模型的建立,可采用专用的3D软件系统,例如:3DMAX、SOFTIMAGE等,然后再使用专用的转换软件转换到所使用的三维开发环境中;还可以直接用三维开发环境API进行开发,例如:OPENGL API、DIRECTX API及虚拟现实专用软件开发系统World Tools KIT等。本系统采用Visual C++ V6.0开发语言,调用OPENGL三维立体图形API接口建立模型。OPENGL是SGI公司开发的三维图形绘制接口,它可以运行在多种系统中,因而具有应用范围广泛的特点。
选择计算机主系统时,应考虑系统CPU的运行速度、显示卡的性能等指标。专业的系统可以采用专用的工作站。本系统采用PC机系统,系统CPU为PⅡ400,内存为128MB,显示卡采用Creative Blaster TNT 128,显示内存为16MB。所采用的输入设备应考虑人员操作的方便及功能的多样性。如果只要完成基本的漫游功能,则普通的鼠标即可完成。若需要人员对操作的物体如门、消防器材等有真实感知,则需配备数据手套等设备。本系统的输入设备选择了罗技鼠标及数据手套。选择输出设备时,需考虑应用者想达到的真实感程度,如只需普通的漫游,可以使用大屏幕即可,若想操作人员能够达到沉浸感,则需配备有立体眼镜及高性能立体显示头盔等外围设备。本系统使用普通的显示器及立体眼镜作为输出设备。
5 结 论
笔者论述了虚拟现实技术在安全工程中应用的原理和技术路线。综上所述,可以得出以下几点结论:
1) 虚拟现实系统能够真实再现客观环境,使人能充分沉浸由其年所创造的人工环境中实现感知模拟的现实,因而对于安全工程中的培训、指挥以及性能设计等多方面具有重要意义。随着计算机图形学、体视化技术的进步,虚拟现实技术将在模型及设备方面越来越能适应这些系统的要求。
2) 安全工程可以在科学研究成果真实化再现、安全产品性能设计、事故救灾指挥、安全教育与培训等多个方面应用VR系统。
3) 安全工程应用VR技术的方法是多种多样的,文中所论述的建筑火灾VR系统可以为构建其他安全工程VR系统所借鉴。
4) 安全工程VR系统可以采用高、中、低各种档次,所选择的硬件和软件也有所不同。初步研究时可以采用比较廉价的硬件和软件系统,例如:硬件采用普通鼠标、普通立体眼镜;软件采用OPENGL、DIRECTX等免费3D开发程序等。
5) 要达到真实模拟环境系统,如山川、河流、人、火焰、烟流、树木等高度复杂的自然体,还需要将VR技术与体视化等技术结合才能完成。
6 致 谢
本文所述的建筑火灾VR系统,是第一笔者在中国科学技术大学从事高级访问学者期间完成的。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室提供了研究设备和必要的研究经费及工作环境。在程序编制过程中,得到了95级学生季辉、聂晓林的协助。谨向他们表示诚挚的谢意!
作者简介:戚宜欣 1965年生,博士,副教授。在校攻读安全技术及工程专业,1992年毕业于中国矿业大学,并获博士学位。主要从事火灾模拟,计算机技术在安全技术及工程、地质、采矿等专业上的应用研究及教学工作,完成多项国家科技攻关项目及部级重点项目并有多项软件成果得到应用。发表论文10余篇,有译著及编著各一部,担任硕士导师指导硕士研究生10名。
作者单位:戚宜欣 夏征义(中国矿业大学(北京校区))
汪 箭 范维澄(中国科学技术大学)
作者地址:北京市海淀区学院路丁11号;邮编:100083
参考文献
1 汪成为、高 文、王行仁著.灵境(虚拟现实)技术的理论、实现及应用.北京:清华大学出版社,1996.
2 李锦涛著.虚拟环境技术及其应用.北京:中国铁道出版社出版,1998.
3 白燕斌、史惠康等编.OPENGL三维图形库编程指南.北京:机械工业出版社,1999.
4 李 薇、徐国标等编.OPENG 3D入门与提高.成都:西南交通大学出版社,1998.