基于VEGA PRIME的MD5三维动画应用研究

本文介绍了三维动画的技术分类和特点，在分析MD5骨骼蒙皮动画文件格式和动画原理的基础上，通过C++编程实现了骨骼运动以及蒙皮计算过程，应用VEGA PRIME实时仿真引擎，结合其扩展插件设计规范，设计和实现了在VEGA PRIME视景仿真应用程序中集成和使用MD5三维动画的插件，解决了VEGA PRIME不支持主流三维动画的问题。

三维动画是计算机图形技术领域中一个重要的研究方向，它可以清晰、直观、逼真地展现角色的动作和行为过程，广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等领域。VEGA PRIME 是MULTIGEN-PARADIGM公司(后被PRESAGIS 公司收购)开发的实时视景仿真软件，它集成了海洋、大气、星空、地形、特效等各种通用模块，并且可以通过扩展插件支持虚拟仪表、红外成像、雷达成像等专业模块，广泛应用于城市规划、海洋仿真、建筑设计、飞行仿真等各个领域，是目前最流行的视景仿真工具之一[1] [2]。

VEGA PIRME 本身并不支持目前主流的三维动画模型格式，而类似的扩展插件基本上都是商业发布的， 其价格居高不下， 限制了VEGA PRIME 的推广应用。

如果能够通过插件扩展的方式使得VEGA PRIME能够实时的加载、渲染三维动画，那么在飞行仿真、舰船仿真训练时，就可以以三维动画的形式全方位地展示仿真过程中虚拟角色的动作和行为， 从而提高VEGA PRIME 视景仿真引擎的适用性并增强仿真训练效果。

2. 三维动画技术分类简介 三维动画的基本原理是让模型中各个顶点的位置随时间变化，其主要技术有三种：变形动画、关节动画和蒙皮动画。

1) 变形动画中的角色模型由一系列的渐变网格模型构成，变形动画要达到模型细致的效果，必然需要大量的帧数， 最理想的情况是渲染程序中的每一帧都对应于模型中一帧， 但这样模型数据量会非常大， 因此只能存储关键时刻模型顶点的位置，其过度时刻的顶点数据由两个相邻的关键时刻插值获得，这使得变形动画灵活性差，存储开销大； 2) 关节动画的角色模型由若干独立的关节点组成。每一关节点是一个独立的网格模型，对应于人体的一个关节，不同的关节按照角色的特征组织成一个层次结构，通过改变不同关节的位置和旋转，就可以实现各种所需的动画效果，关节动画的优点是存储空间小，缺点是在关节的连接处会有明显接缝，影响真实感； 3) 蒙皮动画是在骨骼系统基础上发展而来的，其基本原理为：在骨骼系统的控制下，模型网格的顶点可以被几块骨骼所影响，每块骨头对顶点影响的权重不同，骨骼对顶点的作用之和就是该顶点的最终效果。蒙皮动画数据内容包括骨骼层次数据、模型网格数据、骨骼蒙皮数据和动画关键帧数据，其中骨骼的运动由动画关键帧数据驱动，蒙皮动画同时兼有关节动画的灵活和渐变动画的逼真，现代主流的三维动画格式均采用了蒙皮动画技术[3] [4]。

3. MD5 模型动画原理及文件格式 MD5 三维动画模型格式是由ID SOFTWARE 公司推出的世界上首款真正意义上的蒙皮动画格式， 在