虚拟现实三维系统漫游研究与实现

论文摘要

随着计算机技术的发展,仿真技术在很多重要产品的开发过程中得到成功应用。三维虚拟仿真将现实生活中的地理实体及现象用一定的方式转换到三维空间,用点、线、面、注记等方式来表达,对节约产品开发成本,缩短开发周期,提高产品质量,减少损失具有重要的现实意义。随着计算机硬件和计算机图形学、三维仿真、虚拟现实等技术的快速发展,基于三维虚拟场景的地形场景可视化成为现实。而三维地形在城市规划、工程勘察和设计、环境监测、灾害预测与预报、军事、游戏娱乐等诸多领域都有广泛的应用。在重点考虑如何实现基于真实数据的大规模三维地形的可视化这一研究热点问题,本文提出基于四叉树的三维地形的生成算法并开发出相应的漫游系统。该算法采用四叉树结构组织地形数据。本算法的关键是提出采用视点和地形起伏状况两者相结合的技术来决定地形应有的细节程度,以提高速度。同时通过顶点渐变（VerteXMorphing）技术来光滑不同分辨率地形间的转化,解决不同模型转换时的图像跳跃缺陷。在上述算法基础上,利用ViSualC++6.0平台,采用OpenGL三维图形开发SDK,结合纹理映射、阴影渲染技术,实现对自然地形效果的仿真模拟,生成具有真实感的大规模三维地形场景,最后加入用户运动中的碰撞检测,实现并达到实时交互的漫游要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 虚拟漫游技术的研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 虚拟现实技术及其实现平台
• 2.1 虚拟现实的简介
• 2.2 虚拟现实开发工具
• 2.2.1 OpenGL
• 2.2.2 MS-Direct3D
• 2.2.3 Java3D
• 2.2.4 VRML
• 2.3 虚拟场景的OpenGL构建
• 2.3.1 OpenGL的基本原理
• 2.3.2 OpenGL工作流程
• 2.3.3 Windows环境下的OpenGL
• 2.3.4 VC++中OpenGL程序设计方法
• 2.3.5 OpenGL应用程序框架的搭建
• 第3章 地形可视化
• 3.1 研究背景
• 3.2 地形可视化概念
• 3.2.1 三维地形建模概述
• 3.2.2 地形三维可视化概述
• 3.3 国内外研究现状
• 3.4 现阶段存在的问题
• 第4章 数字高程模型DEM
• 4.1 数字高程模型简介
• 4.2 数字高程模型的定义和种类
• 4.2.1 数字高程模型的定义
• 4.2.2 DEM的分类
• 4.2.3 两种数字高程模型的比较
• 4.3 基于真实数据的地形生成技术
• 4.3.1 数字高程模型
• 4.3.2 基于分形技术的地形建模技术
• 4.3.3 基于3DS文件的地形生成
• 4.4 利用OpenGL实现地形可视化的基本步骤
• 第5章 三维地形漫游系统
• 5.1 数据的来源
• 5.2 四叉树的生成
• 5.3 LOD技术
• 5.3.1 LOD的基本原理
• 5.3.2 地形LOD层的划分
• 5.3.3 基于层次四叉树的实时连续LOD模型
• 5.4 裂缝的消除
• 5.5 漫游系统设计与实现
• 5.5.1 齐次坐标
• 5.5.2 图形变换以及变换矩阵
• 5.5.3 OpenGL中的视图变换
• 5.5.4 生成地形加速
• 5.5.5 地形漫游的控制
• 5.5.6 地形的纹理效果
• 5.5.7 树
• 5.5.8 天空
• 5.5.9 碰撞检测
• 5.5.10 系统模块的组成和功能
• 第6章 总结
• 6.1 本文总结
• 6.2 虚拟现实展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录