三维交互技术的研究与应用

论文摘要

首先分析了现在流行的三维交互设备及其使用情况。并对图形学原理的基本内容,包括三维几何变换、坐标变换和三维观察进行了研究。在此基础上进一步分析了对象操纵技术和漫游技术,并针对这两种技术在实际的应用,提出了设计准则,同时给出了基于二维桌面输入设备虚拟实体的拾取算法。讨论了碰撞检测技术,并给出了轴向包围盒AABB的碰撞检测算法。本文以燃气热水锅炉虚拟培训演练交互系统作为实现原型。原型系统的分析设计部分详细分析了本系统应采用的开发环境、系统数据库、场景漫游技术、对象操纵技术,并设计了交互系统的三维引擎。在系统实现部分描述了场景模型及场景模型的加载,实现了数据库的引入,采用了路径漫游、桌面环境下的相机控制、基于目标等漫游技术,开发了OpenGVS环境中用函数控制的漫游程序。实现了虚拟手、音效、动画嵌入、图形菜单多种交互方式。特别针对采用透明纹理贴图的小场景与大场景融合时产生蓝边问题,提出了解决办法;对于一个场景的多项任务操作,采用了二维图形菜单的交互方式。给出了以三维Widgets为核心的三维交互框架的设计,并应用到系统中,实现了3D Widgets的交互。应用这个交互框架可以提高三维交互环境中实体操作定位的精确度,并可以实现虚拟环境中对同一物体多项操作的选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 三维人机交互技术研究
• 1.1 三维人机交互概述
• 1.1.1 三维人机交互概念
• 1.1.2 三维人机交互分类
• 1.2 三维交互设备
• 1.3 实体操纵图形学原理
• 1.3.1 三维几何变换和坐标变换
• 1.3.2 三维观察
• 1.4 对象操纵技
• 1.4.1 用于三维对象操纵的具体技术
• 1.4.2 实体操纵技术讨论
• 1.4.3 基于桌面二维输入设备的虚拟实体拾取算法
• 1.5 漫游技术
• 1.5.1 用于虚拟环境漫游实现的具体技术
• 1.5.2 漫游技术的讨论
• 1.6 碰撞检测技术
• 1.6.1 碰撞检测技术的基本原理
• 1.6.2 轴向包围盒（AABB）检测算法
• 1.6.3 OpenGVS 中碰撞检测实现
• 第2章 虚拟培训交互系统的设计
• 2.1 系统简介
• 2.2 系统环境分析
• 2.2.1 建模工具——Multigen Creator
• 2.2.2 视景管理软件——OpenGVS
• 2.3 系统的设计
• 2.3.1 系统界面
• 2.3.2 交互系统的三维引擎
• 2.3.3 Access 表格数据库
• 2.3.4 漫游技术
• 2.3.5 对象操纵技术
• 第3章 虚拟培训交互系统的实现
• 3.1 场景模型及加载
• 3.2 数据库的引入
• 3.3 场景漫游实现
• 3.3.1 路径漫游
• 3.3.2 桌面环境下的相机控制
• 3.3.3 基于目标的漫游
• 3.3.4 OpenGVS 中漫游的程序实现
• 3.4 对象操纵技术实现
• 3.4.1 三维物体拾取
• 3.4.2 虚拟手
• 3.4.3 音效
• 3.4.4 动画嵌入
• 3.4.5 图形菜单
• 第4章 三维WIDGETS 交互框架设计
• 4.1 设计思想
• 4.2 三维WIDGETS 交互原则
• 4.3 以三维WIDGETS 为核心的交互框架设计
• 4.4 三维WIDGETS 交互框架的实现
• 4.4.1 鼠标事件实现
• 4.4.2 三维Widgets 交互模板的应用
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要