最新虛擬現(xiàn)實(shí)的科技論文2500字(2)
最新虛擬現(xiàn)實(shí)的科技論文2500字
最新虛擬現(xiàn)實(shí)的科技論文2500字篇二
淺析虛擬現(xiàn)實(shí)建模的實(shí)現(xiàn)
摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是目前發(fā)展最快的一項(xiàng)多學(xué)科綜合技術(shù)，在軍事、教育、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)建模的方式有很多種，如OpenGL，VRML，Direct3D等，這些技術(shù)都各有其優(yōu)缺點(diǎn)。Java是目前最為流行的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言之一，具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便和平臺(tái)無(wú)關(guān)等特點(diǎn)，文章介紹了Java中實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)建模的兩種方法:Java3D和JOGL，并通過(guò)示例詳細(xì)闡述了其實(shí)現(xiàn)過(guò)程和原理。
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);Java;Java3D;JOGL
隨著科技的發(fā)展和人類的進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality，VR)已成為相關(guān)領(lǐng)域中繼多媒體技術(shù)、Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的熱點(diǎn)，也是目前發(fā)展最快的一項(xiàng)多學(xué)科綜合技術(shù)。它集中體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、人體工程學(xué)、人機(jī)交互理論等多個(gè)領(lǐng)域的最新成果。
Java是一種完全的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便和平臺(tái)無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。在Java中進(jìn)行三維圖形或虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)主要有兩種方式：Java3D和JOGL。Java3D綜合了以上建模語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，是Java語(yǔ)言中一個(gè)用于三維圖形開(kāi)發(fā)的API，其低級(jí)API依賴于現(xiàn)有三維圖形系統(tǒng)如Direct3D，OpenGL，QuickDraw3D和XGL等，這樣就能充分利用系統(tǒng)的三維特性。同時(shí)，用Java3D開(kāi)發(fā)的基于Web的小程序可以與Internet很好地集成而無(wú)需下載相關(guān)的插件。JOGL提供了一種將Java和OpenGL綁定的方法，這樣既能發(fā)揮java語(yǔ)言所固有的優(yōu)點(diǎn)，又能利用OpenGL函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的底層操作控制，使得開(kāi)發(fā)圖形應(yīng)用程序更為簡(jiǎn)單靈活，本文將詳細(xì)介紹這兩種Java中的虛擬現(xiàn)實(shí)建模的方法。
一、Java3D概述
Java3D的構(gòu)造涉及的概念很多，下面重點(diǎn)介紹兩個(gè)最基本并且必不可少的概念：虛擬宇宙(Virtual Universe)和場(chǎng)景圖(Locale)。
(一)虛擬宇宙(Virtual Universe)
在Java3D中，虛擬宇宙被定義為結(jié)合一系列對(duì)象的三維空間。虛擬宇宙被用作最大的聚集體表現(xiàn)單位，同時(shí)也可以被看作一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。不管是在物理空間還是邏輯內(nèi)容，虛擬宇宙都可以很大。在大多數(shù)情況下，一個(gè)虛擬宇宙就可以滿足一個(gè)應(yīng)用程序的所有需求。
虛擬宇宙是各自獨(dú)立的個(gè)體，原因是在任何時(shí)候一個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)象都不能在超過(guò)一個(gè)的虛擬宇宙中存在。同樣的，在一個(gè)虛擬宇宙中的任何結(jié)點(diǎn)對(duì)象也不能在其他的虛擬宇宙中可見(jiàn)或者與其他的對(duì)象結(jié)合。對(duì)于一個(gè)Java3D應(yīng)用程序，必須定義一個(gè)虛擬宇宙才可以在這個(gè)“宇宙”中顯示三維圖像。
(二)場(chǎng)景圖(Locale)
