虚拟水电仿真系统中视景同步技术的研究与应用

论文摘要

虚拟水电仿真系统,是带有虚拟可视化场景的水电仿真系统。能够让水电站在培训学员和理论研究的过程中,直观地了解设备的运行状况,更重要的是给学员以真实操作的感受,减少学员实际操作过程中的误操作。系统在水电站的学员培训、理论研究、降低风险成本方面都起到十分重要的作用。但是,复杂场景的渲染和网络传输的延迟等因素将引发虚拟场景与仿真服务器间不同步的问题,以致系统响应迟缓,沉浸感遭到破坏,直接影响了培训的效果。本文针对虚拟水电仿真系统中的视景同步问题,详细分析了其产生的原因,并从提高虚拟场景的渲染速度和改进数据传输的调度策略两个角度出发,提出了相应的解决方案：应用细节层次模型（Level of Detail）的思想,实现了一种以半边折叠为基本操作,以Multiple-Choice算法为化简原则的网格化简算法,并提出了一种改进的误差度量准则,以降低系统渲染复杂场景时的开销,提高虚拟场景渲染速度,进而提高系统的同步性,再根据该算法对网格的化简效果,给出对该算法的评价。提出一种自调节缓冲区容量算法（Self-Adjusting Buffer Size）,可根据系统中时间差的变化,自动调整缓冲区的容量,以调节系统间不同的处理速度及网络传输的影响,比较不同调度策略的情况下,系统中时间差的变化,进而评价SABS算法在解决同步问题中的作用。将网格化简算法与自调节缓冲区算法应用于虚拟水电仿真系统之中,优化虚拟水电仿真系统的体系结构,并根据系统的测试运行情况进一步分析算法在改善系统视景同步问题中的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 同步问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 视景同步问题的产生
• 2.1 虚拟水电仿真系统
• 2.1.1 虚拟现实
• 2.1.2 虚拟水电仿真系统中的虚拟现实技术
• 2.2 视景的成生
• 2.2.1 三维对象渲染的两个阶段
• 2.2.2 坐标变换中的矩阵运算
• 2.3 同步问题的产生
• 2.3.1 场景渲染的影响
• 2.3.2 络传输的影响
• 2.4 小结
• 第三章 细节层次模型
• 3.1 图形加速算法
• 3.2 网格简化算法
• 3.2.1 顶点聚类
• 3.2.2 采样
• 3.2.3 自适应细分
• 3.2.4 增量式删除
• 3.3 改进的简化算法
• 3.3.1 误差度量准则
• 3.3.2 VA度量准则
• 3.3.3 算法描述
• 3.4 算法性能
• 3.5 小结
• 第四章 系统通信
• 4.1 同步策略
• 4.1.1 逻辑时钟同步
• 4.1.2 物理时钟同步
• 4.1.3 缓冲区同步
• 4.2 自调节缓冲区算法
• 4.2.1 算法描述
• 4.2.2 性能评价
• 4.3 小结
• 第五章 系统应用
• 5.1 系统结构
• 5.2 相关算法的实现
• 5.3 系统性能
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文