虚拟现实技术在城市地下空间可视化中的应用

论文摘要

随着计算机科学、计算机图形学以及现代数学理论的发展和创新,结合虚拟现实（VR）技术与科学计算可视化（SV）技术,地下空间三维模型的建立逐渐成为地质领域的研究热点。城市作为人类生存和发展的空间基础,其地下空间的合理开发和利用就显得尤为重要。通过地质勘察数据和平面管网数据来构建地下空间三维模型,可以更加清楚的了解地下地质体构造及管网的空间分布情况,为地质勘察决策与地下管网维护提供有力的辅助工具,从而合理开发利用有限的城市地下空间资源。本文主要研究了城市地下空间的三维可视化软件的开发,以天津城市建设学院校区为实例,采用VC++平台、视景仿真工具Multigen Creator/Vega Prime及其所提供的应用程序接口OpenFlight API与Vega Prime API实现了基于钻孔数据和管网平面分布图的城市三维地质模型及其地下管网模型的动态构建。并实现了其在三维虚拟环境中的实时漫游、交互控制及三维信息查询。本文在以下三个主要方面进行了研究和探讨:1、借助专业的虚拟现实建模软件MultiGen Creator及平面图象处理软件Photoshop CS建造校园地表场景的三维环境。研究了场景的集成和调度管理技术,以及三维模型的优化技术和方法。2、研究基于钻孔数据的多层DEM地质构模法,并结合MultiGen OpenFlight API,生成三维地层模型数据库文件,构建了逼真的三维地层模型。研究基于B-Rep建模法实现管网二维平面图到三维管网模型的自动构建的关键技术,从而实现了基于数据的管网动态建模。同时通过程序完成地上景观、地层与管网在虚拟场景中的集成。最后,结合OpenFlight API与Vega Prime API实现了三维地质模型和管网模型在漫游环境下的自定义编辑与动态加载。3、研究MFC框架下Vega Prime应用程序的模型驱动和信息查询,以及三维场景中二维导航图的实现,同时研究了虚拟漫游中二维与三维互动的实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的选题背景及研究意义
• 1.1.1 论文的选题背景
• 1.1.2 论文的研究意义
• 1.2 城市地下空间三维可视化的研究现状
• 1.2.1 地质体三维可视化研究现状
• 1.2.2 地下三维管网可视化研究现状
• 1.3 虚拟现实技术的研究现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 论文主要内容
• 第二章 城市地下三维空间建模理论与方法
• 2.1 城市三维地质模型的建立
• 2.1.1 三维地质建模体系结构
• 2.1.2 建模关键技术及难点
• 2.1.3 空间数据模型与数据结构
• 2.2 城市地下三维管网模型的建立
• 2.2.1 三维管网空间数据模型研究
• 2.2.2 城市地下三维管网几何模型研究
• 第三章 虚拟现实技术
• 3.1 虚拟现实简介
• 3.2 实时三维建模软件MULTIGEN CREATOR
• 3.2.1 MultiGen Creator 简介
• 3.2.2 OpenFlight 数据格式与OpenFlight API
• 3.2.3 MultiGen Creator 关键技术
• 3.3 仿真软件VEGA PRIME
• 3.3.1 Vega Prime 简介
• 3.3.2 Vega Prime 结构描述
• 3.3.3 Vega Prime 应用程序流程
• 第四章 基于虚拟现实技术的城市地下空间可视化系统研究
• 4.1 系统总体设计
• 4.2 系统开发流程
• 4.3 系统关键技术
• 4.3.1 三维地质体模型的动态构建
• 4.3.2 地下管网模型的动态构建
• 4.3.3 地上场景模型构建
• 4.3.4 地上地下模型集成
• 4.3.5 MFC 框架下Vega Prime 应用程序的模型驱动
• 4.3.6 模型的拾取
• 4.3.7 地下模型动态编辑
• 4.3.8 二维与三维的互动
• 4.4 系统应用实例
• 4.4.1 工程概况
• 4.4.2 系统运行效果
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