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2006.02.18 Open Scene Graph简介
Open Scene Graph简介
        OSG(Open Scene Graph)是一款高效实时3D图形开发包,主要应用于可视化仿真,游戏,虚拟现实和科学计算可视化与仿真领域中的高性能图形程序的开发,所含大量功能和运行性能已经优于许多现有商业虚拟引擎。它支持windows所有版本操作系统,OSX,UNU/Linux,IRIX,Solaris以及FreeBSD,HP-UX和Aix等操作系统;也支持64位操作系统windows,Linux,OSX,Irix和Solaris。全面支持OpenGL1.1-2.0,以及许多最新扩展。OSG基于世界上最盛行的场景图技术,现今
OpenSceneGraph
已有超过1000名开发者基于OSG进行图形程序的开发。
Forbinden NVEsm Pirates Barcs Jacaranda

        2005年12月9日,OSG最新版OpenSceneGraph 1.0在苏格兰西南部埃尔夏州(AYRSHIRE)发布,OSG 1.0的图形开发包行业领先,全面支持OpenGL 2.0 和 OpenGL Shading语言。OSG用来加速3D图形处理软件的研发以及提高其3D图形处理的性能。OSG构建于OpenGL图形函数库之上,全部采用标准C++语言开发。

3Dlabs首席设计师Randi Rost说:
        “3Dlabs祝贺OpenSceneGraph 1.0版正式发布!OpenSceneGraph运行效率十分显著,提供大量出色的特有功能,在如何使开源软件达到商业软件品质方面形成一个光辉典范,3Dlabs将一如既往地为OpenSceneGraph研发小组提供工程资源,使得OSG通过集成OpenGL Shading语言实现全面支持可编程Shading技术。OSG跨平台实时3D图像函数库的顺利开发是令人满意和激动人心的。”
OSG历史回顾
        1998年 研发由来
        OSG的发展开始于DonBurns在1998年那时的业余爱好,当时他在IRIX操作系统上(以前是在配置过时的装有Linux操作系统的微机上)开发一个基于“场景图”平台的滑翔机模拟器软件。
        1999年 研发打开新局面
        1999年,RobertOsfield开始一起进行模拟器的开发,将“场景图”的机制移植到Windows操作系统。后来在1999年9月,模拟器源码转为开源发布,网站openscenegraph.org诞生了,Robert接手模拟器源码,DonBurns则继续开发滑翔机模拟器软件。
        工作了一整个秋天,冬天来临的时候,Robert掌握时机,运用标准C++及其设计模式,整合场景图模块以适应新的标准和开发方法。
        2000年 业余爱好方式的开发倍受困扰
        2001年 研发走向专业化
        在2001年4月,为适应世界范围内对Open Scene Graph开发的升温,Robert为此集中全部精力,建立OSG专业服务机构,向开发者提供商业支持,服务顾问和培训。
        2001年底,DonBurns也建立了自己的公司——安第斯计算机公司(Andes Computer Engineering),参与OSG的开发,并免费赠送了OpenProducer 和BlueMarbleViewer等软件。
        2002年 OSG研发团体建立
        2003年到现在 OSG稳步前进……
OSG的主要特性:
        OSG通过动态加载插件的技术,广泛支持目前流行的2D、3D数据格式,包括OpenFlight (.flt),TerraPage (.txp) (多线程支持),LightWave (.lwo),Alias Wavefront (.obj),Carbon Graphics GEO (.geo), 3D Studio MAX (.3ds),Peformer (.pfb),Quake Character Models (.md2),Direct X (.x),以及Inventor Ascii 2.0 (.iv),VRML 1.0 (.wrl),Designer Workshop (.dw) ,AC3D (.ac);.rgb,.gif,.jpg,.png,.tiff,
.pic,.bmp,.dds,.tga 和 qucktime。另外还可通过freetype插件支持一整套高品质、反走样字体(英文)。
        OSG对这些2D、3D数据格式的支持,极大的拓展OSG的应用,使得那些使用各种建模与仿真软件,很快就能将自己的成果导入OSG中,获得品质优质的仿真软件;同时,极大的提高了基于OSG引擎开发的应用程序使用方便性,使得用户不必把相当的精力用于文件格式转换与处理,避免了格式转换中质量的损失,OSG达到“原滋原味”的反映用户的设计和创意。
        OSG内含LADBM模块,提供大规模空间地形数据支持,加载大地形速度较快,帧速率高,在运行过程中占用计算机资源少。OSG可以方便生成各种云彩,烟雾等逼真的粒子效果。

总的来说,OSG的特性如下:
l 内核API封装了大部分OpenGL函数功能
包含OpenGL最新扩展,实时渲染最优化
l 附加一整套能够快速开发3D图形应用程序的函数库
l 提供面向对象封装机制,是开发者从繁杂的底层代码解脱出来,更多的时间去从事具体的功能实现和设计方面
l 通过osgDB函数库,OSG提供了对数据库读、写的支持
提供许多数据读写插件,如3D Studio MAX,Peformer,Direct X,VRML等等
提供装载许多图像文件格式的功能,如rgb,gif,jpg,pic,bmp等等

OSG的内部功能模块
OSG的内部功能模块主要含有:

Function osgParticle:粒子系统特效实时渲染
osgText:高质量反走样字体支持
osgFX:特种可视化效果
osgTerrain:超大规模空间地形高速缓冲存储支持
osgNV:Nvidia显卡图像支持(Nvidia CG support)
OSG引擎与3DVRI虚拟现实平台的关系
        OSG是个底层仿真软件的基础开发库,必须有上层的象3DVRI之类的软件经过封装与大量研发后,才能让用户把OSG强劲功能方便地使用与发挥出来。
OSG网站上引用了相当篇幅的3DVRI的软件介绍,下面是部分内容(译):
        3DVRI虚拟现实平台已经发布,附加一个完美的面向MAX5,MAX6,MAX7的osg格式输出插件。使用3DVRII您可以十分快速地构建虚拟现实应用程序,您可以自由地使用3DVRII虚拟现实平台开发完成您的商业项目。
3DVRI

