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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇三維仿真論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞三維建模技術；結構優化；模型優化；層次模型
中圖分類號TP301文獻標識碼A文章編號1000-2537（2014）02-0090-05
為了在計算機的虛擬環境中生動形象地模擬自然環境之中人的視覺、聽覺、嗅覺以及運動等行為，虛擬現實技術應運而生[1].經過近幾年的發展，該項技術已成為計算機領域的一個新型研究方向，獲得國內外學者以及企業的廣泛關注并引起濃厚的研究興趣[2-3].在虛擬現實技術中，三維建模是該技術的一個關鍵步驟和核心技術，也是實現虛擬現實系統的基礎[4].由于虛擬現實系統需要較高的實時性，而三維建模的優劣直接影響整個這類系統的實時性[5]，這使得三維建模成為了此項技術的研究熱點，而三維建模流程的優化又成為了重中之重.
目前，關于三維建模流程的優化研究主要集中在模型階段，其中部分研究取得了較好的實際應用效果[6-7].然而，如果在三維建模之前各模型分塊不合理的話，就會導致建模過程耗時較大，從而大大降低系統的實時性.針對這種情況，論文基于過程的思想，從結構優化、模型優化兩方面對整個三維建模流程進行優化.同時，論文還提出了一個新型層次模型簡化算法以進一步縮減三維建模流程中模型間優化的時間間隔.
6結束語
論文對三維建模進行研究，基于過程優化思想，提出了一個新的三維建模流程優化方法.同時，針對其中的模型簡化也進行了研究，提出了一個層次性模型簡化算法.通過模擬聯合站系統實驗表明，所提三維建模流程優化方法在建模總體效果和實時性兩個方面，都具有一定的優越性.
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【關鍵詞】水下機器人；視景仿真；運動模型；OGRE0.引言
發展海洋是新時代的必然趨勢，水下機器人對海洋開發、海洋調查測繪及相當多水下作業都有舉足輕重的作用。水下機器人系統的研究和開發中，仿真技術可以縮短其研制周期、提高研發質量和減少經費，避免因系統故障時導致其丟失的嚴重后果。三維視景仿真技術廣泛應用于軍事、航海、航空航天、游戲及醫療等領域，是集圖形學、圖像處理、模式識別、網絡等計算機技術高度發展的一門綜合性技術。
3Dmax與OGRE（Open-source Graphics Rendering Engine）是近年來得到迅速發展的嵌入Windows三維模型仿真技術。它性能卓越，API具有良好的可移植性。本文通過3Dmax建模和OGRE 3D引擎作為仿真平臺，及Qt設計窗口，在Visual Studio2008環境下完成仿真。
首先配置好VS2008和OGRE開發環境，主要是一些插件和動態鏈接庫，定義OGRE將要使用的資源，選擇并設置渲染系統。通過初始化使用一些資源，并用這些建立一個場景，啟動渲染循環。
1.仿真的一般流程
通常我們先用軟件Creator、3Dmax、Photoshop和Auto CAD等畫出一維、二維及三維的仿真圖形庫。一些特殊的如仿生魚水下機器人建立時圖形仿真時用到了自由變形計軸變形及其他樣條曲線理論的支持完成。到最后顯示的視景仿真一般都是通過Vega或者OpenGL再通過Visual studio編譯執行寫好的虛擬現實代碼等來實現仿真，而且3D仿真大都需要進行碰撞檢測。為了設計窗口的方便可能運用MFC或其它工具來設計人機交互窗口，最終形成一個完整的仿真系統。
2.模型的建立
通過3Dmax所得到的水下機器人三維模型。
根據國際水池會議推薦，建立固定坐標系（慣性坐標系）和運動坐標系（附體坐標系）上圖的水下機器人也將按此坐標系[1]。
由于完整的六自由度運動方程具有極強的非線性和耦合性，所以需要我們進行解耦進而進行求解。對于方程的簡化與求解大多數專家并沒有給出，不過我們通常根據不同的水下機器人的形狀等特點來適當減少式中的未知量及個數，一般將各方向的運動都簡化為平面運動。簡化得到的方程式不但有的時候能讓我們更容易的得到未知量來實現仿真，而且對于水動力系數等得求解也簡單的多。三自由度、五自由度及六自由度的操縱性方程是最常見的，有的為了方便甚至直接簡化為一維的線性方程，再通過一些其他的算法來趨緊真實的結果。
水動力模型相對復雜，最簡單就是力、力矩對速度、加速度、舵角等的一階偏導數即線性流體水動力導數。這里就不諸一列舉各項研究所用的水動力方程，水動力系數的選取與獲得現在一般是通過經驗公式、拖曳實驗及CFD技術。其中拖曳實驗應該是最準確的，但是它也受到實驗環境及未知因素的影響。CFD技術已經被張赫等人驗證了其具有一定的準確性[2]。
其中附加質量及附加質量所形成的力及力矩經常被放到質量矩陣里面。張赫也提過用面緣法來對慣性水動力系數進行估算。張曉頻采用現有的比較成熟的商業流體力學軟件FLUENT模擬潛水器的粘性繞流流場，模擬阻力試驗、斜航試驗和平面運動機構（PMM）試驗，求解操縱性水動力系數。建立多功能潛水器六自由度運動的數學模型，編寫仿真程序，預報其操縱性能[3]。
帶有均衡潛伏系統的數學模型的建立，推進器的推力模型，舵的水動力系數模型及升降系數模型，海流模型、海浪模型及帶纜的數學模型等。這些模型有的時候對仿真系統的仿真結果影響不大，有的時候卻是起到主要影響作用，因此我們要視情況而定以達到仿真的最佳效果。梁宵構建了舵、翼、槳聯合操縱的微小型水下機器人運動仿真系統，討論PDCE運動控制系統結構及主要組成部分并通過外場試驗來驗證其可行性及可靠性[4]。
3.視景仿真的應用
不論我們研究什么理論到最后都要進行試驗的驗證，仿真就是為了使得試驗更簡單，更直觀，風方便，甚至可以做到一些現實中無法做到的假設試驗。
張赫過定常流動和非定常流動這兩種情況進行不同試驗形式的模擬計算，在得到模擬結果的同時，給出相應循環水槽試驗結果，最后做出對比結果的分析。其中定常運動包括模擬直航試驗和模擬斜航試驗，非定常試驗包括模擬平面運動機構進行的五種操縱性試驗。最后在結論分析中對上述三種數值計算方法進行了總體的比較和分析，并由試驗結果給出了用于建立潛水器空間運動方程的各個系數。為了我們的研究需要，可以發揮我們自己的想象合理的去做仿真試驗，會得到意想不到的好處與突破創新。
4.結論
建立了動力學模型，研究了對象的水動力性能，得到運動方程所需的水動力、重力、浮力、推進器作用力等，并在此基礎上建立了以推進器為主要操縱方式的運動仿真系統，對水下機器人的運動完成視景仿真，得到視景仿真的效果圖。我們不但可以做不同的試驗來獲得水下機器人的操縱性能、適航性及受力變化情況，還可以此來對其進行結構上分析與設計。之后我們還可以將水下機器人的高度智能化進行視景仿真來驗證與設計。還可以對某些重要的系數進行參數識別的仿真實驗，還要繼續加強視景仿真的真實性，來適應需求更高的仿真。 [科]
【參考文獻】
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關鍵詞：射線跟蹤，規劃仿真，傳播模型
一、概述各移動運營商及移動通信相關技術咨詢單位在進行規劃方案驗證時，傳統的方法是通過規劃仿真軟件使用宏蜂窩傳播模型及20米精度三維電子地圖對規劃方案進行仿真驗證；然而，宏蜂窩傳播模型的應用范圍和自身局限性限制了規劃方案仿真驗證的精度：首先，宏蜂窩傳播模型的應用范圍一般在500米以上，而CBD區域基站的覆蓋半徑一般在500米以下。其次，宏蜂窩傳播模型只能從宏觀上反映方案覆蓋效果，無法根據建筑物的高度從微觀上反映局部的覆蓋情況。因此，需要采用更合適的傳播模型配合高精度的三維電子地圖對CBD區域的規劃方案進行仿真驗證，以確保該重點區域無線網絡建成后的網絡性能。
目前射線跟蹤模型作為一種高精度的規劃仿真傳播模型在大中型城市覆蓋重點區域的規劃方案仿真驗證中得到廣泛應用。本文首先對射線跟蹤模型的原理進行探討，然后以WaveCall公司的WaveSight模型為例說明射線跟蹤模型的應用方法。其結果有助于應用射線跟蹤模型對規劃方案進行精確驗證，對規劃工作有積極的參考和指導作用。
二、射線跟蹤模型簡介2.1 微蜂窩傳播模型介紹 當前傳播模型根據應用范圍可分為宏蜂窩傳播模型和微蜂窩傳播模型，宏蜂窩傳播模型應用范圍為1km至幾十km；而微蜂窩傳播模型應用范圍僅為幾百米，一般只適用于基站附近區域。免費論文。由于CBD區域基站的覆蓋一般在500米以內，因此應用微蜂窩傳播模型對該區域規劃方案的效果進行仿真驗證更為合適。
