计的影响
随着社会的发展与进步，城市居民对景观设计的个性化、审美等方面有着较高的要求。现代信息技术的发展，对景观设计产生重要影响。在现代信息技术的作用下，景观设计负责人可以借助互联网与社会公众之间进行互动，有助于增强景观设计的有效性。在社会公众的广泛参与下，可以为景观设计者提供诸多意见或建议的参考，同时增强景观设计的合理性。景观设计与人类社会生活息息相关，其设计思想、方式等方面对景观设计有着一定的影响。受现代社会思想观念的影响，景观设计者应广泛应用现代信息技术，实现现代信息技术和景观设计的有机融合，以推动我国景观设计领域的快速发展，满足人类社会生活的基本需求和彰显人类社会新的思想观念社会价值观。
4 结论
现代信息技术在景观设计中有着广泛的应用，能够使景观设计建设更加符合标准要求。在现代信息技术的辅助下，景观设计建设者能够结合3S技术、计算机技术、远程协同设计、景观仿真技术对景观设计进行合理的空间布局，确保景观设计建设的有效性。在城市化发展进程中，景观设计建设是尤为重要的环节，既能满足人们的实际需求，又能发挥其美化与净化空气的作用，而加快现代信息技术和景观设计建设的融合，积极影响我国园林建设发展进程。
参考文献
1 张红艳，胡凡刚.基于课程的教育虚拟社区实践与反思[J].现代远程教 育研究，2006（6）
2 朱旭东.多媒体及网络技术与教学模式的改革[J].黑河学刊，2004（4）
3 H ・巴凯斯，路紫.从地理空间到地理网络空间的变化趋势――兼论 西方学者关于电信对地区影响的研究[J].地理学报，2000（1）
4 熊拥军，冯国龙.浅谈信息社会背景下的建筑设计[J].工业建筑，2003（1）
