三維引擎簡(jiǎn)介
最能體現(xiàn)三維圖形引擎各方面技術(shù)的無(wú)疑是游戲引擎，三維游戲引擎總是各種最新圖形技術(shù)的嘗試者和表現(xiàn)者，總是站在圖形學(xué)技術(shù)的最高峰，并不斷通過(guò)更高的速度、更逼真的效果推動(dòng)三維技術(shù)的發(fā)展。下面就簡(jiǎn)要介紹一下游戲引擎。

游戲引擎猶如汽車的引擎，決定著游戲的速度、真實(shí)感、吸引力等，玩家所體驗(yàn)到的劇情、關(guān)卡、美工、音樂(lè)、操作等內(nèi)容都是由游戲的引擎直接控制的按照3D引擎所要具有的功能，可以把3D引擎系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)功能模塊:系統(tǒng)模塊、底層渲染模塊、控制臺(tái)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、游戲接口模塊與游戲插件模塊，如下圖所示:

三維引擎應(yīng)用
當(dāng)前，三維圖形已在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)、動(dòng)畫(huà)影視制作、游戲娛樂(lè)、軍事、航空航天、地質(zhì)勘探、實(shí)時(shí)模擬等方面有著十分廣泛的應(yīng)用。特別是游戲娛樂(lè)方面已經(jīng)成為當(dāng)今三維圖形發(fā)展的重要應(yīng)用領(lǐng)域。2003年，國(guó)家863計(jì)劃將三維游戲引擎的研發(fā)納入了高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，這使得多年來(lái)倍受各界非議的游戲產(chǎn)業(yè)獲得了解放。

三維引擎是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)，作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一部分，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有如F幾個(gè)方面:軍事訓(xùn)練、企業(yè)生產(chǎn)、科研、娛樂(lè)、商業(yè)應(yīng)用。

三維引擎研究現(xiàn)狀:
國(guó)外

SRI研究中心建立了“視覺(jué)感知計(jì)劃”，研究現(xiàn)有VR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。1991年后，SRI進(jìn)行了利用VR技術(shù)對(duì)軍用飛機(jī)或車輛駕駛的訓(xùn)練研究。另外，SRI還利用遙控技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)仿真的研究。

美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)(UNC)的計(jì)算機(jī)系是VR研究最早最著名的大學(xué)，他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。由Brooks教授領(lǐng)導(dǎo)的小組研制成功了第一個(gè)用于建筑設(shè)計(jì)的Walk-through虛擬建筑漫游系統(tǒng)，用戶可以在虛擬的UNC計(jì)算機(jī)系大樓里面漫游。

伊利諾斯州立大學(xué)研制出在車輛設(shè)計(jì)中，支持遠(yuǎn)程協(xié)作的分布式VR系統(tǒng)。不同國(guó)家、不同地區(qū)的工程師們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)協(xié)作進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)中采用了虛擬原型，從而減少了設(shè)計(jì)圖象和新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，而且可以在新產(chǎn)品生產(chǎn)之前就能對(duì)其進(jìn)行估算和測(cè)試，這樣就大大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

美國(guó)宇航局(NASA)的Ames實(shí)驗(yàn)室完善了HMD，并將VPL的數(shù)據(jù)手套工程化，使其成為可用性較高的產(chǎn)品。NASA研究的重點(diǎn)放在對(duì)空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真士，大多數(shù)研究是在NASA的約翰遜空間中心完成的。他們大量運(yùn)用了面向座艙的飛行模擬技術(shù)。NASA完成的一項(xiàng)著名的工作是對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真。

美國(guó)UC Berkeley漫游工作室在建筑漫游方面的工作頗具代表性。1996年他們對(duì)Berkeley大學(xué)計(jì)算機(jī)系樓Soda Hall進(jìn)行了事前漫游，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正了建筑設(shè)計(jì)中存在的缺陷。Soda Hall 模型由1418807個(gè)多邊形構(gòu)成，占據(jù)21.5M硬盤(pán)空間，使用了406種材質(zhì)及58種不同紋理。由于研究小組開(kāi)發(fā)了高效的漫游引擎，實(shí)現(xiàn)了Soda Hall在SGI Power Series 320平臺(tái)上的實(shí)時(shí)漫游。

麻省理工學(xué)院(MIT)是一個(gè)一直走在最新技術(shù)前沿的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。MIT原先就是研究人工智能、機(jī)器人和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)以及動(dòng)畫(huà)的先鋒。這些技術(shù)都是VR技術(shù)的基礎(chǔ)。1985年成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。媒體實(shí)驗(yàn)室建立了一個(gè)名叫BOLIO的測(cè)試環(huán)境，用于進(jìn)行不同圖形仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)。利用這一環(huán)境，MIT建立了一個(gè)虛擬環(huán)境下的對(duì)象運(yùn)動(dòng)跟蹤動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。

(2)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀:

北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理;在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺(jué)接口開(kāi)發(fā)出了部分硬件并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法;實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，提供用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接。近期，北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室開(kāi)發(fā)了虛擬北航校園項(xiàng)目，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境漫游引擎。在配置VOOD002圖形加速卡的PII266微機(jī)平臺(tái)上，漫游引擎驅(qū)動(dòng)了一個(gè)由10萬(wàn)個(gè)三角形構(gòu)成的北航校園模型，其交互仿真率保持在15幀/秒以上。為了驗(yàn)證漫游引擎的通用性，還先后將漫游引擎用于房地產(chǎn)項(xiàng)目虛擬恒昌花園及虛擬珠穆瑯瑪峰等漫游應(yīng)用中。

浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了層面迭加的繪制技術(shù)和預(yù)消隱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了立體視覺(jué)，同時(shí)還提供了方便的交互工具，使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和畫(huà)面的真實(shí)感都達(dá)到了較高的水平。另外他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的虛擬紫禁城項(xiàng)目就是虛擬環(huán)境漫游的研究成果。