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基于国家级一流课程,面向信创产业的三维图形系统的开发
时间:2021年07月29日 16:23    点击:

一、 U3DS信创软件的提出

2020年5月22日,美国商务部工业与安全局(BIS)以“国家安全或外交政策利益”为由,将33家中国企业与机构列入实体清单,其中就包括哈工大和哈工程两所院校。美国的软件公司Matlab取消了对哈工大、哈工程的正版授权,禁止使用Matlab软件。这意味着这两所高校将无法使用此软件产品做军事科学技术实验研究。

目前,我国广泛使用的3Ds,Photoshop、AutoCAD、OpenGL等图形图像处理软件也存在类似的情况。一旦在三维可视化领域被别人卡脖子,将会非常难受。其实,这些软件的开发并不难,只是在这里长期是一个断点,没有人致力于在基础方面做这个工作。国产软件崛起刻不容缓,作为太原市尖草坪区连任四届的政协委员,孔令德在2020年的提案“加大国产图形图像处理软件的支持力度”的社情民意,切中了问题的要害,被省政协领导点赞。

从2006年起,以孔令德为带头人的太原工业学院计算机图形学课题组,尝试使用C++语言从底层开发图形图像处理教学系统。2013年,课题组使用C++语言开发了三维图形系统的试用版;2016年形成了一套完整的、具有自主知识产权的三维图形教学软件—U3DS图形系统。U3DS使用C++语言开发,未使用任何国外的图形库,在教学领域完全可以代替国外的OpenGL或者3DS实现三维图形的建模与渲染。图1为使用自主开发的系统渲染的三维紫砂壶。

      

图2 西施壶抗疫英雄谱

二、 系统的功能

U3DS系统是一款三维绘图系统,可以胜任计算几何建模技术的讲解与计算机图形学算法的讲解。U3DS系统独立于任何市面上的图形库,使用C/C++语言从底层开发,具有自主的知识产权。U3DS的渲染效果可与国外的图形库产品媲美。U3DS分为建模、渲染、交互、动画4个模块。U3DS系统使用类架构搭建,可以根据应用的需要而选择不同的模块,功能见图2 。

             

图2  U3DS系统功能

三、 关键技术

1.绘制效率

由于目前开发完成的三维教学系统只是使用了一个绘制像素点函数,系统中基本的建模与渲染都使用算法实现。但是教学系统满足于计算机图形学课程教学而已,如果转化为产品,需要在一致性、完整性以及绘制效率方面进行改进。

2. 多物体交互系统

三维图像教学系统是针对单个物体完成的,实际工业应用需要针对多个物体进行运算,这需要进一步深入研究。

3. 增加新技术

随着国外现代三维技术的进步,依托于开源代码,探索更加先进的曲面建模技术与三维渲染技术,需要的不仅是学习的动力,而是团队与资金的投入。

四、 预期成果

开发一款可用于国产平台的三维图形交互设计系统,算法与代码全部国产化,具有自主知识产权。