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基于Java3D和3DMAX的虚拟实验元件建模与可视化研究

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收稿日期:2009212216;修回日期:2010201213 基金项目:国家“863”计划资助项目(2003AA001032);国家自然科学基金资助项目(60672051)作者简介:金勇进(19802),男(朝鲜),朝鲜平壤人,博士研究生,主要研究方向为网络远程教育(kyj321@ );吴产乐(19452),男,湖北黄石人,教授,博导,主要研究方向为计算机网络与通信、电子学习;叶刚(19772),男,湖北武汉人,助理研究员,主要研究方向为网络多媒体应用.基于J ava3D 和3DMAX 的虚拟实验元件建模与可视化研究3金勇进a,吴产乐a,b,叶　刚b(武汉大学a .计算机学院;b .国家多媒体软件工程技术研究中心,武汉430072)摘　要:分析并研究了基于Java3D 和3DMAX 协同工作的虚拟实验元件建模与交互式可视化方法;重点解决了在两种技术协同过程中模型内部处理与局部坐标系调整、wrl 文件模型的重新组合、组件旋转时局部坐标系变化、组件旋转与连接等建模与可视化技术问题;并设计开发了具有良好特性的三维网络虚拟实验室平台,其具有平台无关性、动态性与实时性。

关键词:虚拟实验元件;建模;可视化;组件;虚拟实验室中图分类号:TP39119 文献标志码:A 文章编号:100123695(2010)0722575204doi:10.3969/j .issn .100123695.2010.07.049Modeling and visualizati on of virtual experiment componentsbased on Java3D and 3DMAXKI M Yong 2jin a,WU Chan 2lea,b,YE Gangb(a .Co m puter School,b .N ational Engineering R esearch Center forM ulti m edia Soft w are,W uhan U niversity,W uhan 430072,China )Abstract:This paper p r oposed the method f or the modeling and the visualizati on of virtual component based on the coordina 2ti on work of Java3D and 3DMAX .I n particular,the f ocus were on the p r oble m s f or modeling and visualizati on such as the i m 2p le mentati on of model p r ocessing and adjust m ent of l ocal coordinate system in the p r ocess of the coordinati on,the recombina 2ti on of wrl 2model,the variati on of the l ocal coordinati on system in 3D virtual scene,the r otati on and the connecti on of compo 2nents,etc .Devel oped the 3D net w ork virtual lab system was designed,which was p latfor m 2independent,dyna m ic and real 2ti m e .Key words:virtual experi m ent component;modeling;visualizati on;component;virtual lab　引言随着计算机与互联网技术的发展,基于网络的实验教学模式越来越被人们所关注。

传统的基于实验室的实验教学模式由于受到时间、场所、实验设备的限制,学生不能自由地进行实验,而网络虚拟实验只需要浏览器即可随时随地进行[1～4]。

三维仿真技术的出现使虚拟实验室的研究与应用有了很大的进步。

当前最流行的虚拟化技术包括Java3D 、VR ML (virtual real 2ity modeling language )、VC ++和X3D (VR ML 的升级版本)等[5,6],但这些技术在开发虚拟实验室时存在着一些问题,只用Java3D 、VR ML 、X3D 或VC ++开发虚拟实验室系统工作量太大、建模功能不够强、容易出错。

为了克服这些问题,最近有研究者采用可视化工具和建模工具开发虚拟实验室[7～9],如Java 2VR ML 、Java3D 2VR ML 、VC ++2Aut oC AD 等,但其研究结果也受限于演示过程,数据传输速率和鼠标或键盘交互速度较慢、人机交互不够强等问题亟需解决。

本文分析并研究了基于Java3D 和3DMAX 协同工作的虚拟实验元件建模与交互式可视化方法,并设计与实现了微型计算机接口课程的三维网络虚拟实验室平台。

　相关研究1　可视化Java3D 是Java 语言在三维图形领域的扩展,它是在Open 2G L (open graphics library )基础上发展而来的,主要应用于较高层次三维软件的快速开发。

