基于OpenGL的室内体育馆虚拟系统的研究与实现

论文摘要

虚拟现实技术是一种借助计算机硬件和软件资源来创建和体验虚拟世界的计算机系统。与传统的人机界面、视窗操作和多媒体等技术相比,虚拟现实技术具有很强的实时性、交互性和良好的沉浸感等优点。当前,虚拟现实技术已广泛应用于计算机辅助设计与制造、仿真建模、建筑设计、动漫设计、游戏、军事和航空航天等领域。本文围绕室内体育馆虚拟仿真系统的构建开展研究工作,重点研究了虚拟体育场馆构建过程中所涉及的主要关键技术,如场景建模、外部模型的导入、场景组织、碰撞检测技术和漫游路径的自动生成,并在此基础上,借助OpenGL三维图形应用程序接口,设计和实现了一个虚拟体育馆系统。本文的主要研究工作和取得的成果如下：1)首先研究了三种建模技术,同时分析和比较了各自的优缺点。接着对本文所采用的外部3D模型的文件结构和其导入、绘制进行了研究。2)首先研究了BSP算法和BSP树的构建、遍历BSP树以及BSP树的查找等。接着采用BSP树来对场景进行组织,然后通过对BSP树的查找来确定当前视点所处的最小子空间,从而给碰撞检测提供服务。3)对漫游中的碰撞检测技术进行了研究,并在上述基础上提出基于BSP空间分割和AABB包围盒的双重检测算法。首先采用BSP树来查找和确定视点当前所处的最小子空间；接着采用AABB包围盒碰撞检测算法来粗略地检测视点和物体是否发生了碰撞；最后对上一阶段检测出碰撞的物体的每个三角面片进行进一步的检测,从而确定是否发生碰撞,进而提高整个检测效率。4)对漫游过程中的路径生成算法进行了研究和改进。首先对钢丝算法进行了详细地介绍；接着对钢丝算法生成避障路径的过程中所遇到的情况进行分析；最后在上述的基础上对钢丝算法做出相关的改进。本文采用建模工具3DSMAX构建了系统中的体育馆模型,同时采用VC++6.0和OpenGL技术开发和实现了一个虚拟体育场馆,并对系统进行了漫游以及对文中提出的碰撞检测算法的有效性进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及关键问题
• 1.2.1 国内外虚拟场馆的研究现状
• 1.2.2 实现虚拟场馆中的关键问题
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 虚拟体育馆建模与绘制技术分析
• 2.1 虚拟场景建模技术
• 2.1.1 基于几何造型的建模技术
• 2.1.2 基于图像绘制的建模技术
• 2.1.3 基于几何和图像的混合建模技术
• 2.2 外部模型在OpenGL中的导入与重绘
• 2.2.1 建模工具3DS MaX软件介绍
• 2.2.2 3Ds文件的存储结构
• 2.2.3 3Ds模型的读取
• 2.3 本章小结
• 第3章 虚拟体育馆漫游控制的关键技术
• 3.1 虚拟场馆漫游的主要技术
• 3.1.1 OpenGL中场景漫游的变换函数
• 3.1.2 OpenGL中的双缓存技术和动画技术
• 3.1.3 OpenGL中的碰撞检测技术
• 3.2 碰撞检测技术的研究
• 3.2.1 碰撞检测的分类
• 3.2.2 包围盒碰撞检测算法
• 3.2.3 BSP算法
• 3.2.4 本文采用的碰撞检测算法
• 3.3 漫游技术的研究
• 3.3.1 交互式漫游
• 3.3.2 既定路径的漫游
• 3.3.3 本文采用的漫游方式
• 3.4 本章小结
• 第4章 虚拟体育场馆的设计与实现
• 4.1 系统的开发环境
• 4.2 系统的主体架构
• 4.3 系统的功能模块
• 4.4 系统模型的建立
• 4.5 系统运行效果
• 4.6 碰撞检测效果及性能比较
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A 图索引
• 附录B 表索引
• Appendix A Figure Index
• Appendix B Table Index
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文