微蜂窩傳播模型根據模型建立方法，可分為經驗模型，確定性模型以及混合模型；
l經驗模型
經驗模型是在大量測量的基礎上產生的，該模型與室外傳統宏蜂窩傳播模型類似，不考慮理論計算，對基站附近測量大量數據后統計歸納出經驗模型。
l確定性模型
確定性模型是依據電波傳播理論計算出接收點與發射點之間的傳播損耗。射線跟蹤模型是一種典型的確定性模型，確定性模型不考慮測量，僅在確定計算公式中的個別參數時需要測量驗證。
l混合模型
混合模型結合了經驗模型和確定性模型，一方面混合模型以電波傳播理論為依據得出電波的傳播模型，同時需要對基站附近測量大量數據以統計確定傳播模型中的參數值。
2.2 射線跟蹤模型介紹 射線跟蹤模型是一種確定性模型，其基本原理為標準衍射理論（Uniform Theory ofDiffraction，簡稱UTD）。根據標準衍射理論，高頻率的電磁波遠場傳播特性可簡化為射線（Ray）模型。因此射線跟蹤模型實際上是采用光學方法，考慮電波的反射、衍射和散射，結合高精度的三維電子地圖（包括建筑物矢量及建筑物高度），對傳播損耗進行準確預測。
由于在電波傳播過程中影響的因素過多，在實際計算預測中無法把所有的影響因素都考慮進去，因此需要簡化傳播因素；射線跟蹤算法把建筑物的反射簡化為光滑平面反射、建筑物邊緣散射以及建筑物邊緣衍射。
根據考慮路徑的種類不同，射線跟蹤模型可分為三種：
l2D射線跟蹤模型
只考慮水平切面的傳播路徑，即第一類路徑。
l3D射線跟蹤模型
只考慮水平切面以及垂直切面的傳播路徑，即第一類及第三類路徑。
l全3D射線跟蹤模型
考慮所有傳播路徑，即考慮所有第一、二、三類路徑。
三、射線跟蹤模型基本原理射線跟蹤模型的基本原理是簡化傳播因素，采用光學方法定位傳播路徑并計算各接收點與發射點之間的路徑損耗；因此，射線跟蹤模型的關鍵在于如何定位接收點與發射點之間的傳播路徑并計算路徑損耗。免費論文。
3.1 水平切面的傳播損耗從發射源在接收點之間可能存在很多傳播路徑，但是一般只有一到兩條強度最強，在傳播中起主導作用的主導傳播路徑。路徑損耗計算時只需計算主導傳播路徑的損耗即可。免費論文。
3.2 垂直切面的傳播損耗 相對于水平切面的傳播損耗，垂直切面的傳播損耗計算要簡單一些，計算垂直切面的傳播損耗時，需要首先確定發射源與接收點之間的垂直傳播路徑，然后計算其中各個刀鋒衍射損耗，其路徑損耗為各刀鋒衍射損耗之和。
3.3 射線跟蹤模型簡要結論 根據射線跟蹤模型的理論以及相關資料，可以得到射線跟蹤模型的簡要結論如下：
1.對近距離的場強預測， 水平切面算法（2D射線跟蹤算法）起主導作用。
2.全3D方向算法中全3D路徑（即第三類路徑）對遠距離的場強預測準確性影響很大。
3.在整齊規劃的建筑群中，對遠距離的場強預測，垂直切面算法可取代全3D方向算法。
四、射線跟蹤模型的應用 本節主要以WaveCall公司的WaveSight射線跟蹤模型為例，對射線跟蹤模型的應用進行說明。
WaveCall公司的WaveSight射線跟蹤模型作為AIRCOM公司的規劃軟件Enterprise的插件，可用于高精度的規劃方案仿真驗證。該模型基于標準衍射理論及射線跟蹤算法，綜合考慮電波傳播范圍內建筑物的輪廓、高度、地形剖面圖，對電波的傳播特性進行準確預測。
WaveSight模型是一種3D射線跟蹤模型，該模型包括兩種類型路徑：水平切面路徑以及垂直切面路徑。
對比傳統射線跟蹤模型，WaveSight 具有優點十分明顯：首先，WaveSight射線跟蹤模型采用了不同于傳統射線跟蹤模型的算法，空前地提高了計算效率：該模型完成一個基站的覆蓋預測所需時間僅是傳統射線跟蹤模型所需時間的1/3左右，不僅保證了覆蓋預測的精度，同時還保證了覆蓋預測的速度。此外，WaveSight 模型使用簡單，該模型不需要使用測試數據對其進行調校，僅需要輸入兩個參數：使用頻率及接收端高度。
WaveSight 射線跟蹤模型的缺點是：僅適用于市區環境，對電子地圖精度要求較高，不僅要求地圖精度必須達到5m 以上，而且要求提供建筑物矢量信息以及高度信息。
五、結論及后續工作 本文首先對射線跟蹤模型的原理進行探討，然后給出射線跟蹤模型的簡要結論，最后以WaveCall公司的WaveSight模型為例說明射線跟蹤模型的應用方法。其結果有助于應用射線跟蹤模型對規劃方案進行精確驗證，對規劃工作有積極的參考和指導作用。
今后研究工作可以再上述研究基礎上進一步展開，對全3D射線跟蹤算法進行進一步的探討，同時也可以對其它射線跟蹤模型如WinProp模型等進行研究，
進一步研究射線跟蹤傳播模型算法，更精確地城市CBD區域進行預測，指導網絡的規劃及優化工作。
【參考文獻】
1．WaveCall公司；《WaveCallPropagationWhitePaper》；2001
2．WaveCall公司；《WavecallCaseStudy》；2001
論文關鍵詞：虛擬現實,分層裝配,運動仿真,Quest3D
虛擬裝配作為虛擬制造技術[1-3]的重要組成部分，近年來得到了學術界和工業界的廣泛關注，并對敏捷制造、虛擬制造等先進制造模式的實施具有深遠影響。利用虛擬裝配，可以驗證裝配設計和操作的正確與否，以便及早的發現裝配中的問題。而通過虛擬運動仿真，可模擬產品運動狀態下運動設計精度的準確度。通過反饋信息可對模型進行修改，并通過可視化顯示裝配運動過程。運用該技術不但有利于并行工程的開展，而且還可以大大縮短產品開發周期，降低生產成本，提高產品在市場中的競爭力。虛擬裝配改善傳統以經驗為主、裝配滯后于加工設計的弊端。本文提出基于Quest3D的虛擬裝配及運動仿真的實現方法，依據零件的裝配分層關系實現序列拆裝，并給出虛擬裝配系統的設計方法和案例。
1 分層序列裝配模型
由于機械產品結構復雜，每個零部件之間都有嚴格的裝配關系[4-5]，無論是拆還是裝都需要按照設計的裝配結構來進行。本文采用層次化序列裝配模型，即將產品的整體結構按照其真實的裝配標準按層次劃分或分解為不同級別的能夠進行獨立裝配的裝配單元，形成并行裝配序列。通常產品的裝配單元可分為：零件、合件、組件、部件、機器五個等級的裝配體，裝配時，按照上述等級依次分解，上一級包含下一級子裝配體，下一級子裝配體又包含更下一級子裝配體直至最終不可分解的零件，其中每一級裝配體按照其裝配次序形成序列。層次化模型的優點在于更清晰表達產品中零部件之間的層次關系，并可以用子裝配體表達一組功能上或物理結構上相關的零件集，可減少裝配分析的復雜性，簡化問題的求解過程。圖1 為分層序列裝配示意。
幾點說明：
（1）在裝配模型設計中，每一層裝配體都會存在基準件，按照裝配工藝要求將基準件設為該層序列的第一個裝配體，以保證滿足裝配標準和裝配精度；
（2）裝配單元的劃分依據具體機械產品的裝配要求，如果在某層子裝配體中如（部件層）出現單一零件時，該類零件則視為部件級零件，可以直接在相應層中進行裝配順序排序。
2 基于Quest3D的虛擬裝配系統設計
2.1 系統總體架構
本文的虛擬裝配系統分為兩個區，即場景區和功能區。場景區包括攝像機控制、3D模型導入和顯示、環境設置。其中，攝像機控制是根據用戶需求實現對模型及場景的瀏覽漫游功能如移動、旋轉和縮放等；3D模型導入和顯示則是基于原始模型實現數據轉化和表示，每個零件都具有位置、材料及貼圖信息屬性；環境設置包括場景布置、燈光設置以及UI設計。功能區由五個功能模塊組成，分別為：整體拆裝模塊、序列拆裝模塊；手工模擬拆裝模塊及運動仿真模塊。如圖2所示。
2.2 模型導入轉化及場景設置
通過UG NX三維建模，生成原始數據模型，應用Deep Exploration軟件將prt文件模型進行文件格式轉換為dae文件，中學英語論文然后導入到Quest3D中。Quest3D可對導入所有數字內容的進行設置和編制。由于機械產品結構復雜，所包含零件繁多，Dae初始模型是分成若干個可裝配的零部件，需要通過程序定義其在場景中的世界坐標及彼此位置關系，用3D render場景模塊把它們組合在一起并顯示。
為了能更好控制每個零部件裝配運動狀態，在Quest3D中可添加Motion模塊作為每個可裝配零部件的運動屬性[6]，如圖3所示。為保證零件裝配運動速度可調節性，Quest3D 提供阻尼模塊參數Damping value，將其與運動方向建立聯系。在拆或裝時候，阻尼參數發揮作用，Damping 值增加時，阻尼增大，零件裝配運動減慢，反之亦然。
