基于OGRE的海量三维模型动态调度技术的研究与实现 - 李雷(4)

LOD技术可以概括为物体在远处和近处可以采用不同的细节层次。

(3) PagedLOD 技术

所有的模型都按照统一的方式管理，这不是一个明智的选择。PagedLOD技术运用分

页管理大大的提高了运行效率。本论文研究如何把PagedLOD技术应用到OGRE环境当 中。

(4) OGRE环境极其应用

OGRE是一个幵放的3D图形引擎，具有很多优点。本文研究如何把动态管理的先

进技术应用到OGRE环境当中。

1.5.2论文结构

本文共分为五章，具体编排如下：

第一章是绪言，介绍选题依据、研究意义等内容。

第二章是虚拟现实简介，介绍虚拟现实的发展概况和各种特点，并简单介绍了三维

引擎OGRE和OSG。

第三章是基于OGRE的DatabasePager技术的研究与实现，DatabasePager的技术原 5

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型[2]。通俗的讲就是如果离观察者近，就调用精细的模型，如果离观察者远，就调用粗

糙的模型。

在文献[1]中，作者写道LOD细节层次技术是对同一个物体在不同的时间带来不同的

表现的实践，当物体距离远时调用低层次细节表现，当距离观察者近时调用高层次细节

表现。LOD转换使分离的物体的模拟变的非常简单，因为整个物体能被瞬间替换，地形

的LOD转换还是有很多问题的，因为地形需要表现一个连续的景象，表面不能有断痕，

需要大量不同的细节在这个表面上，距离观察者近的地面是高细节层次的，远离观察者

的地面是低细节层次的。建筑的LOD转换同样是个障碍，因为会有突变的现象，这会降

低虚拟体验。为了解决这个问题，同样的建筑模型需要创建不同的细节版本或者用交融

方法去解决突变的问题。

在文献[2]中，作者写道由于大量的模型不能同时被转进内存，所以需要仿照电脑操

作系统分页存储空间的方法来进行分页调度，我们把它叫做PagedLOD分页形式管理。

通俗讲就是只调用用户能看见的区域和将可能看见的区域，也就是可见区域和预可见区

域，不可见区域暂时不调用。

OSG三维引擎提供的DatabasePager动态数据库技术能够实现海量地形数据的动态

调度。DatabasePager是实现PagedLOD分页调度的关键，为进入视野的数据添加请求，

长期不使用的数据送入删除队列，需要预编译的数据还能提前进行预编译。

DatabasePager能对不在视野内的数据进行卸载，并且有时PagedLOD节点虽然在视野

内，但是显示的只是一个细节层次的模型，其他细节层次的子节点数据长期不使用，

DatabasePager也能对其进行卸载。在处理海量模型数据和海量地形的大场景时非常有

效。在DatabasePager的类中内置了相关的线程，通过不断的循环对数据进行加载卸载。

并且判断过期节点有两种方法，一是超过数量模式，设定一个目标的PagedLOD节点数

量，未达到数量的话不会进行删除，超过数量再进行判断；二是过期模式，在这种模式

下，PagedLOD的细节层次子节点超过设定的时间没使用，就会进行卸载。

1.4研究思路

在现有的软硬件环境基础上，先学习掌握更为先进的动态管理技术，比如LOD、

PagedLOD、DatabasePager等，研究他们动态调度海量三维模型的实现方法和原理。然

后建立OGRE环境，载入超大场景和海量三维模型，把这些技术实现到OGRE环境当

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理以及在OGRE中的实现。

第四章是基于OGRE的PagedLOD技术的研究与实现，PagedLOD的技术原理以及

在OGRE中的实现。

第五章是总结与展望，说明本文的工作、创新点、以及以后的工作。

1.6应用程序开发的软硬件环境

本人用C/C++语言结合OGRE幵放3d引擎开发大规模场景的仿真程序，所用的计

算机配置为：

主机系统： CPU: Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU T8100 @2.10GHz 2.09GHz

