EsperientCreator在三维视景仿真系统中的应用_李海胜

图 ２ Ｔｒｉｇｇｅｒ触 发 流 程 图
ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ提供了一系列标准 ＧＵＩ组件（标签、按 钮、滚 动 条 等），使 用 标 准 ＧＵＩ组 件 可 以 快 速 创 建 交 互式界面．设置 ＧＵＩ组件与场景对象动画的控制关系，实现系统界面与对象的交互控制． １．３．２ 脚 本 控 制 交 互
的基础上减少模型包含的点、线、面的数量，防止 场 景 运 行 画 面 不 连 贯、停 滞 的 现 象 发 生．这 种 现 象 本 质 上 是 帧率 Ｆｒａｍｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ（ＦＰＳ）过低产生的，ＦＰＳ反映了系 统 实 时 渲 染 所 需 的 时 间．ＦＰＳ＜３０，画 面 会 显 得 不 连 续 ；ＦＰＳ＞６０，则 可 以 显 著 提 高 交 互 感 与 逼 真 感 ．
关 键 词 ：三 维 视 景 仿 真 ；Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ；交 互 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３９１．９ 文 献 标 识 码 ：Ａ
２００８年，Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ公司推 出 了 实 时 （ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）三 维 视 景 仿 真 软 件 Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ３．０（ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ）． ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ以其强大的交互功能广 泛 应 用 于 产 品 展 示、培 训、教 育 与 娱 乐 等 领 域．目 前，ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ已 被 波 音、洛克希德· 马丁公司和联邦技术等全球排名前十的航空与防御公司采用．而在国内，使用 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ进 行三维视景仿真系统的开发几乎是 一 项 空 白．文 章 介 绍 了 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ，提 出 了 基 于 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ开 发 三 维 视 景仿真系统的技术路线，该路线对使用 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ进行三维视景仿真系统的开发具有一定的参考意义．
（ｉｆ（＝ ｌｕｏｄｉｎｇＰｉｃｋａｂｌｅ １） （Ｐｒｏｇｎ
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第２期
李 海 胜 ，王 清 ：Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ在 三 维 视 景 仿 真 系 统 中 的 应 用
（ＴｒｉｇｇｅｒＡｎｉｍａｔｉｏｎ＂ｌｕｏｄｉｎｇ＂ ＂ Ｍｏｖｅ＂ ） （ＴｒｉｇｇｅｒＡｎｉｍａｔｉｏｎ＂ｌｕｏｄｉｎｇ＂ ＂ｓｈｏｗｈｉｄｅ＂ ） （ＳｅｔＯｂｊｅｃｔＯｎＯｆｆ＂ｔｉｐＳｅｃ＂ １） ） ）
模型导入 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ过 程 中，如 需 保 持 模 型 贴 图，则 需 将 模 型 使 用 Ｄｅｅｐ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ 保 存 为 Ｒｉｇｈｔ Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ Ｂｉｎａｒｙ（．ｒｈ）格式．但是，．ｒｈ格式似乎不能产生最佳的图形显示效果 ． ［２］７９２
ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ为场景中的三维模型提供了物理属性设置选项，用于描述模型的物理特性．ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ提 供
此外，使用纹理映射将多边形（墙面、地板、细小复杂物体等）以贴图的形式展现．这种方式能够有效减 少 多边形个数（特别是细碎多边形），模型真实感、质 感 更 强，能 够 得 到 逼 真 的 显 示 效 果．要 注 意 的 是，多 边 形 个 数不是影响帧率的唯一因素．ＭｕｌｔｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ提供了三种模型优化策略：Ｌｅｖｅｌ Ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ（ＬＯＤ）技术、纹 理 技 术 与 实 例 化 技 术 ，能 在 保 证 精 度 的 同 时 有 效 地 优 化 场 景 模 型 ［１］２０８． １．２ 模 型 导 入
李海胜，王 清
（郑州铁路职业技术学院 软件学院，河南 郑州 ４５００５２）