場景設置主要包括光照、攝影機設置、貼圖、材料、紋理等效果制作。光照采用平行光源和點光源從攝像機的投射方向給予模型物體較好的立體視覺效果，增強用戶的沉浸感和系統的交互性。攝影機是用于確定觀察者位置和投射方向以及與物體相對空間視窗的對應關系。系統采用物體注視攝像機（Object Inspection Camera）作為場景的交互窗口，通過調節攝像機的Position Vector，Camera Matrix和Camera Target模塊參數，設定攝像機的位置、縮放的范圍等，用戶即可利用三維鼠標就可以對三維場景中所有物體進行瀏覽操作。圖4為三維模型導入效果圖中，（a）為一個二級減速器，（b）為車床主軸箱。
2.3 裝配及運動設計
Quest3D中的三維模型中各個裝配體依據裝配單元建立層級鏈表，即確定拆裝過程的序列。每個裝配體都具有Motion模塊屬性，包括postion Vector（位置）、Rotation Vector（旋轉）和Size Vector（縮放），拆裝的原理是根據裝配序列依次對裝配體的各個矩陣中參數的進行改變設置，從而實現裝配體的平移運動和旋轉運動，以達到零部件裝配效果。
虛擬裝配過程分為整體拆裝、順序拆裝及模擬手動拆裝方式。整體拆裝是對整個模型一次性實現拆分和裝配過程，體現“爆炸”效果；順序拆裝是按照裝配單元依次進行拆裝；模擬手動拆裝則是通過建立工具箱模塊，用戶可從工具箱中選擇合適工具模擬真實拆裝過程。無論以何種方式進行裝配，拆裝模塊作為獨立模塊可進行重復調用，表1為拆裝模塊中相關設置參數表示。
系統的UI模塊是用戶實現裝配操作的交互窗口，不同類型的機械產品可根據其復雜程度和操作方便性、人性化原則進行設計。本系統可用三維鼠標實現場景模型的移動、旋轉和縮放，同時設置菜單、按鈕、復選框等控件進行裝配過程的選擇、設置和操作。圖5是減速器（a）和車床主軸箱（b）虛擬拆裝圖示，圖6為CA6140車床的18級變速虛擬傳動示意圖。
3 結論
本文提出了分層裝配思想應用Quest3D 引擎開發的虛擬裝配和運動仿真系統可用于不同類型的機械產品模型，通過建立虛擬場景、UI功能模型有效達到了用戶對于產品的交互操作，其虛擬裝配過程和運動仿真對于企業設計制造及高校實踐教學提供了較好的虛擬現實平臺。
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論文關鍵詞：內燃機LPG，點火方式，燃燒特性
0 引言*
人類對于自身的生存環境及空間的保護意識日益強烈,內燃機的主要發展方向已著眼于燃油消耗、排放、噪聲等環保指標，為此清潔代用燃料被廣泛使用。目前比較成熟的代用燃料主要為液化石油氣(LPG)及壓縮天然氣(CNG)，其中LPG成本低、物化特性接近于汽油，甚至在抗爆性及單位體積熱值方面優于汽油，是一種優秀的替代燃料[1～3]。
但是由于LPG燃燒速度較慢，燃燒持續時間較長，引起了熱效率低、氣耗高、排放差、排溫高、爆震邊界窄等嚴重影響發動機性能的問題[4,5]（采用稀燃技術后，這些問題更加突出）。為解決這些問題，本文利用AVL-FIRE三維仿真軟件計算分析了不同點火方式對發動機燃燒特性的影響，通過仿真結果及實驗驗證雜志鋪，得出能改善缸內燃燒、提高發動機性能的點火方式。
1 實驗樣機及臺架介紹
本研究的實驗樣機以四缸柴油機為原型，進行了針對LPG燃料的改裝。發動機采用了增壓稀燃技術及電控閉環預混合技術并根據研究需要采用了多模式點火驅動技術。具體參數由下表1給出：
表1 實驗樣機參數
Tab. 1 The parameter of the experimental prototype(EP)
項目
規格
說明
缸數
4
缸徑×沖程
108×115
單位mm
排量
4.214
單位L
額定功率/轉速
103KW/2800 r·min-1
115KW/2800 r·min-1
單點火模式
雙點火模式
最大扭矩/轉速
420 N·m/1400-1800 r·min-1
430 N·m/1400-1800 r·min-1
單點火模式
雙點火模式
1000rpm扭矩
320 N·m
吸氣方式
增壓中冷
空—空中冷
燃氣系統
TBD
噪聲
<94 dB
1m聲壓級
發動機重量
<380Kg
電控系統
關鍵詞：MAXSript；勾線效果；暈染效果；合成效果；彩墨效果
中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 21-0000-03
近幾年是中國不平凡的幾年，“中國熱”現象持續升溫，中國特色動畫形式——水墨動畫經歷輝煌、沉寂之后，以三維技術的形式再次吸引了大家的眼球。
傳統水墨動畫曾因難度大、耗時耗力而難以為繼，三維水墨技術將水墨動畫的難度一再降低，但水墨動畫并沒有普及，而水墨效果的模擬已經成為制約水墨三維動畫發展的攔路虎。
水墨風格效果仿真的處理方式主要為兩類：一類是基于物理原理的模擬，另一類是基于圖像特征提取的模擬，以及再現。第1類方法的特點是繪制，以原畫繪制為主體，水墨效果以位圖為材質基本元素，效果好，但缺點是非常耗時。第2類方法的特點是更加快速，但繪制效果不如前者逼真，且開發技術難度大。
從制作動畫的角度考慮：使用第1類方法需要大量原畫人員，且只能進行離線渲染；使用第2類方法渲染速度快，適合應用于網絡游戲及動畫領域。
如何更好的擁有渲染速度快及技術難度低一點的水墨效果設計方法，是一個值得研究的問題。
1 MAXScript腳本開發技術
3ds Max作為國內用戶最多的三維動畫設計軟件，大受用戶歡迎，然而其三維腳本插件技術卻鮮為人知。近幾年各高校動漫專業遍地開花，動漫學習者人數每年逐次增加，而知道或者聽說過MAXScript的卻寥寥無幾。對于熟悉3ds Max的人來說，腳本絕對可以帶給大家全新的理念。
1.1 藝術設計群體腳本開發技術分析
一部動畫片是否“好”，不在于其所使用的是什么技術，技術故事畫面和情節能否打動人才最關鍵。真正好的動畫片，靠的是故事本身的感染力和情感訴求與觀眾產生共鳴。作為其表達情感的一種方式，如何更好地利用現有技術來為展現畫面感染力服務，是設計者最關注的。動畫藝術設計者可以沒有很好的“高深”技術編程能力，但一定需要具備發現美、展現美的能力。因此，藝術設計者往往會將更多的精力用于后者的培養，應用編程技術來開發作品的能力則一般較低。
而三維動畫或為了達到更真實更具美感的效果，或為了更快速而有效的完成某一特效，需要更多功能強大的應用軟件或插件來實現。
然而CG設計行業的現狀是，插件設計者與一線的藝術作品設計者交集較少。尤其國內，插件開發者一般從事圖形學和三維重建等的研究，而作品設計者一般是藝術設計專業人才[1]。如何將藝術創作和需求的插件設計結合起來，使基于插件開發的群體更好地把握所需特效的精髓，是需要解決的一大問題。
1.2 MAXScript腳本特征分析
MAXScript腳本語言最大的優勢——易學易用。MAXScript非常適合沒有編程基礎的大眾用戶特別是藝術設計類用戶學習。因為它的語法格式和規則非常少。MAXScript腳本語言除了能把腳本做成工具欄的按鈕以外，還可以通過命令行窗口將用戶在3ds max用戶界面中的操作轉化為MAXScript腳本。
腳本語言必須具備的特點——功能強大。MAXScript語言具備一般程序語言的普遍特點，而且幾乎可以實現所有3ds max界面下的交互操作。MAXScript完全基于OpenGL以及VC核心制作，功能強大。如果能好好利用MAXScript，完全可以在3ds max里實現許多MAYA等工具的優勢功能。
與國內應用最廣的三維動畫軟件3ds max——融合最好。MAXScript是3ds max內置腳本語言，是3ds max軟件最好的表達式和插件編寫工具。MAXscript很好地融入到了3ds max用戶界面中，可以將腳本集成為程序面板、卷展欄、浮動窗口或者工具欄中的一個按鈕，也可以用來擴展或替代對象、修改器、材質、貼圖、渲染效果和大氣效果的默認設置界面。
1.3 MAXScript腳本開發技術應用
3ds max中的插件又稱作外掛濾鏡（Plug_in），3ds max允許用戶對軟件功能進行重新卡發，對軟件功能進行擴展和完善。因此，3ds max中已有的外掛濾鏡，大部分可以重新被擴展，或重新定義——在MAXScript腳本語言中這種能力被稱為“規劃移植”[2]。
