数字奥运博物馆原型系统的设计与实现

论文摘要

计算机图形学和虚拟现实技术的巨大进步,为数字奥运博物馆(DigitalOlympic Museum,简称DOM)原型系统提供了强大的理论指导和技术支持。本文描述了DOM原型系统的设计与实现,以及系统开发过程中使用的若干关键技术。DOM原型系统采用分布式虚拟现实技术,通过Internet/Intranet使用户足不出户就可以对博物馆进行访问,感受奥运文化。整个系统由服务端与客户端两部分组成。其中服务端主要负责数据库访问、网络监听、以及为用户提供服务例如同步等功能。客户端主要负责场景的渲染、模型的管理、与服务端的通信、角色动画、以及与用户的交互等功能。系统为每个用户提供了一个虚拟化身,用户通过对它进行控制来漫游场景。在漫游的同时,用户可以看到周围的其他用户,可以和他们进行对话。整个博物馆由四个部分组成,第一部分是博物馆的外围场景,主要包括博物馆的主建筑以及周围的景物;第二部分主要展示的是历届奥运会的火炬及其介绍;第三部分展示的是奥运奖杯、奖牌以及跟奥运相关的物品;第四部分主要展示的是中华体育文化,包括中国古代、近代、现代的体育发展历程。不同的楼层之间,我们用旋转楼梯进行连接。在实现了基本的漫游功能后,本文进一步分析了已有的同步算法,提出了基于全局时间的同步算法,使得不同的客户端之间可以以微小的代价保持状态的一致性。同时,我们采用GPU技术,运用反射和折射效果,并引入基于时间的扰动函数,在场景中实现了实时的水模拟,这些技术比较好地增加了用户的沉浸感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟现实简介
• 1.2 网络虚拟漫游
• 1.3 数字奥运博物馆介绍
• 1.3.1 博物馆的数字化
• 1.3.2 数字奥运博物馆
• 1.4 数字奥运博物馆的关键技术
• 1.5 本文的工作及论文的组织
• 第2章 系统的总体功能和设计
• 2.1 系统概述
• 2.2 软件系统基础
• 2.2.1 引擎基础
• 2.2.2 场景构造
• 2.3 服务端的设计
• 2.4 服务端关键模块的实现
• 2.4.1 网络服务模块
• 2.4.2 数据库接口封装
• 2.4.3 数据库连接池
• 2.4.4 通信协议与服务
• 2.4.5 服务端用户管理
• 2.5 本章小节
• 第3章 场景建模和漫游实现
• 3.1 场景建模
• 3.1.1 场景脚本设计
• 3.1.2 外围场景建模
• 3.1.3 内部场景建模
• 3.2 漫游模块中的关键技术
• 3.2.1 虚拟人技术
• 3.2.2 虚拟现实的同步算法
• 3.2.3 基于全局时间的角色同步算法
• 3.2.4 纹理映射中的反走样技术
• 3.3 漫游模块设计
• 3.4 场景漫游截图
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于GPU的动态水模拟
• 4.1 研究现状
• 4.2 GPU编程
• 4.3 法向映射及其扰动
• 4.4 渲染
• 4.4.1 反射
• 4.4.2 折射
• 4.4.3 Fresnel现象
• 4.5 GPU中的实现
• 4.6 本章小节
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 致谢
• 个人简历