場(chǎng)景圖(Locale)：Java3D的場(chǎng)景圖是指由Java3D API構(gòu)成的一幅圖形或圖像，它是由一個(gè)或多個(gè)Java3D API對(duì)象組成的，組成Java3D的場(chǎng)景圖的每個(gè)對(duì)象被稱為節(jié)點(diǎn)對(duì)象，這些葉對(duì)象構(gòu)成了場(chǎng)景圖的內(nèi)容。
一旦一個(gè)場(chǎng)景圖對(duì)象被創(chuàng)建，并與其他場(chǎng)景對(duì)象連接形成一個(gè)子圖，該子圖能夠全部附屬于一個(gè)虛擬世界。在把一個(gè)子圖放到虛擬世界之前，整個(gè)的子圖能夠編譯成為一個(gè)優(yōu)化的內(nèi)部格式。所有場(chǎng)景圖對(duì)象的一個(gè)重要特征是：他們只能夠在一個(gè)場(chǎng)景圖的創(chuàng)建期間被訪問(wèn)或修改，特殊允許的情況除外。用戶創(chuàng)建一個(gè)或更多場(chǎng)景子圖，并把它們放進(jìn)一個(gè)虛擬的世界，同時(shí)包括至少一個(gè)觀察平臺(tái)對(duì)象，而場(chǎng)景圖就是附加于這個(gè)觀察平臺(tái)。當(dāng)一個(gè)包含場(chǎng)景圖的觀察對(duì)象被附加于一個(gè)虛擬宇宙之后，Java3D的渲染循環(huán)就開(kāi)始工作。這樣，場(chǎng)景就會(huì)和它的觀察對(duì)象一起被繪制在畫布上。在Java3D節(jié)點(diǎn)之間的單獨(dú)連接總是表示一個(gè)直接的關(guān)系：從父系到子系。Java3D限制場(chǎng)景圖不可以包含循環(huán)，因此，一個(gè)Java3D場(chǎng)景圖是一個(gè)直接的非循環(huán)圖形(Directed acyclic graph)。從上述內(nèi)容不難看出，當(dāng)使用Java3D API編寫三維圖形、圖像應(yīng)用程序時(shí)，其重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)集中在構(gòu)造場(chǎng)景中的節(jié)點(diǎn)內(nèi)容上，即在三維畫布上創(chuàng)建幾何形體、描述幾何形體的外觀屬性以及場(chǎng)景的光源和形體的行為等。
(三)Java3D性能分析
Java3D程序創(chuàng)建出來(lái)的場(chǎng)景圖可以直接被渲染，但是這樣做效率并不高，每一個(gè)場(chǎng)景圖內(nèi)建的適應(yīng)性使每個(gè)場(chǎng)景的執(zhí)行效率不是最優(yōu)的，但是還有更有效的方法提高渲染的效率。Java3D內(nèi)部有一套虛擬世界表示法和轉(zhuǎn)換方法。有兩種方法可以使Java3D系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到內(nèi)部表示法。一種是編譯每個(gè)分支子圖。另一種方法是將分支圖插入到虛擬世界以使它處于激活狀態(tài)。
一旦分支圖被激活或編譯，Java3D渲染系統(tǒng)就會(huì)將分支圖轉(zhuǎn)化為更有效的內(nèi)部表示法，這種轉(zhuǎn)化，最重要的就是提高了渲染的性能。同時(shí)這種轉(zhuǎn)化還有其他效果，一個(gè)效果就是固定變化或者其他對(duì)象的值，只要程序不提供改變值的能力，那么程序在被激活或就不再具有改變場(chǎng)景中對(duì)象值的能力。
二、Java與OpenGL的綁定(JOGL)
JOGL是Sun于2003年發(fā)布的對(duì)于OpenGL的Java類綁定，它能夠完全訪問(wèn)OpenGL的函數(shù)，因此相比于Java3D更為靈活，可以進(jìn)行一些更為靠近底層的圖形開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，并且很容易同Java的圖形用戶界面開(kāi)發(fā)包AWT和Swing結(jié)合在一起，使得開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序更為便利。
JDK6.0中JOGL已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)包正式發(fā)布，之前如果想使用JOGL，必需要得到j(luò)ogl、jar以及附帶的本機(jī)代碼。不同的操作系統(tǒng)有所區(qū)別，首先找到你的操作系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的包，并進(jìn)行安裝。net.java.games.jogl是JOGL中最重要的一個(gè)包，主要包含以下幾個(gè)類GLDrawable、GLCanvas、GLJpanel、GLCapabilities、GLDrawableFactory，這些是基本的圖形接口。下面的代碼演示如何用JOGL畫出一個(gè)紅色的點(diǎn)。
import java.awt.*;
import net.java.games.jogl.*;
public class Point extends Frame implements GLEventListener {
static int HEIGHT= 400，WIDTH= 400;
static GLCanvas canvas;
public Point( ) {
GLCapabilities capabilities=new GLCapabilities( );