MAXScript并不能對所有的插件進行新對象的擴展，部分插件類型限制只能對已有的插件進行功能性擴展，如本插件中需要用到的貼圖插件。還有個別插件類型暫時還被限制擴展。在編寫MAXScript插件時必須指定對應的插件類型，才能調用該插件類型的相關屬性。
MAXScript腳本文件大致可分為3種類型：程序型腳本（.ms）、插件型腳本（.ms或.dlx）和宏腳本（.mcr）。
根據類型的不同，文件名和所使用的方式也有所不同。3ds max軟件本身提供了很多腳本范例，都可以直接使用，有些非常優秀。另外，國外的一些腳本網站也提供了大量的免費或收費腳本。
3ds max腳本擴展名為*.ms，可以使用記事本來編輯腳本另保存為*.ms，3ds max內置有一腳本編輯器，通常使用這種方式來編寫腳本。
MAXScript腳本語言因其語法格式和規則非常少，操作相對簡單，適合沒有編輯基礎的用戶。國外有不少免費學習網站，同時還有不少優秀的免費插件開源，對于學習MAXScript腳本語言有較大的幫助。
2 基于MAXScript的水墨效果仿真
水墨筆觸的特點遵循了中國特色藝術特點，所謂“大音希聲，大象無形”，描述的是一種和自然融為一體的境界[3]。水墨筆觸就是一種墨水與宣紙融為一體，墨的濃淡、宣紙不同位置對墨水的吸收自然呈現，仿佛自然存在于宣紙上，沒有刻畫痕跡的特殊筆觸，對水墨筆觸的模擬難度是可想而知的。
ChineseMaterials水墨材質插件是對水墨暈染[4]與勾線效果[3]的仿真設計。通過MAXScript腳本語言對3ds Max的標準材質插件進行擴展，得到本插件。插件功能模塊如圖1。插件功能結構表如表2。
由于兩部分功能是獨立存在的，所以，對造型的筆觸描述可以根據實際場景進行部分效果的模擬，如有些造型不需要勾線效果，只注重內部墨水的自然暈開，就可以只應用“暈染效果”功能直接設計對應材質。
3 仿真效果算法設計
ChinesePainter插件主要實現了對水墨筆觸的模擬，通過材質實現模塊的“勾線效果”、“暈染效果”、“合成效果”、“彩墨效果”四個子模塊，實現了對水墨效果和彩墨效果的模擬。
3.1 “暈染效果”效果仿真
水墨材質插件ChinesePainter 的“暈染效果”模塊是本插件的核心部分。主要用來調制水墨材質的內部墨水暈開的效果。具體設計算法如下：
Step1 設置材質的不透明度貼圖為衰減貼圖。通過設置衰減貼圖的顏色、類型、衰減方向并調整混合曲線，得到衰減效果。
Step2 設置衰減貼圖1為漸變坡度貼圖。通過指定漸變坡度貼圖參數的標志1、2、3及漸變類型、噪波相關參數，得到漸變效果。
3.2 “勾線效果”效果仿真
“勾線效果”模塊主要用來模擬外部輪廓線。水墨動畫中也有不描繪外部輪廓的造型，所以“勾線效果”模塊為可選項。
本程序段的編寫具體對材質進行的設置與“暈染效果”類似，不同之處在于參數值的變化。
3.3 “合成效果”效果仿真
“合成效果”部分主要實現“勾線效果”和“暈染效果”兩種效果的混合效果，用戶需要先設置“勾線效果”和“暈染效果”兩種材質，通過“合成效果”按鈕指定合成材質的基礎材質為“勾線效果”材質，再指定材質1為“暈染效果”材質，即可實現兩者的合成效果。
當然，在不同的用戶需求下，合成效果的使用情況會有所不同，對于不同動畫造型，可能出現部分使用合成效果，部分只取勾線效果或暈染效果一種效果的情況。因此，合成功能當根據實際情況使用。
3.4 “彩墨效果”仿真
“彩墨效果”部分主要實現用戶對彩色對象的設置需求，如水墨荷花中的荷花等，自然界的許多動植物都可以調制彩墨效果。
Step1設置材質的不透明度貼圖為衰減貼圖。設置衰減貼圖的color1、color2和curve曲線，并指定衰減貼圖的map1為漸變坡度貼圖，實現衰減效果。
Step2 設置漸變坡度的漸變參數，如：flag1、2、3的位置和顏色，并設置漸變類型和對應噪波參數，實現漸變效果。
4 實驗結果
本文使用上述方法，利用MAXScript設計了Chinese painter水墨材質插件，對多個靜態造型進行測試，均達到較真實仿真水墨效果。為了驗證將其應用于動畫、游戲及其他數字娛樂產業的可行性，而進行了實時動畫的制作。本文使用3ds max設計了一個簡單茶壺模型，對茶壺模型分別進行了三種水墨效果的渲染。并制作了一部水墨效果動畫短片，對其中的花朵應用彩墨效果進行了渲染，渲染窗口大小為800*600（pixel），模型水墨效果仿真如圖4，其中圖4（a）為暈染效果仿真，圖4（b）為勾線效果仿真、圖4（c）為合成效果仿真，圖4（d）為彩墨效果仿真。
5 結束語
水墨動畫作為極具中國特色的動畫形式，在經過三維技術重構以后，以全新的形式再次吸引世界的眼球，然而三維水墨技術的開發難度大，本文提出一種基于MAXScript腳本的水墨材質設計方法，操作簡單易學，并開發對應的設計插件，可以快速自動生成默認的水墨效果，同時提供自定義模塊，供廣大藝術設計工作者參考使用。
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論文摘要：隨著科學技術的進步，計算機技術在動畫當中起著不可或缺的作用，它推動了動漫領域的發展，如今，“動漫”已經不僅僅是一種藝術現象，它更是一種影響日常生活的方式。計算機和藝術的完美結合沖擊著我們的生活，不久一切不可能都將變成可能。
“動漫”是動畫與漫畫的合稱，是造型藝術的一門分支，以其活潑生動、個性鮮明獨特的藝術表現力在各個時期和地區都倍受青睞。近幾年來，“動漫”已經從平面媒體和電視媒體擴展到游戲機、網絡、玩具等眾多的領域，“動漫”已成為全球新興的重要產業。
一、“動漫”的發展概況
“上世紀中期，日本動漫宗師手冢治蟲，最早把電影分鏡頭語言融入到漫畫構圖之中，他還把自己的漫畫改編成了動畫作品，產品大獲成功。自此日本動漫界紛紛效仿，形成了一股龐大的“動漫”綜合創作浪潮。80年代，這種全新的動、漫畫結合的形式傳入了中國，深受青少年觀眾和讀者的喜愛，也掀起了一股“動漫”狂潮。
動漫，是將孤立的卡通藝術形象，通過制作將無生命的東西賦予人類的動作和情感。包括策劃、設計、生產到傳播，再到相關衍生產品的開發，形成一個完整循環的工業產業鏈。隨著計算機技術的提高，逐步實現了動態的二維和三維漫畫，極大的豐富了視聽語言和創作藝術空間，延伸了觀賞、體驗等娛樂功能。
從全球來看，動漫產業已經成為一個龐大的產業，其中日本作為動漫產業的第一大國，有著強大的市場占有率，而在美國，網絡游戲成為動漫產業的主力軍，作為全美最大的娛樂業，其產值業已連續四年超過好萊塢電影業；同樣，在韓國無論是數字音樂、網絡游戲還是電影、電視或手機游戲，相關產品在東南亞的各個國家風靡一時，特別是在信息娛樂領域，通過寬帶、3G技術和休閑娛樂內容相結合，韓國在娛樂產業的發展上實際已經領先于很多信息產業發達的國家。由三維動畫、Flash動畫、全息動畫等嶄新的動漫形式形成的動漫文化已經在不同國家與地區形成主流的文化形式。近些年來，仿真技術進步顯著，尤其是虛擬現實技術成為計算機和藝術領域的新寵。這些先進的技術必將引領“動漫”進入一個全新的時代。
二、虛擬現實技術
虛擬現實技術是計算機技術與藝術相結合的新興產物，是一種以沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機界面。它的交互性、沉浸感特性使它與一般的三維計算機圖形截然不同：它利用了多種計算機技術模擬人的感覺器官功能，創建了一種適人化的多維空間，強調的是一種身臨其境的感覺，采用的是人與人之間自然的交互方式。它模擬的方式為使用者創造了一個實時反映對象變化與相互作用的三維圖形世界，在視、聽、觸摸等感知行為的逼真體驗中，使參與者可以獲得直接參與和探索虛擬對象在所處環境中的作用與變化，仿佛置身于一個虛擬的世界中。
虛擬現實系統一般由專業圖形處理計算機、應用軟件系統、輸入設備和演示設備等組成，軟件分為建模軟件和實時仿真軟件兩大類，常用的建模軟件有3DS MAX、MAYA等。虛擬現實技術中任何復雜虛擬環境的創建都需要使用計算機實時三維圖形學和三維仿真技術。所以掌握這些技術是實現虛擬現實技術的關鍵。
虛擬現實技術是多種技術的結合，主要的技術包括以下幾種：
動態環境建模技術。動態環境建模技術是核心技術，建立虛擬環境來獲取實際三維環境的數據，利用數據建立虛擬環境模型。
實時三維圖形生成技術、足夠的刷新頻率和清晰度，并開發寬視場立體顯示技術。由于虛擬物體要有具體三維結構的顯示，其中要有視差提供的深度信息，所以圖像顯示要具有足夠大的視場。
