虚拟现实若干关键技术在虚拟校园中的研究与应用

论文摘要

虚拟现实是以计算机图形学为基础并且涉及众多学科的一门前沿科学,是二十一世纪最受瞩目的技术之一。VR技术发展前景广阔,目前已经应用到多种行业中。虚拟校园是虚拟现实技术在教育行业的一个典型应用例子。东北大学也已起步开发虚拟校园,并取得了良好的效果。本文以继续完善东北大学虚拟校园漫游系统为目标,根据实际场景情况,创建了三维实体模型,在实时仿真及交互控制功能的基础上,实现了新的功能。论文的主要工作包含以下几个方面：第一,在国内外虚拟现实技术和虚拟漫游技术研究的基础上,针对虚拟漫游系统的实现方案提出增添新的功能设计。第二,分析了基于MultiGen Creator三维建模的关键技术,分析并探讨了建模中的一些主要算法；合理应用建模关键技术,完成东北大学综合楼及周围基础设施的三维场景建模及优化。第三,提出了基于键盘控制漫游和基于固定路径漫游的两种实时漫游的方法,研究了漫游过程中视点控制与转换的相关技术,分析并实现了粒子系统及其相关的碰撞检测、模型的动态添加和删除。最后,论述并研究了虚拟人的实现,分析并介绍了虚拟人的方法,对行走过程中进行了逆运动学数学描述；利用Vega的API函数成功的实现了对含有单个DOF节点模型的控制,使含有多DOF节点的人体模型控制成为可能,通过使用DI-Guy人物仿真软件,并结合Vega实现了虚拟校园漫游系统中虚拟角色的加入。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟现实技术
• 1.1.1 虚拟现实的概念
• 1.1.2 虚拟现实技术的实质
• 1.1.3 虚拟现实技术的特征
• 1.1.4 虚拟现实技术中的关键技术
• 1.1.5 虚拟现实技术的应用
• 1.2 虚拟漫游技术
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 虚拟校园漫游程序简介
• 2.1 虚拟校园
• 2.1.1 虚拟校园概述
• 2.1.2 虚拟校园国内外研究状况
• 2.1.3 虚拟校园漫游系统的研究意义
• 2.2 东北大学虚拟校园漫游系统的实现方案
• 2.2.1 虚拟校园漫游系统的设计目标
• 2.2.2 虚拟校园漫游系统的设计
• 2.2.3 虚拟校园漫游系统的开发平台
• 2.3 本章小结
• 第3章 CREATOR建模关键技术及优化方法
• 3.1 Multigen Creator工具简介
• 3.1.1 Multigen Creator数据库结构
• 3.1.2 Creator主要技术的算法分析
• 3.2 Creator关键技术的研究与实现
• 3.2.1 实例化技术
• 3.2.2 纹理映射技术
• 3.2.3 LOD技术
• 3.2.4 DOF技术
• 3.3 建模优化技术
• 3.3.1 消除冗余多边形
• 3.3.2 合理利用纹理
• 3.3.3 使用实例化技术
• 3.3.4 使用外部引用
• 3.3.5 用Billboard技术
• 3.3.6 结构调整
• 3.3.7 模型单元分割
• 3.3.8 细节层次模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于VEGA的实时场景渲染
• 4.1 Vega概述
• 4.2 基于Vega的仿真分析
• 4.2.1 Vega渲染流程
• 4.2.2 基于MFC的Vega仿真设计
• 4.3 Vega渲染若干技术研究与实现
• 4.3.1 场景显示与实时漫游
• 4.3.2 视点控制与切换
• 4.3.3 碰撞检测与碰撞响应
• 4.3.4 基于粒子系统的特殊效果
• 4.3.5 模型动态添加和删除
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于VEGA的虚拟人物仿真技术
• 5.1 人物仿真概述
• 5.2 虚拟人的建模技术
• 5.2.1 骨架模型
• 5.2.2 基于NURBS曲面的人体曲面模型
• 5.2.3 人体模型的构造实体几何法
• 5.3 基于逆运动学的控制分析
• 5.3.1 人体坐标系的设定
• 5.3.2 逆运动学的概念
• 5.3.3 逆运动学问题的求解方法
• 5.3.4 行走模型分析
• 5.3.5 跑步模型分析
• 5.4 Vega中虚拟人物仿真
• 5.4.1 基于DOF节点技术的Vega人物仿真
• 5.4.2 基于DI-Guy软件的Vega人物仿真
• 5.5 漫游系统中虚拟角色加入
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