基于辐射度算法的建筑物室内场景虚拟漫游实现技术研究

论文摘要

虚拟建筑场景漫游或称建筑场景虚拟漫游是虚拟现实技术的一个重要应用领域,是虚拟建筑场景建立技术和虚拟漫游技术的结合,它所产生的沉浸感和交互性要比传统模型或效果图更形象、完整和生动。在建筑设计、城乡规划、室内装潢等建筑行业,都大有用武之地。本文在研究了真实感图形生成方法以及目前常用的实时绘制技术的基础上,基于VC++和OpenGL实现了一个以辐射度技术为光照模型的建筑物室内虚拟漫游系统。以下是本文的主要内容:1.介绍了光照模型的基本原理,对光线跟踪算法和辐射度算法这两种经典的光照模型生成算法进行了比较,发现辐射度算法的与视点无关性特别有利于虚拟漫游场景的绘制,并着重对辐射度光照模型的生成方法进行了研究和讨论。2.介绍了纹理映射技术和光照贴图技术等实时绘制技术的基本原理,研究了它们的使用方法,并将其运用于辐射度光照模型的生成过程中,使得系统具有较快的场景绘制速度,在现有实验平台上达到了建筑物虚拟漫游系统对实时性的要求,兼顾了真实感和实时性这对基本矛盾。3.研究了虚拟场景的建模以及虚拟场景漫游的I/O控制技术,并予以实现。运用模块化的设计框架,采用VC++与三维图形开发工具OpenGL,通过读取3DS模型数据文件的信息实现了一个基于辐射度渲染技术的简单的建筑物室内虚拟漫游系统,系统绘制的场景具有较高的逼真度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 建筑物虚拟漫游简介
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作及组织结构
• 第二章 构建虚拟环境的基本方法
• 2.1 光照明模型原理
• 2.1.1 局部光照模型
• 2.1.2 整体光照模型
• 2.2 光线跟踪算法
• 2.3 辐射度算法
• 2.4 纹理映射技术
• 2.4.1 二维纹理映射的基本原理
• 2.4.2 二维纹理映射的建立方法
• 第三章 辐射度系统设计方法
• 3.1 辐射度方程的建立
• 3.1.1 辐射度与光亮度的关系推导
• 3.1.2 场景微面元的辐射度计算
• 3.2 辐射度系统中形状因子的计算
• 3.2.1 形状因子的几何说明
• 3.2.2 Nusselt方法
• 3.2.3 半立方体算法
• 3.3 辐射度方程的求解方法
• 3.3.1 线性方程组的迭代求解
• 3.3.2 系统求解场景辐射度的方法
• 3.4 辐射度系统框架
• 3.4.1 场景表面的剖分
• 3.4.2 辐射度函数的重建
• 第四章 漫游系统中关键技术的实现
• 4.1 三维场景的建模
• 4.1.1 3DS文件简介
• 4.1.2 3DS文件的导入
• 4.1.3 导入程序中主要函数的运行机制
• 4.1.4 3DS模型结构体
• 4.2 漫游控制技术
• 4.2.1 实现漫游功能的主要函数
• 4.2.2 漫游控制方案
• 4.3 加速辐射度光照计算的方法
• 4.3.1 光照贴图技术
• 4.3.2 光照贴图实现辐射度光照的方法
• 第五章 室内场景漫游系统的设计与实现
• 5.1 系统功能概述
• 5.2 系统设计
• 5.2.1 系统开发工具
• 5.2.2 OpenGL工作流程
• 5.2.3 系统的结构
• 5.3 系统开发环境及运行实例
• 5.3.1 系统开发的硬件环境
• 5.3.2 系统开发的软件环境
• 5.3.3 系统运行实例
• 第六章 总结
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 不足及以后的工作方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表论文