canvas=GLDrawableFactory.getFactory().createGLCanvas(capabilities);
canvas.addGLEventListener(this);
add(canvas, BorderLayout.CENTER);
gl = canvas.getGL( );
}
public static void main(String[ ] args) {
Point frame=new Point();
frame.setSize(WIDTH, HEIGHT);
}
public void init(GLDrawable drawable) {
gl.glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);
}
public void reshape(GLDrawable drawable, int x, int y, int width, int height) {
gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
gl.glLoadIdentity( );
gl.glOrtho(0, width, 0, height, -1.0, 1.0);
}
public void display(GLDrawable drawable) {
gl.glBegin(GL.GL_POINTS);
gl.glVertex2i(WIDTH/2, HEIGHT/2);
gl.glEnd( );
}
public void displayChanged(GLDrawable drawable, Boolean modeChanged, Boolean
deviceChanged) { }
}
其中最主要的代碼有三行：
GLCapabilities capabilities=new GLCapabilities( );
canvas=GLDrawableFactory.getFactory().createGLCanvas(capabilities);
canvas.addGLEventListener(this);
首先，GLCapabilities capabilities=new GLCapabilities( );決定了JOGL庫(kù)和JVM可以使用哪些OpenGL/圖形特色。接著用GLDrawableFactory的createGLCanvas()方法來(lái)創(chuàng)建GLCanvas，再用createGLJpanel()方法創(chuàng)建GLJPanel。最后往GLCanvas上加GLEventListener，GLEventListener實(shí)現(xiàn)了GLEventListener接口，它負(fù)責(zé)當(dāng)接到GLDrawable或GLCanvas的調(diào)用時(shí)，所需要完成的所有繪圖工作。它定義了四個(gè)方法：第一次初始化OpenGL上下文時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用init()方法，這個(gè)方法主要作一些一次性的初始化工作，比如這里將系統(tǒng)前景色設(shè)置為紅色。當(dāng)用戶改變窗口大小并因此而改變canvas大小時(shí)將調(diào)用reshape()方法。監(jiān)聽(tīng)器還會(huì)向這個(gè)方法傳送canvas的坐標(biāo)和大小參數(shù)。每當(dāng)reshape()被調(diào)用時(shí)，display()也會(huì)被調(diào)用，用來(lái)執(zhí)行OpenGL渲染操作。最后，當(dāng)顯示模式或顯示硬件改變時(shí)將調(diào)用displayChanged()方法。
三、總結(jié)
目前，世界上越來(lái)越多的大學(xué)已經(jīng)由講授C語(yǔ)言或者C++轉(zhuǎn)向Java語(yǔ)言。2003年，George Mason大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院開(kāi)始將Java語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)講授，而將C或C++作為選修。這意味著未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多的人使用Java語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。傳統(tǒng)的三維圖形應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，特別是涉及復(fù)雜的交互控制的應(yīng)用只有一些高手或?qū)I(yè)人員才能完成。Java3D和JOGL則讓初學(xué)者也能很容易的開(kāi)發(fā)出交互式的圖形應(yīng)用程序，即便是一些復(fù)雜的應(yīng)用程序的構(gòu)建難度也大大降低。
參考文獻(xiàn)：
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(作者單位：華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院)
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