傳感器技術，尤其是觸覺（力覺）、嗅覺等傳感器技術。要讓用戶在虛擬的環境下直接操作虛擬物體，并感受到與在真實環境下一樣的感覺，真正達到虛擬現實的效果。
交互技術和系統集成技術。虛擬現實的實質性特征就是交互性，其最終目的就是對時空環境的現實構想。虛擬物體與用戶間的交互是三維的用戶，是交互作用的主體。用戶能感覺到自己在虛擬環境中對物體的控制，交互是多感知的，用戶可以使用與現實生活不同的方式與虛擬物體交互。
三、使用虛擬現實技術實現環境藝術設計的漫游動畫
應用虛擬現實技術的環境藝術設計不同于傳統的設計理念，它實現了可全方位、完全由用戶自由控制的逼真的、純三維的場景。
虛擬現實不僅僅是一個演示媒體，而且還是一個設計工具。它以視覺形式深刻地反映了設計者的思想，虛擬現實可以把這種構思變成看得見的環境。在設計階段的檢查必不可少，多種設計方案進行比較，檢查設計有無缺陷，例如，整個城區的布局、整個社區協調與否、單個建筑物的風格、植被的分布情況，還包括室內的裝修風格、家具的款式以及擺放位置等。利用相應的虛擬手段可以讓設計師和用戶在接近真實的環境中，提前體驗最終的三維效果。在設計比較時，設計師可以根據季節切換相應的場景，或根據一天中的不同時間，顯示明暗程度不同的視覺效果，也可以點擊某一建筑，來觀看它的建造過程，甚至可以將其與不同階段的建筑、景觀或裝飾的預算數據聯系在一起。
環境藝術設計的目的是通過對各種空間環境進行創造進一步地為人服務，設計者始終需要把人對環境的要求，包括物質使用和精神兩方面，放在設計的首位。
四、結束語
動漫產業是文化和科技相結合的創意產業，是21世紀最有希望的朝陽產業。我國早已有相關的人員在圖形技術上進行了努力的學習和鉆研。現在己經取得了一定的成績，但是在一些特殊效果的程序開發方面取得的成績較少。隨著互聯網與3G技術的進一步發展，動漫藝術作品的傳播渠道和受眾面將會越來越廣，雖然目前我國的動漫產業影響力不夠大，但是相信有著五千年歷史積累的豐富文化底蘊的中國，會用本土文化的魅力打開世界動漫的大門，走進世界動漫游戲產業的大舞臺。
參考文獻：
關鍵詞：探究性；三維虛擬實驗
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）02-0055-04
探究性三維虛擬實驗設計的理論基礎
1.認知主義學習理論
認知主義學習理論把學習看作對信息進行主動選擇和理解的過程，認為人的認知過程實際上是一個信息加工過程，知識不是由外界刺激直接給予的，而是外界刺激和認知主體內部心理過程相互作用的結果。采用三維虛擬實驗進行教學，認知對象從傳統的與現實世界打交道，變成與虛擬世界進行交互，從而產生了一種新的認知方式。因此設計三維虛擬實驗時，必須從學生的認知心理出發，注重學生的具體經驗和對情境的了解，使學習者新舊知識之間的同化能順利完成，最終促進自己的認知發展。
2.情境學習理論
情境學習理論認為，特定的知識應該在特定的情境中去學習，學習是一個社會性過程，知識在這個過程中由學習者與周圍環境相互作用共同構建。情境學習理論強調學習者應經歷社會真實情境，通過實際活動使其在真實情境中學習知識、技能和策略，對知識做合理的解釋并能靈活運用知識。因此，設計三維虛擬實驗時，必須創設實驗過程所需要的各種情境，為學生主動探究提供環境支撐。
3.建構主義學習理論
建構主義認為，學習是建構內在心理表征的過程，學習者以已有的經驗為基礎，通過與外界的相互作用來建構新的理解，學習者知識的獲得是個體與外部環境交互的結果。因此，設計三維虛擬實驗時，必須提供靈活的交互方式，同時為學習者提供豐富的資源和工具，方便學生進行科學的探究活動，有效建構自己的知識。
中學物理探究性三維虛擬實驗設計
1.設計原則
直觀性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供逼真的實驗環境，增加學生者親身體驗的經歷。由于操作步驟復雜、觀測過程漫長、實驗儀器昂貴等原因而無法完成的實驗要逼真模擬，實驗現象抽象和微觀的就要突破時空限制轉變為直觀呈現，實驗過程不能及時控制的要設計關鍵現象模擬情境，使學習者在虛擬環境下，便于觀察物理現象，更好地理解和掌握實驗原理。
交互性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供更多交互的環節和實時的反饋，方便學習者選擇實驗設備、操作實驗儀器、設置實驗條件、改變實驗參數。使學習者在虛擬環境下，按照自己的學習特征、學習進度和學習方式進行主動探究。
開放性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供可以自主設計實驗的學習資源和工具，使學習者能夠按照自己的興趣自由地設計實驗方案、演示實驗效果，并提供及時的反饋。
趣味性：三維虛擬實驗設計要為學習者提供能夠激發好奇心和求知欲的實驗過程和現象，能夠吸引學生的注意力，給學習者悅趣的體驗，激發其學習物理的興趣。
2.設計過程
（1）實驗類型和主題的設計
按照實驗內容分為：聲音類、光學類、電路類、電磁類、理學類、能量類。本研究從眾多實驗中選擇了部分實驗進行開發仿真，具體包括真實實驗中不易觀察的實驗、真實實驗中不易控制的實驗兩類。
（2）虛擬實驗模塊設計
探究性三維虛擬實驗共包括實驗介紹、實驗操作、實驗提示、實驗評價四個模塊。其中，實驗介紹包括儀器介紹和內容介紹。儀器介紹闡述虛擬實驗中用到的關鍵儀器的功能、使用方法等。內容介紹闡述實驗目的、實驗原理等；實驗操作是虛擬實驗的核心部分，通過分析該階段學生的認知結構，設計交互式的用戶界面和探究性實驗環節，學生根據實驗原理和步驟，在三維虛擬實驗場景中對相關實驗儀器進行操作，完成實驗；實驗提示是指對實驗中容易出錯的地方為學生提供必要的幫助；實驗評價是根據具體的實驗要求，對學生的實驗操作結果進行評價。
中學物理探究性三維虛擬實驗的實現
1.主要開發工具的選擇
探究性三維虛擬實驗的實現主要包括虛擬實驗場景、各種實驗儀器設備的三維建模，以及提供探究活動的虛擬現實交互體驗的開發，用到的開發工具主要包括三維建模工具3ds Max和虛擬現實開發工具Unity 3D。
（1）3ds Max
3ds Max是Autodesk公司開發的基于PC的三維動畫制作、編輯、播放與三維建模和渲染軟件。它具有易于使用、功能強大、性價比高等優點，是許多個人和公司用戶首選的三維建模與動畫軟件。3ds Max被廣泛應用于廣告、影視、游戲開發、計算機藝術、角色動畫、工業設計和輔助教學等諸多領域。
（2）Unity 3D
Unity 3D是由Unity Technologies公司推出的一款強大的3D跨平臺游戲引擎，包括圖形、光照、音頻、渲染、物理和網絡等多方面的引擎支持，目前已不僅僅局限于游戲開發，而成為強大的綜合性虛擬現實開發工具，在虛擬漫游與實時設計、虛擬現實交互體驗、人體數字化展示等領域都得到有效應用。
2.開發流程
三維虛擬實驗的開發步驟為：①三維虛擬實驗場景、實驗儀器的建模；②分析學生的心理和認知結構，設計探究環節；③設計交互界面，實現實驗的交互操作；④測試虛擬實驗，進行調試和優化；⑤虛擬實驗。
3.探究性三維虛擬實驗的開發
（1）實例1：布朗運動
①實驗設計思路：布朗運動是由微觀分子間做無規則運動而形成的。在現實生活中，難于操作，不易觀察，只有借助顯微鏡才能觀察，使得學生缺乏創造力和空間想象力。而在三維虛擬實驗中可以克服這些不足，利用Unity 3D提供的物理引擎，可以很好地模擬微觀分子的無規則運動。本實驗通過設計交互式的界面接口，使學生可以通過控制溫度變化或調整微觀分子大小，模擬微觀分子的運動變化情況，從而使實驗者更好地理解布朗運動。
②虛擬實驗場景和實驗器材的三維建模。實驗采用3ds Max對三維仿真實驗中用到的模型進行構建，主要包括實驗桌、實驗儀器，實驗主界面如下頁圖1所示。
③虛擬仿真實驗的實現。本實驗提供了兩個觀察角度，即宏觀和微觀，宏觀角度用來展示實驗前的狀況；微觀角度用來展示微觀粒子的運動狀況，通過使用攝像機效果，使得觀察者能夠清晰地看到微觀世界中分子的無規則運動情況，實驗操作界面如下頁圖2所示。