摘 要：三维视景仿真在新型装备训练、虚拟实验 等 领 域 发 挥 着 重 要 作 用．详 细 介 绍 了 三 维 视 景 仿 真 软 件 Ｅｓ－ ｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ，给出了采用 Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ开发三维视景仿真系统的技术路线，对建模、模型优化、交 互 控 制、作 品发布等关键技术进行了分析说明，实现了虚拟车 间 三 维 视 景 仿 真 系 统；该 系 统 具 有 场 景 漫 游、机 床 操 作、轴 承 拆 装等功能．Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ是一种崭新的三维视景仿真平台，交互功能 强 大，可 广 泛 应 用 于 视 景 仿 真 各 个 领 域 ，具 有广阔应用前景．
．ｅｓｐ文件不仅能由 ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ播放，还 能 通 过 ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ的 ＡｃｔｉｖｅＸ 控 件 播 放，由 此 可 将 场 景 嵌 入 到 网页中，实现网络发布．ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ作品网络 发 布 需．ｅｓｐ 文 件 与 ＨＴＭＬ 代 码．将 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ“Ｃｒｅａｔｅ ＨＴＭＬ Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ＡｃｔｉｖｅＸ”菜单生成的 ＨＴＭＬ 代码嵌入到．ｈｔｍ 文件 中 即 可 将 场 景 嵌 入 到 网 页 内 （．ｅｓｐ 文 件 与．ｈｔｍ 文件需位于同一目录下）；并 且可通过ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ实现页面与 ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ ＡｃｔｉｖｅＸ 控件之间的通信（鼠 标在 页面上单击、释放时，ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ通过 ＳｅｎｄＡＰＩＣｏｍｍａｎｄ函数向 ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ ＡｃｔｉｖｅＸ 控件传递 Ｌｉｓｐ／ＣＳｃｒｉｐｔ 命令，ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ ＡｃｔｉｖｅＸ 控件接收命令，执行相关动作）．
２０１４ 年 第 ２ 期 第 １３ 卷 （总 第 ７１ 期 ）
商丘职业技术学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＧＱＩＵ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ
文 章 编 号 ：１６７１－８１２７（２０１４）０２－００３１－０３
Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．２
Ａｐｒ．，２０１４
源自文库
Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ在三维视景仿真系统中的应用
国内目前较流行的仿真平台 Ｃｕｌｔ３Ｄ 提供 了 Ｅｖｅｎｔ Ｍａｐ 窗 口 进 行 交 互 控 制 设 置．通 过 设 置 相 应 的 触 发 器、对象和动作及其相关参数，建立事件、动作和场景的相互关 系，从 而 进 行 交 互 ．同 ［３］２５１ Ｃｕｌｔ３Ｄ 的 交 互 模 式 类似，ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ的交互控制主要通过 “Ｏｂｊｅｃｔ（对 象）＋ Ａｎｉｍａｔｉｏｎ（动 画）”的 方 式 完 成．首 先 选 择 对 象，为 对 象 添 加 动 画 ，设 置 动 画 激 活 模 式 、动 画 参 数 即 可 完 成 对 象 的 交 互 控 制 ．
１ 技术路线
基于 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ 进 行 三 维 视 景 仿 真 系 统 的 开 发，与 基 于 其 他 开 发 平 台 （如 Ｃｕｌｔ３Ｄ，Ｖｉｒｔｏｏｌｓ，Ｖｅｇａ／ Ｐｒｉｍｅ）类 似 ，其 流 程 如 图 １ 所 示 ．
图 １ 开 发 流 程 图
１．１ 模 型 优 化 三维模型的本质是点、线、面的集合；集合的 不 同 组 合 构 成 各 种 三 维 模 型．在 建 模 过 程 中，须 在 保 证 精 度
ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ中每 一 个 对 象 均 有 Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ、Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎｓ、Ｏｖｅｒｒｉｄｅｓ、ＵＶ Ｗｒａｐｓ、Ａｎｉｍａｔｉｏｎｓ与 Ｐｈｙｓｉｃａｌ 六种属性．而 交 互 控 制 主 要 使 用 Ａｎｉｍａｔｉｏｎｓ属 性．ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ为 Ａｎｉｍａｔｉｏｎｓ属 性 提 供 了 ６０ 余 种 动 画，有 Ｏｂｊｅｃｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ（平移，旋转，缩 放）、Ｃｏｌｏｒ Ｃｈａｎｇｅｓ（颜 色 变 化）、ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｈｙｓｉｃｓ（实 时 物 理）、ｋｅｙｂｏａｒｄ ａｎｄ ｊｏｙｓｔｉｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌｓ等．综合使用这些动画可轻松实现背景变 换、材 质 变 换、纹 理 变 换、声 音 播 放、操 作 提 示 等功能．对象的 Ａｎｉｍａｔｉｏｎｓ属性可添加不同种类的多个动画，动画之间相互独立或互为激活条件．
