1、圖形軟件支撐平臺(tái)和常用軟件簡(jiǎn)介,授課教師： 單位：,docin/sundae_meng,主要內(nèi)容,常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介 網(wǎng)絡(luò)圖形開(kāi)發(fā) 計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫軟件3DS Max簡(jiǎn)介,docin/sundae_meng,主要內(nèi)容,常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介 網(wǎng)絡(luò)圖形開(kāi)發(fā) 計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫軟件3DS Max簡(jiǎn)介,docin/sundae_meng,常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介,大多數(shù)圖形應(yīng)用程序建立在一定的圖形支撐軟件上 圖形支撐軟件需具有規(guī)范接口 便于圖形應(yīng)用程序共享和相互調(diào)用 采用標(biāo)準(zhǔn)圖形函數(shù)編寫的圖形軟件便于移植,docin/sundae_meng,常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介,早期圖形標(biāo)準(zhǔn) GKS （Graphical K

2、ernel System） PHIGS （Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard） 常用圖形支撐軟件 OpenGL DirectX 基于場(chǎng)景圖的圖形開(kāi)發(fā)工具 面向虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,docin/sundae_meng,OpenGL簡(jiǎn)介,繪制與造型底層軟件庫(kù) 獨(dú)立于程序語(yǔ)言、獨(dú)立于圖形硬件 提供了應(yīng)用程序與圖形硬件的接口 / 數(shù)百個(gè)基本函數(shù) 基本圖形單元生成 圖形屬性定義 幾何變換 光照計(jì)算 ,docin/sundae_meng,OpenGL簡(jiǎn)介,工作原理：狀態(tài)機(jī) 編程者設(shè)置各種狀態(tài)屬性，在繪制時(shí)，

3、場(chǎng)景中的所有物體均按照狀態(tài)機(jī)當(dāng)前所設(shè)置的屬性予以繪制。,OpenGL繪制流水線,docin/sundae_meng,OpenGL簡(jiǎn)介,GLU庫(kù)：OpenGL的重要補(bǔ)充 提供了更高級(jí)的功能 二維圖像縮放 繪制圓球、圓柱體、圓盤等三維物體 從單幅圖像中自動(dòng)生成Mipmap 支持NURBS曲線/曲面 支持非凸多邊形的三角化 支持投影變換矩陣等復(fù)雜的變換操作 ,docin/sundae_meng,OpenGL簡(jiǎn)介,圖形窗口管理 顯示窗口：屏幕上用來(lái)顯示圖形的矩形區(qū)域。 不能直接采用OpenGL基本函數(shù)庫(kù)建立顯示窗口 需借助于特定的窗口系統(tǒng) 不同的窗口系統(tǒng)有不同的OpenGL擴(kuò)展 GLX WGL,doc

4、in/sundae_meng,OpenGL簡(jiǎn)介,圖形窗口管理：GLUT庫(kù) 易學(xué)易用、獨(dú)立于平臺(tái) /resources/libraries/glut/ 一系列基本函數(shù)支持窗口、菜單、用戶輸入等操作 用于OpenGL繪制的多窗口及窗口管理 回調(diào)（Callback）驅(qū)動(dòng)的事件處理 支持鍵盤、鼠標(biāo)等多種輸入設(shè)備 “idle”例程和定時(shí)器（timer） 彈出式菜單 生成多種實(shí)體和線框體的實(shí)用例程 ,docin/sundae_meng,DirectX簡(jiǎn)介,GDI（Graphics Device Interface） OpenGL：使編程者能越過(guò)GDI直接與圖形硬件打交道 可視為GDI的

5、一種有效替代 DirectX：由微軟開(kāi)發(fā)，試圖實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源的“直接”存取 解決PC游戲應(yīng)用中GDI效率低下及其它一些問(wèn)題,docin/sundae_meng,DirectX簡(jiǎn)介,基于COM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，包含許多組件 每一個(gè)組件服務(wù)于圖形、聲音、輸入、網(wǎng)絡(luò)等特定需求 DirectX Audio DirectX Graphics DirectInput DirectPlay DirectShow,docin/sundae_meng,DirectX結(jié)構(gòu),docin/sundae_meng,場(chǎng)景圖依據(jù)場(chǎng)景中對(duì)象的邏輯和空間關(guān)系將其有效組織為圖或樹(shù)結(jié)構(gòu) 主要針對(duì)實(shí)時(shí)圖形繪制的 要求而設(shè)計(jì) 一個(gè)結(jié)點(diǎn)可