下面詳細介紹微觀角度下實驗的實現過程。首先，學生點擊微觀按鈕后，攝像機被激活顯示，同時向液體分子拉近，這時出現圖2所示的界面，屏幕下方出現對應的滑動條用于控制條件，一種是溫度變化，一種是分子大小變化。這里用到了NGUI插件里的Tween Position動畫。其次，液體分子的無規則運動模擬是用Unity自帶的碰撞檢測函數來實現的。當分子之間相互碰撞時，會觸發自身的碰撞檢測，從而受到一個反向作用力被反彈回去。當多個分子發生碰撞時，它們的運動就會變得毫無規律，從而形成了無規則運動。
（2）實例2：光的反射與折射
①實驗設計思路：光的反射與折射定律探究的是光從一種介質照射到另一種介質時發生傳播方向改變的光學現象。在現實生活中，為了確保實驗的準確性和靈活性，特別要保證三線共面，需要實驗操作細致，入射角、反射角、折射角的測量也很費時，且不易控制。而在三維虛擬仿真實驗中可以克服這些不足，利用Unity 3D可以很好地模擬光線的反射、折射現象，以及入射角、反射角、折射角之間的關系。
②虛擬實驗場景和實驗器材的三維建模。本實驗采用3ds Max對三維仿真實驗中用到的模型進行構建，主要實驗儀器如圖3所示。
③虛擬仿真實驗的實現。本實驗用來展示入射角變化時，反射角、折射角的變化情況，通過圓盤上的刻度標定，能夠隨時讀出確切的值，實驗者能夠清晰地看到入射角、反射角、折射角的關系，實驗操作界面如圖4所示。
結束語
新技術、新媒體的發展對傳統教育教學改革具有推動作用，利用虛擬現實技術設計并實現初中物理探究性三維虛擬實驗，能夠有效改進傳統中學物理實驗教學的不足，為學生進一步理解基本概念、掌握實驗規律和實驗原理，提供了主動探究的環境，對學生創新思維的培養具有重要價值，對探索信息技術環境下中學實驗教學新方法具有重要意義。
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摘要：本文簡要的介紹了有關地理數據的可視化處理方法，主要介紹通過vrml實現地理數據的可視化處理的方法，以及通過vrml實現虛擬地理實驗室的主要途徑，介紹了幾款用于虛擬地理實驗室建模工具軟件。
關鍵詞：vrml 地理模型 可視化
地理模型的建立，是一個從定性到定量的綜合集成過程，建立地理模型，不但需要基本地理知識和地理學有關理論的支撐，而且還需要借鑒和運用其他相關學科的理論方法好技術，特別是數理方法和計算機應用技術。
本文主要從地理數據的可視化方面，從計算機實現方面進行簡要的介紹。目前，地理數據的可視化，建立三維模型的軟件眾多。在靜態效果制作方面比較著名的三維建模工具有Autodesk公司的AutoCAD、Discreet公司的3ds Max；在影視動畫的制作方面有Alias公司的MAYA；在虛擬仿真方面有Silicon Graphics（sGI）公司的OpenGL、Multigen Paradigm公司的Multigen Creator；在GIS方面有名的軟件有ESRI公司的ArcScene，國內武漢適普公司的IMAGIS、北京靈圖公司的VRMap；在上述各種類型的軟件中，要本著操作性好、適用性高、通用性強、功能性全等原則選擇一種最好的方式建立場景模型。由于本文重點在于建立一個可靠的三維場景、用于漫游瀏覽、進而向實現GIS功能轉化，因此，對建模軟件的選擇也應基于上述幾點全面考慮。AutoCAD、3ds Max和MAYA雖然是效果制作和動畫領域的主流，但模型過于復雜是它們用來直接實現虛擬漫游建模的瓶頸；OpenGL是三維圖形的標準，用作三維建模需要從底層開發做起，工作量大、開發周期長是目前應用上的最大障礙；ArcScene在三維模塊方面還不太成熟；IMAGIS和VILMap在國內剛剛起步，建模功能還不夠完善，與主流建模工具存在不小差距，瀏覽大場景效率不高且實現的GIS功能也非常有限。
要使建立的場景能順利地完成驅動漫游，高效的模型數據結構是實現這一功能的關鍵之一。除此之外，縮減多邊形面數也是實施仿真的必要環節。面數越少，意味著在實時的視景仿真中，計算機所要處理的信息量就越少，這將會有力地減輕計算機在仿真時計算的負擔，從而減少計算機渲染圖形所要的時間，提高幀率，有利于畫面的連續性。所以，并非所有的建模軟件都能夠很好地用于動態仿真。
以3ds Max為例，它的模型數攝采用單層模型，是平面形式的，而非仿真漫游順序的樹狀索引格式，所以他用作仿真環境不能有效地組織各數據節點，從而限制了實時繪制畫面的幀率。此外，3ds Max制作出來的一張效果圖模型往往存在幾萬甚至幾十萬個面，單是靜態渲染就已經是一項非常耗時的工作了，況且它對硬件的要求也是非常的高，所以用它來建立實驗室模型也不是最合適的。
通過上述對備主流建模軟件功能的分析與綜合比較，筆者認為vrml能有效組織模型結果、減少模型數量，最適會用于地理實驗室的建模工作。但是，考慮到場景中存在部分復雜物體，所以地理實驗室以vrml軟件建模為主，同時用3ds Max等作為輔助工具，極大限度地提高建模效率。
VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虛擬現實建模語言。是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構的三維世界的場景建模語言，也具有平臺無關性。是目前Internet上基于 WWW的三維互動網站制作的主流語言。本質上是一種面向web，面向對象的三維造型語言，而且它是一種解釋性語言。VRML的對象稱為結點，子結點的集合可以構成復雜的景物。結點可以通過實例得到復用，對它們賦以名字，進行定義后，即可建立動態的VR（虛擬世界）。
VRML中的動畫是通過路由和事件來實現的。為了使虛擬空間具有動感，構造指令可以包含綁定指令，綁定指令描述如何將節點綁定在一起。VRML綁定包括：綁定在一起的節點和在節點之間綁定的路由或者叫做路徑。綁定兩個節點之后，第一個節點通過這樣的路徑傳送給第二個節點的信息叫作事件。事件包含一個值。當一個節點接收到一個事件時，它將根據節點的特征開始動畫或者其它事情。通過綁定多個節點，用戶可以創建許多路由，從而使空間更加具有動感。
VRML中的自身交互可以做到什么程度
如果要使你的空間具有交互性，你可以給一個造型附帶一個傳感器，該傳感器使用一個定點設備來感知觀察者的動作。當觀察者點擊到一個附帶有傳感器的造型時，傳感器就輸出一個事件，這個事件就被路由到其它的節點來開始一個動畫。
TouchSensor是一種用來檢測觀察者的接觸和將事件輸出的傳感器。這些輸出描述了在何時、何地，觀察者接觸到了可感知的造型。CylinderSensor、PlaneSensor和SphereSensor節點也可用來檢測何時觀察者接觸到一個可感知的造型，并且提供了用來改變造型位置和方向的輸出。
在VRML中，你可以將一個傳感器附在一個造型上，用它來檢測觀察者的移動、點擊和拖動。當觀察者與一個可感知的造型相互作用時，你就可以把傳感器的輸出連入一個線路中，從而引起造型的移動和動畫的播放。
感知觀察者接近常使用三種方法：感知觀察者的可視性、感知觀察者的接近性和通過碰撞檢測。
可見傳感器從觀察者的位置和方向來感知在空間中的一個長方體區域是否可視。你可以通過這些傳感器來啟動和停止動畫或者控制其他的動作，這些動作僅當一個可感知的區域可見時是必要的。通過給出中心和尺寸，你可以指定一個由VisibilitySensor節點感測的空間區域。
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鍵詞：虛擬人；Jack；家裝設計；疲勞分析；布局優化
Key words： virtual human；jack；house decoration；fatigue analysis；layout optimization
中圖分類號：TU238+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0140-03
0 引言
當今時代，家的概念不斷發展與更新，特別是作為居住的“家”，成為家庭成員生活的根本，家庭裝修的重要性越來越得到普遍重視，起居舒適、心理愉悅、活動方便等成為評價家裝裝修成功與否的主要標準。另一個客觀事實是，對多數人在家庭裝修過程中經歷過不同程度的挫折，或發現問題后拆修返工，裝修成本突破預算；或接受由于考慮不周所形成的裝修缺陷，忍受給以后的生活帶來不便。如何能在裝修過程早期發現設計缺陷，及時修改成為一種需要。實際上基于仿真的方法在工業產品設計和制造領域已經有非常成熟和普遍的應用，對提高產品質量起到了積極的促進和保證作用。本文試圖將虛擬人疲勞分析技術引入家庭裝修活動中，并借助商業軟件研究基于虛擬人活動的裝修分析過程與方法。最后也將探索“以人為中心”的家庭裝修理念。