Java3D 对场景有很强的动态控制能力,易于与模型数据库集成,便于在网络传输和屏幕浏览。

在制作网络虚拟实验方面Java3D 是比较受欢迎的技术,并且能够导入其他的三维模型。

文献[10]主要研究了在Java3D 中模型之间的交互、模型与使用者之间交互。

文献[11]分析并研究了在Java3D 环境中虚拟物体的可视化方法。

1　建模3DMAX 是目前应用最广泛、最流行的三维建模技术,建模功能强大、可扩展性好,在角色动画方面具备很强的优势,丰富的插件也是其一大亮点;此外3DMAX 因操作简单,与其他相关软件的配合度也很高。

文献[7]详细讨论了使用obj 模型开发物理虚拟实验室的过程,首先用3DMAX 制作模型并导出obj 文件,然后将obj 文件导入到Java3D 环境中,对模型进行第27卷第7期2010年7月　计算机应用研究App licati on Research of Computers Vol .27No .7Jul .2010控制。

　基于2协同工作的虚拟实验元件建模与模型处理1　协同工作要求为了开发可视化交互能力强的三维网络虚拟实验,需选择最合适的建模与可视化工具,它们应满足下列要求:a)可较容易并较快地构建模型,且能将完整的模型数据导入并可视化;b)在虚拟环境下能实现三维模型的人机交互;c)开发出来的虚拟实验平台能够运行在互联网上。

经过比较,Java3D和3DMAX能够满足这些要求,本文使用3DMAX构建开发虚拟实验过程中需要的虚拟仪器,并使用Java3D实现模型的可视化。

用Java3D与3DMAX协同工作开发虚拟实验平台要考虑几个方面:a)Java3D与3DMAX协同时选择什么文件格式,它们能够共同支持的模型文件格式为wrl、obj、3ds;b)两个软件的坐标系关系,3DMAX坐标系与Java3D坐标系关系为X→X、Y→2Z、Z→Y。

1　文件与文件的比较Java3D23DMAX协同工作中选择模型文件格式特别重要,选择好模型文件格式才能提高虚拟环境的鼠标反应速度、组件间交互速度、网络数据传输率与模型可视化质量。

本文对Ja2 va3D和3DMAX共同支持的三个文件格式obj、3ds与wrl进行比较,最终选择将wrl文件作为模型文件。

3ds文件不易控制模型材质和组件,因而不适合作为模型文件格式。

W rl与obj 文件格式的比较结果如下:a)W rl文件远小于obj文件。

W rl文件大小不到obj的十分之一,如10MB的obj文件转换成wrl不到1MB,这意味着模型的可视化时间和组件间的交互时间减少到原来的十分之一,也大大提高了数据传输率。

根据多次测试,在2.66GHz CP U、512MB RAM、128MB显卡的计算机上对10 MB的obj模型进行可视化需要5.5s,对wrl模型进行可视化需要0.5s。

b)W rl文件数据信息完整。

Obj文件不包含材质信息,因此使用obj文件时一定要附带相关贴图,如model.obj、model1. m tl、model.gif等,这样就容易引起信息的丢失、可视化不正确。

而wrl文件数据信息较完整,包含几何模型数据和材质数据,可视化出来的三维虚拟模型与原来制作的模型一样。

c)用VR ML进行wrl文件的优化。

W rl文件本身就是VR ML语言的代码,因此通过VR ML23DMAX协作可对模型进行测试及优化。

d)Obj导入器只能识别小文字名,但wrl导入器能够识别所有文字名。

1　虚拟实验元件建模与模型处理21311　虚拟实验元件建模虚拟实验元件的建模阶段如下:a)对实验元件几何模型进行数学分析。

几何模型分析是对虚拟实验元件建模来说最基本的过程以及比较重要的过程。

几何模型分析如式(1)(2)所示:[Model]={M I D,MN,MS,MCN}(1)其中:M I D为模型号码;MN为模型名;M S为模型大小;MCN为模型的组件数量。

