（5） 动画生成技术

    计算机动画是当今计算机图形学及CAD技术中最尖端的应用，已经形成独立的研究领域。根据计算机动画绘制和显示的原理，以及动画的交互程度，可以将计算机动画分为非交互动画和交互动画，交互动画又分为非实时计算交互动画和实时计算交互动画。视景仿真环境中的动画生成一般是指实时计算交互动画。

    虚拟环境中动画生成根据其所依据的理论和所采用的技术分为：关键帧动画、变形物体动画、人体动画、过程动画和基于物理模型的动画等。

    关键帧动画：关键帧插值问题归结为参数插值问题

    变形物体动画：如电影《终结者II》机械杀手T-1000，由液体变成金属人

    人体动画：目前有许多问题没解决，是计算机动画中最富挑战的课题之一，脸部表情的研究难度最大。

    过程动画：即用一个过程去控制物体的动画。过程动画经常涉及物体的变形，与前面的柔性物体的动画不同。柔性物体动画，物体的变形是任意的，可由动画师任意控制。在过程动画，物体变形基于一定的数学模型和物理规律。过程动画应用最为成功的是不规则物体的动画。如火、烟、云等气体现象。利用粒子系统有独特的优点，在电影《Star Trek II》模拟星系爆炸有成功的应用。

    基于物理模型的动画：20世纪80年代发展起来，能逼真的模拟自然物理现象，是基于物理学定律，（如牛顿动力学），考虑物体的真实属性如质量、弹性、摩擦力等。但因为计算量大模拟缓慢。

    2 实时视景生成

    （1） 三维图形应用程序接口OpenGL

    当前有许多实时三维视景系统软件可以完成视景仿真场景的生成，他们的底层均基于三维图形应用程序接口OpenGL。

    OpenGL实际上是一种图形与硬件的接口，由SGI公司设计，是为编程人员所设计的图形生成工具软件库，如同其他应用程序接口API一样，是一个简单、容易使用的图形制作工具。目前也有其他的图形应用程序接口API，但OpenGl已经发展成为所有计算机硬件平台制造商实际采用的工业标准，同时也为软件开发者广泛使用。由于计算机工业界在所有的计算机平台上使用了同一套库函数调用命令，因此，OpenGL的开发成本是最低的。尤其是OpenGL三维图形加速卡和微机工作站的推出，人们可以在微机上实现CAD设计、仿真模拟、三维游戏等，从而更有机会、更方便地使用OpenGL及其应用软件来建立自己的三维图形。

    OpenGL是一个硬件图形发生器的软件接口，是一个与硬件无关的图形接口，它提供与硬件密切相关的设备操作函数，但也不提供复杂形体的图形操作函数，必须用点、线、面等基本的图形单位开始建立三维模型。它包括100多个图形操作函数，开发者可以利用其构造景物模型，进行三维图形交互软件的开发。

    （2） 高层三维视景开发环境

    有如：IRIS Performer（SGI公司），　MultiGen-Paradigm Vega(MultiGen-Paradigm公司)，CG2 Vtree（CG2公司） 等

    （3） 实时视景生成和显示技术

    三维视景生成和显示的实时性是产生现实感觉的首要条件。三维视景仿真中实时性主要体现在：1)运动体位置、姿态的实时计算和动态绘制；2)画面更新在20～30帧；3)实时交互动作；声音与图像的同步等。

    图形生成速度是仿真可视化的重要瓶颈，速度取决于：图形处理的软硬件体系结构，特别是硬件加速器的图形处理能力；图形生成所采用的各种加速技术；应用因素及虚拟场景的复杂程度、所需要的真实感速度。

    虽然高速发展的CPU和专用图形处理器使当今的图形工作站得到很大提高，但当前图形生成速度相对于仿真可视化环境的规模来说仍然存在相当大的差距。如何从软件着手，减少图形画面的复杂度，成为仿真可视化图形生成的主要目标。下面从软件角度就一些实时图形生成和显示技术做一些介绍：

    1） 可见性判定和消隐技术

    由于视线的方向性、视角的局限性以及物体相互遮挡，人眼所看到的往往只是场景中的一部分。有些目标不在视野范围之内，有些在但可能部分超出屏幕，这就要进行可见性判定和裁减。同时，由于视点的不同，在空间，我们只能看到三维物体的某些面（向前面），而有些面是看不到的（背离面），将那些完全或部分被遮挡的面称为隐藏面，消隐技术就是要消除相对  空间给定观察位置的背离面和隐藏面。

    2） 细节层次模型

    当物体离得越来越远时，人们不能再辨清该物体上的许多细节结构，因此，绘制一个远处的物体时，用该物体细节描述非常复杂的模型是完全没有必要的，浪费图形处理资源和时间。因此同一物体采用