6、有多個(gè)子結(jié)點(diǎn)， 但只有一個(gè)父結(jié)點(diǎn) 施加于父結(jié)點(diǎn)的操作會(huì) 自動(dòng)傳遞到子結(jié)點(diǎn) Example：組合結(jié)點(diǎn),基于場(chǎng)景圖的圖形開(kāi)發(fā)工具,docin/sundae_meng,基于場(chǎng)景圖的圖形開(kāi)發(fā)工具,OSG 源碼開(kāi)放、跨平臺(tái) 基于場(chǎng)景圖的概念，構(gòu)建于OpenGL之上 完全采用標(biāo)準(zhǔn)C編寫，提供了面向?qū)ο蟮目蚣?一套由許多單獨(dú)的庫(kù)構(gòu)成的結(jié)點(diǎn)工具箱 數(shù)十個(gè)插件,docin/sundae_meng,面向VR應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,Vega Prime 高性能實(shí)時(shí)三維應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境 美國(guó)MultiGen-Paradigm公司產(chǎn)品 構(gòu)建于SGI OpenGL Performer之上 良好的跨平臺(tái)兼容性、可選模塊的通用性 支

7、持多種數(shù)據(jù)輸入格式 最典型的格式：OpenFlight（擴(kuò)展名為flt） 采用Vega場(chǎng)景圖VSG組織三維場(chǎng)景,docin/sundae_meng,面向VR應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,Vega Prime 由C應(yīng)用程序 接口和GUI配置 工具Lynx Prime 構(gòu)成,Lynx Prime 圖形用戶 界面,docin/sundae_meng,面向VR應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,Vega Prime 先采用高效建模工具（如MultiGen Creator，AutoDesk Maya等）建立三維場(chǎng)景，再載入Vega Prime進(jìn)行實(shí)時(shí)漫游，可大大減少開(kāi)發(fā)時(shí)間,Vega Prime生成的實(shí)時(shí)仿真圖片,docin/s

8、undae_meng,面向VR應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,CAVELib 構(gòu)建于OpenGL和OpenGL Performer之上 采用“回調(diào)”機(jī)制 支持一系列虛擬現(xiàn)實(shí)交互外設(shè) 六自由度定位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套等 獨(dú)立于硬件平臺(tái)，基于CAVELib的VR應(yīng)用程序可運(yùn)行于IRIX，Solaris，Windows，以及Linux操作系統(tǒng) 可運(yùn)行于IRIX，Solaris，Windows，Linux,docin/sundae_meng,面向VR應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,CAVELib 提供了構(gòu)建虛擬環(huán)境基本“模塊” 創(chuàng)建圖形窗口和視口 以觀察者為中心的透視計(jì)算 多圖形通道顯示 多進(jìn)程與多線程編程 機(jī)群同步與數(shù)據(jù)共享

9、立體視圖 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,docin/sundae_meng,面向VR應(yīng)用的圖形開(kāi)發(fā)工具,CAVELib 無(wú)需重新編譯，只要在運(yùn)行時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單的配置即可運(yùn)行于一系列顯示系統(tǒng) CAVE FLEX ImmersaDesk Reality Center HMD 其他類似的顯示設(shè)備,docin/sundae_meng,主要內(nèi)容,常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介 網(wǎng)絡(luò)圖形開(kāi)發(fā) 計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫軟件3DS Max簡(jiǎn)介,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,VRML：一種在Internet上描述三維虛擬世界的、開(kāi)放的、可擴(kuò)展的場(chǎng)景描述語(yǔ)言 源于Open Inventor 對(duì)Open Inventor的文件格式

10、進(jìn)行了擴(kuò)展 允許用戶通過(guò)JavaScript和Java編寫施加動(dòng)作的腳本程序，支持三維物體運(yùn)動(dòng)和用戶交互 普遍使用的是VRML 2.0（VRML97）規(guī)范,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,采用層次式場(chǎng)景圖組織三維場(chǎng)景 VRML場(chǎng)景圖是一有向非循環(huán)圖，由結(jié)點(diǎn)構(gòu)成。 一個(gè)結(jié)點(diǎn)可包含除自身外的其它結(jié)點(diǎn)作為子結(jié)點(diǎn) VRML 2.0中定義了50余種結(jié)點(diǎn)類型 幾何基本體素 外觀屬性 聲音及其屬性 各種組合結(jié)點(diǎn) 結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存貯于域中，VRML 2.0中有20余種域 可用于存貯單個(gè)數(shù)據(jù)或數(shù)組等組合數(shù)據(jù),docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,消息傳遞通過(guò)事件（even

11、t）實(shí)現(xiàn) 每一結(jié)點(diǎn)類型均定義了事件的名稱與類型 結(jié)點(diǎn)的實(shí)例可依照定義產(chǎn)生或接收事件 ROUTE聲明定義事件產(chǎn)生器與接收器間的事件傳遞路徑,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,動(dòng)畫和用戶交互通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn) TimeSensor結(jié)點(diǎn)以時(shí)間為序產(chǎn)生事件，是所有運(yùn)動(dòng)行為的基礎(chǔ) 其它傳感器隨用戶的交互輸入產(chǎn)生事件，是用戶交互的基礎(chǔ) 傳感器僅僅產(chǎn)生事件，它們必須通過(guò)ROUTE聲明與其它結(jié)點(diǎn)組合在一起才能對(duì)場(chǎng)景施加影響,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,物體的運(yùn)動(dòng)行為可由腳本（script）結(jié)點(diǎn)刻畫 在事件產(chǎn)生器和事件接收器間可插入腳本結(jié)點(diǎn) VRML 2.0定義