[Component]={C I D,CN,CS,CPo,CPr,C Mo,C Ma}(2)其中:CI D为组件号码;C N为组件名;CS为组件大小;CPo为组件位置;CPr为组件基本体;C Mo为组件修改器;C Ma为组件材质。

b)用X ML语言来描述实验元件几何模型。

c)使用3DMAX技术构建虚拟实验元件的模型。

21312　模型处理过程用3DMAX来构建模型以后对模型进行一些处理和调整局部坐标系的原点。

3DMAX含有多个坐标系,如世界坐标系、局部坐标系和视图坐标系等。

本文使用Java3D控制组件时要对每个组件的局部坐标系原点进行操作,而制作模型时局部坐标系的原点往往不在需要的位置,如制作开关模型时开关的局部坐标系原点在开关的中部,但在虚拟环境将开关旋转时底部的位置没有变化,那么旋转的中心一定要在开关的底部,所以必须通过3D MAX具有的调整局部坐标系的功能调整每个局部坐标系的原点。

模型处理需要几个阶段:a)做好模型;b)给每个模型取名;c)局部坐标系调整;d)保存每个组件对世界坐标系的相对位置(x,y,z);e)将组件移动到世界坐标系的原点,最后导出wrl文件。

局部坐标系原点调整结果如图1所示。

　基于组件的虚拟实验元件交互式可视化实现1　三维模型导入与组件的重新组合为实现模型的可视化,先将wrl文件导入虚拟场景中,wrl 文件通过VR ML导入器导入。

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基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统构建

基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统构建

基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统构建近年来，随着虚拟现实（VR）技术的发展，人们对于三维建模与可视化系统的需求越来越迫切。

基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统的构建，成为了许多行业和领域的热门话题。

本文将从技术原理、应用领域和未来发展等方面，对基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统进行探讨。

首先，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统建立在虚拟现实技术的基础上，借助计算机与传感器等设备，将现实世界的信息与虚拟场景相结合，实现对虚拟环境的感知和交互。

在三维建模方面，利用虚拟现实技术，可以将真实世界的物体或场景转化为数字化的三维模型，实现高精度、全方位的建模与重建。

在可视化方面，通过虚拟现实技术，可以将三维模型以真实感和沉浸感呈现给用户，使用户能够身临其境地进行观察和交互。

其次，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统在各个领域都有着广泛的应用。

在建筑与设计领域，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统可以提供更真实的设计效果展示，帮助设计师和客户更好地理解和沟通设计意图。

在教育与培训领域，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统可以创造出丰富多样的虚拟学习环境，提供更具互动性和趣味性的教学体验。

在医学与健康领域，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统可以帮助医生进行手术模拟和立体可视化诊断，提高治疗效果和减轻患者的痛苦。

此外，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统还具有广阔的未来发展潜力。

随着硬件设备的不断进步和虚拟现实技术的不断创新，三维建模与可视化系统的性能和用户体验将会进一步提升。

未来可能会出现更轻便、更高分辨率的虚拟现实设备，使用户可以更加方便地进行虚拟环境的观察和交互。

同时，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统还可以与其他前沿技术相结合，如人工智能、物联网等，开拓更多的应用场景和解决方案。

综上所述，基于虚拟现实技术的三维建模与可视化系统的构建是一个充满前景和挑战的领域。

随着虚拟现实技术的不断发展，我们可以看到三维建模与可视化系统在各个领域发挥着重要的作用。

基于JavaJava+3D的地层3维建模与可视化

基于JavaJava+3D的地层3维建模与可视化


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^R:F_ 等基于 !1=C 9 I + TT&DO:4D%F 83RS3R 建 立 的 G 0O:E! 维可视化平台 等。 在网上 ! 维 虚 拟 展 示 方 面， 现在已经出现了
收稿日期：#))@=<)=<< ；修回日期：#))"=<<=<A 基金项目：中国地质调查局环境地质调查资助项目 （ #))!<)@))))> ） 作者简介：杨小冬 （ <>AA=） ， 男， 湖北潜江人， 博士生， 主要研究方向为网络地理信息系统。 / N:D&：LE[; \ <*! ’ O%N
［ GI ］ 治算法和 凸 包 算 法 。本文是采用凸包算法来
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数据来源与数据预处理
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基于虚拟现实技术的3D建模与可视化研究