1 家裝設計布局對人體疲勞產生的影響因素分析
1.1 家裝設計布局中的人因學
家裝設計布局是指，根據家庭活動基本需求，在給定的室內空間場地內，對多個設施的空間位置做適當的分配安排和最有效的組合，以期獲得最大的使用效益。所謂的設施包括占據空間的任何實體，如櫥柜、洗衣機、冰箱、抽油煙機、灶臺、操作臺、桌子、貨架等，當然也包括人員本身。
優化的家裝設計布局，是保證家庭資源有效利用，體現“以人為中心”的家居生活理念的最好體現，具體包括：
①提高效率。合理的家裝設施布局，可以簡化家庭活動的操作順序，減少疲勞動作發生，實現室內活動的均衡性。②提高安全。設施布局合理，可以避免室內物體搬運路線過長、過復雜而引起的碰傷、刮傷、燙傷等現象，如高壓鍋與操作臺搬運距離過遠，不僅搬運費力而且極易燙傷人員。③改善環境。合理的家裝設施布局，使家庭生活更加舒心愜意，為家人提供健康、舒適、安全的生活環境，減少人員的勞動損傷風險。
1.2 人體疲勞分析
人體能量的產生和消耗稱為能量代謝能耗，它通過人體的氧耗量反映出來，單位為千卡（kcal），單位時間內人體的代謝能耗稱為代謝能耗率，人體的勞動強度是以作業過程中人體的能耗量、氧耗量、心率、排汗率或相對代謝率作為評判指標，除此之外，人體在靜態情況下也需要消耗一定的能量，稱為姿勢代謝能耗。在室內勞動作業中，本文認為人體的代謝能耗可以相應地劃分為動作代謝能耗和姿勢代謝能耗，其中動作代謝能耗的計算需要提取作業仿真過程的各項動作參數，姿勢代謝能耗的計算需要獲取作業仿真過程中人體各種姿勢的持續時間。
1.3 基于Jack的家庭裝修人體疲勞分析基本思路
目前，應用于工程領域和娛樂領域的虛擬人軟件并不鮮見。考慮到家庭裝修人體疲勞分析的要求，研究中選擇Jack軟件作為支撐工具。Jack軟件是西門子公司的一款工業設計用途軟件，不僅含有歐洲人和亞洲人的人體測量數據，能夠支持虛擬人建模與運動仿真，還有人的疲勞程度、舒適度、力量等生理學參數，在社會生活、工業設計、體育與軍事訓練等領域得到了廣泛應用。根據Jack的特點，基于Jack的家庭裝修人體疲勞分析基本思路如圖1所示。
數據獲取是通過實地測量獲得論文研究的基礎數據，包括房屋和裝修部件數據的測量、人體尺寸數據測量以及室內活動數據提取等。使用三維建模軟件對測量數據進行建模，包括房屋結構建模、裝修部件建模等，之后借助于Jack的三維模型導入模塊，將生成的數據模型導入Jack平臺。然后在Jack平臺中定制一個身體尺寸結構與家裝主人相一致的虛擬人模型，借助于Jack的仿真工具欄完成虛擬人室內活動建模和虛擬人室內活動仿真。最后使用Jack的工效學分析模塊仿真計算某項室內活動的人體疲勞數據，進行原因分析并提出家裝設計的改進意見建議。
注意，三維建模、室內活動仿真、疲勞分析及反饋是一個連續反饋的循環結構，直到設計出最優化的家裝設施布局為止。
2 操作臺作業的人因學分析與評估
論文 關鍵詞：水力機械 制造工藝 虛擬現實技術
論文摘要：水力機械制造工藝是水力機械及工程專業方向學生的一門重要的專業必修課。由于該課程實踐性強的特點，在教學過程中引入虛擬現實技術就具有十分重要的意義。水力機械制造工藝課程教學中應用虛擬現實技術再現了真實的零件結構、零部件的裝配過程和典型零件的數控加 工過程，對改進教學效果起到 了一定的作用。同時，本文提出了今后在課程建設 中完善的方向。對其它同類課程的教學具有一定的 參考 價值。
水力機械制造工藝是熱能與動力工程專業水力機械及工程方向學生的一門重要的專業必修課。根據該專業本科培養目標，要求學生具有寬廣的理論基礎、較強創新能力和適應能力，能在流體機械及工程等部門從事開發、研究、設計、運行、 現代 管理 、 科學 研究、教學等方面的工作。事實上，近三年該專業的畢業生就業率均保持了較高水平，水力機械及工程專業方向的學生到專業對口部門的占到了 70％ 以上，而這些畢業生所從事的主要工作就是水力機械的設計與制造。由此可以看出，學生如果能在在校期間掌握好流體機械特別是水力機械制造工藝的相關知識，將對他們今后的工作大有裨益，這將促進他們將理論知識 和生產實際相結合以增強他們工作崗位的適應能力。wWw.133229.cOm
水力機械制造工藝是一門實踐性很強的課程，所涉及的相關基礎理論、基礎知識也相當廣泛。根據教學大綱的安排，該門課程應在學生學習完流體力學、工程材料、機械工程基礎、流體機械原理、流體機械結構及強度等課程的基礎上開設。在教學過程中最好能夠在學習該門理論課程的同時到水力機械制造廠參觀實習，這將有助于學生建立起對加工設備、加工零件、加工環境的感性認識，提高教學效果。但是實際教學過程中，沒有條件能夠達到這樣的要求。況且大中型的水輪機零部件尺寸較大、結構復雜，加工制造工藝涉及的問題較多，即使是到專業的水力機械生產廠的加工現場也很難對其結構和加工過程有全面深人的了解。因此，按照傳統的教學方法和手段，讓學生通過書本上的插圖對所學的對象，如零件、加工設備、檢驗設備等進行了解，學生很難有深刻的認識 ，況且部分插圖書中沒有附上，結果制造工藝課程學完了，部分學生到了工廠還是會把車床誤認為銑床，一些專業典型零件也看似很陌生，由此可見傳統的教學手段取得的效果并不理想，學生并不能將課堂所學與實際有機聯系起來。為此，我們將虛擬現實技術引入到水力機械制造工藝的教學中，將抽象的零件和加工過程形象化，以幫助學生直觀地觀察零件結構，理清零部件的裝配關系，進一步理解結構設計與加工工藝的關系，并將加工過程中所涉及工裝夾具、機床、刀具等素材通過虛擬現實技術融入到教學課件中，從而縮短理論與實際的距離。
虛擬現實技術是近年來 發展 起來的新興技術 ，在各個領域逐步得以開發應用。根據沉浸程度的不同，可將虛擬現實分為桌面式、大屏幕式、沉浸式和艙室仿真器四種類型…。其中桌面虛擬現實是一種初級的虛擬現實，它的沉浸度差，但最為簡單，制作成本低，易于普及和實現。本課程教學中使用的仿真系統就是采用 vrml (virtuai realitymodeling language，虛擬現實建模語言)開發的桌面式虛擬現實仿真系統，以配有高性能的圖形加速卡的 pc機為開發平臺，其性能能夠滿足系統實時性的要求。虛擬現實技術在最近十幾年得到了飛速的發展，由于其特有的仿真特性，如沉浸感、時實交互性、想象力和三維圖形等，它正在成為解決工程問題 的一種重要方法，也是實現 計算 機輔助教學 的重要 手段。
在水力機械制造工藝課程教學中，為了真實地再現水力機械典型零部件的結構，我們采用了功能強大的 cad／cam一體化軟件 unigraphics 進行零件的三維建模，以 word的格式輸出，再利用 vrml對各零件的顯示顏色、材質、光照等進行渲染 ，這樣就可以利用安裝了 cortona插件的 ie瀏覽器進行零件的瀏覽了，從而脫離了復雜的 ug軟件環境。在瀏覽器里可以通過插件上的控件對三維模型進行旋轉、平移、放大等操作，幫助學生全方位 的了解課程中所討論的對象，增強學生的感性認識。圖 1、2分別為水輪機座環和水輪機頂蓋的三維模型，在講解到此類典型環形類零件的加工時，就可以通過旋轉放大等操作全方位地瀏覽三維模型，比較它們結構上的異同，深入理解結構設計的正確性和合理性，認清關鍵加工部位，為擬訂高效合理的加工工藝方案奠定基礎。
水力機組裝配與一般的機械產品相比有其特殊性，即在制造廠僅能完成重要部件的預裝配，而整臺機組的裝配是在水電站完成的。對于大型電站，安裝周期較長，水輪機的許多零部件被安裝在機坑里，對于在校學生來說很難有機會全面地看清楚其內部結構及各零部件的空間位置關系。為此，我們采用虛擬現實技術和計算機仿真技術相結合開發了水輪發電機組檢修仿真系統 ，幫助學生從不同的角度觀察各零部件的三維實體模型及零部件之間的空間位置關系、聯接關系等 (如圖 3所示)，了解水力機組安裝過程中零件的安裝先后順序和相關的技術要求，有利于學生了解和制定合理高效的裝配方案，將理論與實際有機的結合起來。利用 java編程實現簡單的人機交互功能。圖 4為水輪機水導軸承動態仿真裝配過程截取圖，在進入裝配場景后，點擊啟停按鈕，動態裝配過程即呈現在窗 口中，視圖左邊顯示的是水導軸承安裝步驟，這樣學生不用到水電站或制造廠裝配現場就能較直觀地學習水輪發電機組各部件的裝配工藝規范，有利于提高教學效果。