12、了針對(duì)Java和JavaScript語(yǔ)言的腳本結(jié)點(diǎn)綁定 VRML中的Interpolator結(jié)點(diǎn)作為內(nèi)置的腳本，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)計(jì)算,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,VRML 2.0采用兩種基本技術(shù)支持分布式場(chǎng)景 通過(guò)內(nèi)聯(lián)（Inline）結(jié)點(diǎn)，可在一個(gè)VRML文件中引入存貯于互聯(lián)網(wǎng)任何地方的其它VRML文件 EXTERNPROTO聲明允許從互聯(lián)網(wǎng)的任何地方獲取新的結(jié)點(diǎn)定義,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,創(chuàng)建VRML三維虛擬世界的四種方式 可通過(guò)手工編輯建立較為簡(jiǎn)單的三維場(chǎng)景 可借助于造型及動(dòng)畫軟件等工具建立較為復(fù)雜的三維場(chǎng)景，通過(guò)該軟件工具

13、將所建立的三維場(chǎng)景輸出為VRML文件 可通過(guò)格式轉(zhuǎn)換工具將以其它格式存貯的三維場(chǎng)景轉(zhuǎn)換成VRML格式 可編寫程序創(chuàng)建VRML虛擬世界,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,VRML文件后綴為wrl 可通過(guò)標(biāo)記將VRML虛擬世界嵌入HTML文件 Example： 常用Internet瀏覽器的VRML瀏覽器插件 Cortona cortona3d/cortona,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,一個(gè)簡(jiǎn)單的VRML場(chǎng)景示例 采用3個(gè)PlaneSensor分別沿x,y,z軸移動(dòng)一個(gè)小方塊 smeenk 需安裝VRML瀏覽器，如Cortona,docin/s

14、undae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,X3D是針對(duì)VRML97 ISO規(guī)范的修訂 吸收了圖形硬件、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)安全等技術(shù)的最新進(jìn)展 在一個(gè)可擴(kuò)展的架構(gòu)下盡可能地提供好的視覺(jué)效果和性能 采用XML編碼的場(chǎng)景圖使三維圖形得以集成到web服務(wù)架構(gòu)和分布式環(huán)境中,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,X3D是針對(duì)VRML97 ISO規(guī)范的修訂 與VRML兼容，是更為成熟的ISO標(biāo)準(zhǔn)，可有效支持 二維/三維圖形、CAD數(shù)據(jù) 動(dòng)畫、視音頻 基于鼠標(biāo)/鍵盤的用戶交互、導(dǎo)航 用戶定義的對(duì)象、腳本 網(wǎng)絡(luò) 物理仿真 ,docin/sundae_meng,VRML/X3D簡(jiǎn)介,X3D相較

15、于VRML的優(yōu)點(diǎn) 采用XML編碼以便于與其他應(yīng)用集成 場(chǎng)景與環(huán)境可以在不同的用戶之間有預(yù)見(jiàn)性地運(yùn)行 組件化 場(chǎng)景創(chuàng)作界面更為簡(jiǎn)單且功能一致 二進(jìn)制格式能進(jìn)行加密和壓縮 ,docin/sundae_meng,Java3D簡(jiǎn)介,美國(guó)Sun公司推出的用于處理、控制和繪制三維場(chǎng)景的編程接口，能支持 三維物體生成（或載入其他軟件生成的三維物體） 光照 紋理映射 透明效果 霧化效果 動(dòng)畫 物體變形 立體圖像 碰撞檢測(cè) 用戶與三維場(chǎng)景交互 ,docin/sundae_meng,Java3D簡(jiǎn)介,用Java 3D編寫的程序可運(yùn)行于不同的平臺(tái)和Internet之上 對(duì)OpenGL和DirectX等進(jìn)行了有效封裝

16、 虛擬空間(Virtual Universe) 虛擬空間采用場(chǎng)景圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，是場(chǎng)景圖的根結(jié)點(diǎn) 包含物體的形狀和外觀描述、燈光、虛擬相機(jī)等 每一個(gè)Java 3D應(yīng)用程序都必須定義一個(gè)虛擬空間,docin/sundae_meng,Java3D簡(jiǎn)介,利用Java 3D應(yīng)用程序顯示三維場(chǎng)景的基本步驟 建立包含三維場(chǎng)景的虛擬空間 建立一個(gè)可包含一組三維物體的群組（group）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 向群組中加入物體 設(shè)置觀察物體的虛擬相機(jī) 將群組加入虛擬空間 Java 3D教程 /,docin/sundae_meng,主要內(nèi)容,常用圖形支撐軟件簡(jiǎn)介 網(wǎng)絡(luò)圖形開(kāi)發(fā) 計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫軟件3DS Max簡(jiǎn)介,docin/sundae_meng,三