２ 实验结果
按上述流程设计实现了虚拟车间三维视景仿真 系 统，如 图 ４ 所 示．通 过 鼠 标 拖 拽 （左 键 旋 转，右 键 缩 放， 中 键 平 移 ）或 键 盘 控 制 第 一 人 称 视 角 从 任 意 角 度 观 察 模 型 ；单 击 菜 单 按 钮 ，镜 头 聚 焦 场 景 中 对 象 （设 定 好 观 察 角度，添加相机，给相应菜单添加“Ｖｉｅｗ Ｃａｍｅｒａ Ｍａｔｃｈ”动 画 即 可 实 现 视 点 切 换，无 需 编 程）；单 击 机 床 操 作 开关，模拟机床操作（伴有操作提示、机器运行音 效、语 音 提 示）；从 而 达 到 学 员 训 练 目 的．该 系 统 交 互 控 制 主 要通过为对象 Ａｎｉｍａｔｉｏｎｓ属性添加动画实现．
１．４ 作 品 发 布 ．ｅｓｐ是 Ｒｉｇｈｔ Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ交互格式，该格 式 文 件 体 积 小，便 于 桌 面、网 络 发 布，可 通 过 Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａ－
ｔｏｒ Ｖｉｅｗｅｒ（ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ）查 看 ．Ｅｓｐｅｒｉｅｎｔ Ｃｒｅａｔｏｒ Ｖｉｅｗｅｒ是 用 于 播 放 ．ｅｓｐ 文 件 的 独 立 程 序 （ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ．ｅｘｅ）， 能够与工程一起发布．．ｅｘｅ可脱离 ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ环境独立运行，常用于桌面发布，是最常见的发布方式．其 实质 是将．ｅｓｐ与 ＥｓｐＶｉｅｗｅｒ．ｅｘｅ打包一起发布．
ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ中动画的 Ａｃｔｉｖｅ（激 活 模 式）有 多 种，有Ｉｍｍｅｄｉａｔｅ（立 即 ）、Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ（触 发 ）、Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ（碰 撞 ）、Ｕｓｅｒ Ｐｉｃｋ（拾 取 ）、Ｐｉｃｋ／Ｒｅｖ Ｒｅ－Ｐｉｃｋ（拾 取／重 置 未 拾 取 ）Ｔｒｉｇｇｅｒ／Ｒｅｓｅｔ ＵｎＴｒｉｇ（触 发／重 置 未 触 发 ）等 ． 根据不同的交互要求，为动画选择相应的 激 活 模 式．Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ触 发 是 某 一 对 象 的 动 画 以 其 自 身 或 其 他 对 象 的 Ｔｒｉｇｇｅｒ动画为激活条件，是交互控制的难点．
ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ提供了两种内置脚本语言 Ｌｉｓｐ与 ＣＳｃｒｉｐｔ．文章采用 Ｌｉｓｐ 脚 本 控 制 实 现 了 轴 承 拆 装 虚 拟 实 验 系 统 ，如 图 ３ 所 示 ．
图 ３ 轴 承 拆 装 虚 拟 实 验 系 统
实 验 过 程 中 ，须 按 照 提 示 逐 步 完 成 零 件 的 拆 卸 ，才 能 最 终 完 成 实 验 ；否 则 ，系 统 提 示 错 误 对 错 误 操 作 不 反 应．系统中控制１６ｍｍ 螺钉拆卸的 Ｌｉｓｐ代码如下所示：
收 稿 日 期 ：２０１４－０３－２４ 作者简介：李海胜（１９８４－ ），男，河南通许人，郑州铁路职业技术学院助教，主要从事三维仿真研究。
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商丘职业技术学院学报
２０１４ 年
的物理属性有 Ｏｂｊｅｃｔ ｉｓ ｗａｌｌ（设 置 物 体 为 墙，常 用 于 碰 撞 检 测 ）、Ｏｂｊｅｃｔ ｉｓ ｆｌｏｏｒ ｏｒ ｇｒｏｕｎｄ（设 置 物 体 为 地 面）、Ｏｂｊｅｃｔ ｉｓ Ｌｉｑｕｉｄ（设置物体为液体）等；此外，ＥｓｐＣｒｅａｔｏｒ还 提 供 了 碰 撞 形 状、静 摩 擦 力、弹 性 系 数、液 体 密 度 等 参 数 精 细 描 述 物 体 的 物 理 特 征 ．刚 体 的 运 动 受 上 述 参 数 、环 境 、重 力 、场 景 中 其 他 刚 体 的 影 响 ． １．３ 交 互 控 制 １．３．１ 菜 单 设 置 交 互
例如，给对象 Ｂ（场景 对 象 ）添 加 “Ｍｏｖｅ０１”动 画，使 其 沿 Ｘ 方 向 移 动，而 动 画 的 Ａｃｔｉｖｅ（激 活 模 式 ）是 Ｔｒｉｇｇｅｒ／Ｒｅｓｅｔ ＵｎＴｒｉｇ即触发激活；给对象 Ａ（按钮、场景对象等）添加“Ｔｒｉｇｇｅｒ Ａｎｉｍａｔｉｏｎ０１”动 画，激 活 模 式为“Ｕｓｅｒ Ｐｉｃｋ”，Ｔｒｉｇｇｅｒ属性为对象 Ｂ 的“Ｍｏｖｅ０１”动画．运行该场景，鼠标单击拾取对象 Ａ，对象 Ｂ 开始移 动 ，实 现 交 互 控 制 ．Ｔｒｉｇｇｅｒ触 发 的 流 程 ，如 图 ２ 所 示 ．