隨著生產技術的不斷 發展 ，水力機械的制造也沿著數字化的方向不斷發展 ，水力機械許多曲面類零件均采用數控方法加工。在實際教學中，我們采用專業的加工仿真軟件 vericut 逼真地再現了實際加工工件、加工機床和加工環境 ，對加工過程中可能存在的問題進行檢測 ，讓學生在課堂上就能對加工制造過程有全面的認識。vedcut 采用了先進的三維顯示及虛擬現實技術，對數控加工過程的模擬達到了極其逼真的程度。特別是在葉片類曲面加工過程中，如何確定合理的加工參數 (刀具形狀與尺寸 、刀具相對加工表面的姿態、走刀路線、主軸速度、切削深度和進給速度等)以適應加工過程中葉片曲面形狀的變化對提高加工精度變得非常重要，這些都可以通過加工仿真軟件在教學過程中形象生動地展現在學生面前 (如圖5所示)。但是目前這部分的工作還處于起步階段，只能在課堂上做部分演示，有待進一步完善。今后在條件允許的時候，可以在理論教學完成以后，讓學生自行建立零件 、機床的三維模型，模擬水力機械典型零件的加工 ，從而幫助學生將課堂中所學的理論知識轉化為生產實踐。
虛擬現實技術現已延伸到許多領域，它的發展不僅僅依賴于相關軟硬件的發展，而是更多地取決于該技術為實際問題提供低成本高效率的解決方案的能力。虛擬現實技術應用到水力機械制造工藝課程的教學中，逼真生動地再現了真實的零件結構、零部件的裝配過程和典型零件的數控加工過程，學生通過這些虛擬現實環境就能夠從形象化的角度理解零件從設計、毛坯形式、安裝定位、加工、裝配、質量檢查等各個環節，提高了學生的學 習興趣 ，從而強化了理論知識的學習，對提高教學效果起到了重要作用。
參考 文獻 ：
[1]王桃，賴喜德，劉小兵，等．基于虛擬現實技術的水輪發電機組檢修多媒體仿真系統[j]．兵工自動化，2003，22(6)：19—20．
關鍵詞：現代信息技術；3S技術；輔助設計軟件；遠程協同設計；景觀仿真技術
當今社會，人們非常依賴計算機以及計算機處理過的信息。多媒體技術、計算機網絡技術等信息技術正在成為當代景觀設計不可或缺的部分，也是景觀設計變革的重要推動力量。人們通過信息技術的使用以及從景觀的信息化表達中感受到景觀的高效、順暢等綜合印象。在現代信息技術的應用中，園林景觀建設與之相聯系，能夠實現資源共享，有助于相關部門之間的交流合作，對推動景觀設計建設的發展進程發揮著重要的作用。
1 景觀設計應用現代信息技術的必要性
現代信息技術包含眾多內容，主要有3S技術、輔助設計軟件、遠程協同設計、景觀仿真技術等，現階段，景觀設計建設是城市化發展的重要工程，能夠起到美化城市環境、減少城市污染等作用，因而在城市化發展中，加強景觀設計建設是必不可少的環節，而國家對景觀設計建設也有著更高的標準要求。在其建設過程中，有效融入現代信息技術，可以事先對景觀設計建立空間布局，更為直觀地呈現在人們面前。例如：在GPS技術、GIS技術的應用中，不僅能夠廣泛收集景觀設計建設的相關資料，而且能夠分析園林布局中各領域信息。
2 景觀設計中現代信息技術的實際應用
在景觀設計的建設中，現代信息技術既能虛擬地調整其空間布局，又有助于增強設計效果。基于現代信息技術的景觀設計，能夠先通過仿真模型，直觀性地呈現其建設的整體效果，使相關設計者可以反復修復或調整景觀設計中的不合理之處，有助于為景觀規劃設計創造良好的平臺，同時對增強景觀設計的實際建設效果發揮著積極的作用。
2.1 3S技術
3S技術是現代信息技術的典型代表，廣泛應用于風景園林建設中，能夠促進風景園林建設。基于3S技術的空間信息系統集成技術的快速發展，可以改變傳統CAD制圖模式，能夠為相關工作人員提供重要的信息采集、處理、分析、模擬成像的技術。所謂的3S技術是指遙感技術、全球衛星定位系統技術、地理信息系統技術。在景觀設計中，能夠充分地應用3S技術。由于景觀設計類型相對較多，其性質存在明顯差異，涉獵范圍相對較為廣泛，如資源、環境、社會、經濟等。而在3S技術的支持下，景觀設計人員能夠及時通過該項現代信息技術整合相關數據信息，并統一將數據信息上傳至專門的系統中，為后期城市發展中的景觀設計提供有利借鑒。例如：在園林綠地等地理空間的處理過程中，充分應用3S技術，可以充分反映地理空間的實體數據，能夠實現地理空間定位，為景觀設計者提供參考依據，彰顯其獨特的技術優勢。由此可見，3S技術在景觀設計中有著一定程度的應用，并具有積極作用。
2.2 計算機輔助設計工具與軟件
目前，在景觀設計領域已形成了從二維平面設計到三維效果、動畫表現等較為完整的設計軟件體系，設計師在進行創作時可在電腦上從平面的方案草圖開始，將自己的設計以三維空間進行再現、復原、創造環境景觀，并將其作為設計深化、修正、發展的有效直觀工具；隨著現代信息技術的發展，三維建模技術在景觀設計中被廣泛應用，例如三維建模常見軟件AutoCAD、SketchUp、3D Studio Max等等，在景觀設計和景觀設計中，可以使相關設計者利用三維造型軟件將初步設計輪廓加以制作和呈現，為參與者提供基礎框架。其次，分析空間分布關系、環境分布關系，能夠檢驗景觀設計是否具有合理性。最后，在三維建模的作用下，能夠將園林整體構造進行立體式的呈現，不僅能夠表達人的設計意圖，而且實現現代信息技術和景觀設計的有機融合，有助于推動景觀設計建設的發展進程[3]。
使用最為廣泛的圖像處理軟件為Photoshop，而在風景園林的設計中，該項處理技術有著廣泛的應用，可以增強風景園林設計的整體效果。但是，僅憑借Photoshop軟件的圖像處理，只能對圖像進行簡單的補充潤色，不能深入地改變圖像。因而，還需要利用渲染軟件，如Lumion、Vray等，能夠增強景觀設計的逼真效果，給人以強烈的視覺沖擊。基于此，能夠使設計人員細致描繪圖像，并加以修改不合理之處。總之使用圖像處理技術，可以對景觀設計空間布局中的圖像設置進行有效處理，有利于凸顯景觀設計設計中的細節部分，可以滿足相關人員的實際需求。
2.3 遠程協同設計
在實際景觀設計工作中，設計參與者有面對面的交流機會，絕大多數設計者專門負責專職任務，與其它設計者之間的聯系相對較少，使溝通機會相對較少，不利于更好開展景觀設計的協商工作。在遠程協同設計的作用下，設計者可以探討和分析景觀設計的相關事宜進行，并及時解決景觀設計中存在的問題。在此過程中，協同工作技術有著廣泛的應用，使遠程協同設計工作成為可能，不僅可以提升景觀設計的工作效率，而且能夠減輕設計者的負擔。由此可見，遠程協同技術在景觀設計中有著廣泛的應用。
2.4 景觀仿真技術
由于景觀設計是一項較為系統、復雜的工程，因而需要設計者進行全面、科學的規劃和布局。傳統手工繪制設計圖中，雖然能夠呈現園林規劃與布局信息，但不能給予人們以直觀的三維展示，同時不利于修改。隨著現代信息技術的發展，景觀仿真技術在風景園林中有應用。基于景觀仿真技術的景觀設計，主要有靜態仿真和動態仿真2種，可以使相關設計者利用軟件將初步設計輪廓加以制作和呈現，為參與者提供基礎框架。在景觀仿真技術的作用下，能夠立體式地呈現景觀設計整體構造，不僅能夠表達人的設計意圖，而且實現現代信息技術和景觀設計的有機融合，有助于推動景觀設計的發展進程。與傳統虛擬現實技術之間存在著較大的差異，一方面，可以為景觀設計參與者提供虛擬現實環境中的景觀；另一方面，可以使景觀設計人員看到虛擬和真實相結合的景象。
3 現代信息技術對景觀設計的影響
隨著社會的發展與進步，城市居民對景觀設計的個性化、審美等方面有著較高的要求。現代信息技術的發展，對景觀設計產生重要影響。在現代信息技術的作用下，景觀設計負責人可以借助互聯網與社會公眾之間進行互動，有助于增強景觀設計的有效性。在社會公眾的廣泛參與下，可以為景觀設計者提供諸多意見或建議的參考，同時增強景觀設計的合理性。景觀設計與人類社會生活息息相關，其設計思想、方式等方面對景觀設計有著一定的影響。受現代社會思想觀念的影響，景觀設計者應廣泛應用現代信息技術，實現現代信息技術和景觀設計的有機融合，以推動我國景觀設計領域的快速發展，滿足人類社會生活的基本需求和彰顯人類社會新的思想觀念社會價值觀。
4 結論
現代信息技術在景觀設計中有著廣泛的應用，能夠使景觀設計建設更加符合標準要求。在現代信息技術的輔助下，景觀設計建設者能夠結合3S技術、計算機技術、遠程協同設計、景觀仿真技術對景觀設計進行合理的空間布局，確保景觀設計建設的有效性。在城市化發展進程中，景觀設計建設是尤為重要的環節，既能滿足人們的實際需求，又能發揮其美化與凈化空氣的作用，而加快現代信息技術和景觀設計建設的融合，積極影響我國園林建設發展進程。
參考文獻
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