内存：2G

显卡：NVIDIA GeForce 8400MGS 独立显卡，显存 256M

软件环境：操作系统：winXPsp3

编译器：VS2010spl

三维模型格式：.mesh格式（OGRE引擎专用格式） 6

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第二章虚拟现实以及相关引擎

2. 1虚拟现实简介

2.1. 1概念和由来

现在有很多关于VR的定义，通常，限制性的方法是定义VR为3D，一个能够让用

户通过3维输入输出设备体验的，多重感知的，仿真的，实时的和互动模拟的空间。在

这样的研究背景下，VR被定义为一个三维的计算机描述的空间，这个空间用户可以任

意移动他的视角。我们因此考虑下面的方式是构成的VR系统，三维多用户聊天（Active

Worlds 2007)，第一人称 3D 视频游戏（Quake 2007)，Unreal tournament (Unreal 2007)，

并且在网络上的3D虚拟空间。

2.1.2基本特征和构成

一个VR应用程序由不同的部分组成，可以概述如下：

1)场景和对象。该场景对应于这些物体所在的世界。包括光，视角，和摄像机。此

外，它仍然应该包括一些属性，这些属性是属于这个虚拟世界内部的。例如，重力可以

是一个对象在这个世界的一个属性。这个对象有一个虚拟的颜色和材质描述。他们有大

小、位置、和方向。

2)行为。这些对象可以有行为。例如，他们可以移动，旋转，改变大小等等。

3)互动。用户必须能够与虚拟世界中的对象进行互动。例如，用户可以选择一些对

象或者他可以拖动一些对象。这个可以是由一些规律的鼠标和键盘来完成或者通过专门

的硬件例如一个3D鼠标或者数据手套。

4)交流。如今越来越多的虚拟现实应用是一个远程用户可以相互交流的协作环境。

为了实现这个目标，网络通讯是十分重要的。

5)声音。VR应用同样应该包括声音。在过去的几十年里，为了计算VR应用里的

声音，一些研究已经被完成。 7

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2.1.3如何开发一个VR应用

在过去的十五年里，一个VR应用的不同部分的开发不是一个简单的工作，大量的

软件工具被研发去减少开发者的工作。这些工具可以被分类为创作工具和软件程序库。

创作工具：创作工具允许开发者去创建一个静态场景，在应用比较熟练的情况下。

不过，他们认为有一些幵发者有VR知识并且一些编程技巧去使用脚本语言去进行编程

行为。这些被创作工具使用的脚本语言可以把一个创作工具转变成另外一个。

软件程序库。利用一个程序库可以从头开始编程一个完整的虚拟应用。程序库的例

子是Java3D、OGRE、OSG等，要使用这样的库，良好的编程知识、VR的知识和计算

机图形学都是必需的。在执行之前这些代码需要被编译和连接。它也可以使用播放器，

这个播放器可以及时的解释一个3D格式并且生成这个VR应用。VRML和X3D都是

3d格式，能够被专门的播放器解释通过一个web浏览器。

2. 1.4场景和对象

今天，针对于对象建模和场景建模存在着大量的创作工具，而且不用去对他们编程。

每一个工具带着他们自己的特点和GUI。因此，一个开发者，知道这个工具支持的特点

和他们怎样通过图形界面使用是非常重要的。幵发者同样需要知道哪种文件格式是被支

持的。针对他们用的这个播放器（或者用户接口）和这些创作工具的费用，开发者可以

选择使用哪种创作工具。最流行的创作工具是3DStudioMax,Maya,;MilkShape3D。如

果幵发者是为了针对一个特定的文件格式开发一个VR应用，他们需要去注意这些创作

工具支持的文件格式。例如VRML/X3D这种文件格式，不是所有的工具都允许以这种格

式输出对象。此外，当行为是嵌入式的时候他们不能总是正确的输出他们。除了这些创

作工具，软件程序库也可以用来进行场景建模。但是对于这一点，开发者需要有编程技

巧。现有的库有：Performer, Java3D ,OGRE,OSQ 用C4+写的X3D toolkit 或者用javaSD

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