基于虚拟现实技术的3D建模与可视化研究

基于虚拟现实技术的3D建模与可视化研究虚拟现实技术的广泛应用，使得3D建模和可视化技术也得到了长足的发展。

3D建模可以在计算机中进行人类无法完成的建模工作，可视化技术则可以将建模结果以更加直观和清晰的方式展示出来。

本文将探讨基于虚拟现实技术的3D建模与可视化研究。

一、3D建模技术的发展3D建模技术可以分为物理建模和计算机建模两种。

物理建模是指通过实验和测量来获取物体的形状和尺寸，然后进行建模。

但这种方式往往比较费时费力，而且很难准确地获取物体的所有信息。

计算机建模则是通过计算机进行建模，计算机可以利用大量的数据来生成物体的模型，这种方式更加高效、准确。

3D建模技术的发展与计算机技术的进步密不可分。

早期的3D建模技术受限于计算机处理能力和存储空间的限制，只能生成简单的模型。

随着计算机硬件的发展和图形处理技术的提升，3D建模技术也得到了飞速发展，现在的3D建模软件不仅可以生成高质量的模型，而且可以进行动画、场景等复杂的建模工作。

二、虚拟现实技术的应用虚拟现实技术是指通过计算机技术，将仿真场景投射到用户视网膜上，并让用户与场景进行交互的技术。

虚拟现实技术的应用不断扩展，涉及到医疗、教育、娱乐等各个领域。

虚拟现实技术最重要的特点是可以模拟现实场景，使用户获得身临其境的感觉。

在3D建模领域，虚拟现实技术可以让用户直接进入3D建模的场景中，观察和操作建模结果。

这种方式比传统方法更加直观、清晰，可以有效提高建模效率和准确性。

三、基于虚拟现实技术的3D建模可视化研究基于虚拟现实技术的3D建模可视化研究是一个重要的研究领域。

这种研究可以将3D建模和可视化技术结合起来，实现更加高效、准确、直观的建模和展示。

在这个领域，有一些重要的研究成果。

首先，基于虚拟现实技术的3D建模可视化研究可以实现交互式建模。

通过虚拟现实技术，用户可以进入建模场景中，直接进行建模操作。

这种方式比传统的手动建模更加高效、直观，可以大大提高建模效率。

基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术的研究与实践的开题报告

基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术的研究与实践的开题报告

基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术的研究与实践的开题报告一、研究背景随着计算机技术的不断发展，网络三维实景可视化技术也日益成熟，以其真实、直观、交互等特点，受到了广泛的关注。

其应用领域也越来越广泛，如虚拟现实、电子商务、城市规划等。

而JAVA3D作为一种基于JAVA平台的三维图形开发工具，其优点在于简单易用、跨平台等，因此越来越受到人们的青睐。

本课题旨在研究基于JAVA3D的网络三维实景可视化技术，在Java平台下实现基于网络的实景三维可视化系统，并将其应用到城市规划领域中。

二、研究内容1.网络三维实景可视化技术的相关研究2.JAVA3D的相关知识和技术3.城市规划场景的分析与设计4.基于JAVA3D的网络三维实景可视化系统的开发5.系统测试与优化三、研究意义1.为城市规划领域提供一种全新的可视化手段，帮助人们更好地理解和规划城市2.推广JAVA3D技术在三维图形开发领域的应用，拓展JAVA应用领域3.为网络实景可视化技术的研究和应用提供一种有效的方法和思路四、研究方法本课题采用文献研究、案例分析、软件开发、系统测试等方法。

五、预期结果本课题预期结果为：基于JAVA3D的网络三维实景可视化系统的开发，并应用于城市规划领域，实现城市规划场景的三维可视化、交互、漫游等功能，提高城市规划的效率和精度。

六、研究进度安排第一阶段（1-2周）：文献研究和JAVA3D技术学习第二阶段（3-4周）：城市规划场景的分析与设计第三阶段（5-6周）：系统开发和测试第四阶段（7-8周）：系统调试、优化和完善第五阶段（9-10周）：撰写毕业论文，并进行答辩七、存在的问题和解决办法在研究过程中可能会遇到JAVA3D技术难以掌握、城市规划场景设计的瓶颈、系统开发的复杂性等问题。

针对这些问题，我们将采取逐步深入、灵活应对的策略，如多实践、多探究，多请教专家等。