        使用3DVRI虚拟现实平台完成的几个项目:曲江规划仿真系统,世纪景园小区仿真系统,故宫仿真系统详见后面介绍。

        在Sigraph2005年会时,Don burns的公司与SGI公司联合申请3DVRI的授权后,在Sigraph2005年会上展示3DVRI的研发成果。目前3DVRI的核心研发已得到OSG作者的认可,并且在世界范围的OSG用户群中造成了一定的影响。

下面图片是在Sigraph2005年会上展示使用3DVRI虚拟现实平台完成的项目的情况。

SigGraph2005
SigGraph2005
SigGraph2005
OSG软件的用户群落:
        目前已经有很多成功的基于OSG的3D图形处理软件,如Delta3D,3DVRI,Remo 3D,osgPlanet,虚拟地形系统,交通工具仿真系统等等。OSG是一个可移植的、高层图形工具箱中,它为战斗机仿真、游戏、虚拟现实、或科学可视化等高性能图形应用而设计。它提供了基于OpenGL的面向对象的框架,使开发者不需要实现、优化低底层图形功能调用,并提供了很多附加的功能模块来加速图形应用开发。
Delta3D
3DVRI
OSG
3DVRI
Delta3D
        Delta3D提供一套简单可行的API函数库,构成搭建任何可视化软件的基本要素。它不但提供了底层功能模块,而且提供了仿真、训练、游戏编辑器(STAGE),BSP 编译器,粒子编辑器,单机版模型浏览工具,以及内置支持美国军方标准的分布式仿真环境HLA通讯及仿真标准等多种实用工具。
        Delta3D是一个开放源码的引擎,研发开始于2002年4月,荟萃现有最先进的系列开源软件(Open Source projects),并经过全世界所有Delta3D关注者的增补与完善,相对于购买一款价格很高又不开放源代码的引擎具有很大的优势,使用Delta3d你可以任意修改代码并且定制所有你想要的功能,这是不开放源代码的商业引擎无法做到的。
        下面图示的项目(左——虚拟战场地貌仿真系统:实时创建动态草木植被,增强新兵训练效果;右——水上战术仿真系统:模拟演练水上战术的特点及应对措施)都是得到美国军方大力支持与投资的项目。
Delta3D
Delta3D
虚拟战场地貌仿真系统
水上战术仿真系统

1、 虚拟战场地貌仿真系统
        在虚拟战场领域中,至关重要的地形战术和地形状况了解方面,往往由于虚拟环境缺乏必要的植被而使得官兵训练没有发挥应得的作用。没有草木的遮掩,目标很容易被高空的飞机发现。用虚拟现实软件GENETICS实时合成草木植被改变了这一切,因此在虚拟战场中新兵的训练效果得到提高。得到美国军方Humanitarian Demining Program的大力支持。
2、 水上战术仿真系统
        该演示程序说明基于开源仿真引擎Delta3D开发水上战术仿真的巨大潜力。这是美国军方Humanitarian Demining Program的重要项目。

3DVRI:
        3DVRI是由西安虹影科技有限公司于2004年9月成功研发的一套开放式互动高端虚拟现实仿真软件平台,她能使一般的三维制作人员都可以轻易的在个人电脑中建造虚拟场景,适用于建筑设计、工程管理、城市规划、房地产开发、销售展示、军事模拟等多种专业领域,各项技术指标均已达到国际领先水平。由于3DVRII采用了现今虚拟现实软件中最强劲的内核引擎Open Scene Graph,架构设计也不只满足使用者现今的需求,更是为了未来而准备。
        该软件平台具有处理以城市为单位的海量三维模型的能力,同时能提供各类数据的实时查询和各类现成的数据库系统的接口功能,适合于城市规划等大规模场景。

3DVRI
3DVRI
3DVRI
曲江规划仿真系统
世纪景园小区仿真系统
故宫仿真系统
osgPlanet:
        osgPlanet是一款基于OSG引擎开发的三维地理信息浏览器,由于得到BlueMarbleViewer的授意,osgPlanet扩展了浏览美国地理空间信息数据,高程数据以及利用OGC Web Mapping Services (WMS)网络接口的功能。
OSGPlanet
Remo 3D:
        Remo 3D是一款基于OSG引擎开发的工具软件,可以创建、修改用于实时虚拟的3D模型,其默认文件格式为OpenFlight。Remo 3D可以运行在Microsoft? Windows? XP/2000操作系统和Linux操作系统。不久Remo 3D v1.0即将发布,现在可用的版本是预发布版v0.7,下载地址:http://www.remograph.com/。
虚拟地形系统
        虚拟现实实验室软件(Vrlab,地址:http://vrlab.epfl.ch/),以前曾命名为计算机图像实验室(LIG),它是1988年7月由Daniel Thalmann教授在瑞士联邦工业大学(EPFL)开发的。该软件主要用于建立模型与动画来模拟三维虚拟社区世界的。
        Vrlab的仿真技术世界领先,特别是在生成实时虚拟人类方面,以及在沉浸式虚拟环境与增强现实中玩家所做的多种多样的交互模式的实现都是首屈一指的。
VRLAB
交通工具仿真游戏
Traffic
Traffic
Traffic
        这是基于OSG引擎开发的仿真软件,用来实时模拟分析各种交通工具在不同的路况上的行驶状况。