基于LOD大型水利工程场景可视化仿真的设计与研究

论文摘要

仿真技术是一门利用计算机对系统模型进行科学实验的技术。它具有经济、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点,目前仿真技术已渗透到国民经济的各个领域。同时,计算机仿真技术作为虚拟现实的核心,在信息技术和计算机技术为先导的态势下,有力地推动着科学研究的全面进行。仿真的基本目的一般归结为决策问题。将地理信息进行计算机仿真的三维可视化,对军事、仿真、虚拟现实、地球科学等学科都有非常重要的现实意义。本文在研究当前各种虚拟现实系统的实现方法后,着眼于解决当前计算机处理海量地形数据可视化的瓶颈问题,提出了基于虚拟现实细节层次LOD（Level Of Detail）技术,融入高层次体系结构HLA（High LevelArchitecture）和并行计算的思想,设计了大型水利工程的场景仿真系统;采用Visual C++以及OpenGL语言实现了其中部分场景的可视化。本课题的主要工作和成果如下:1.介绍了LOD技术的应用背景,总结并评述了不规则网格LOD技术的特点、研究现状及其分类。2.探讨了基于不规则网格的大规模地形数据并行计算相关技术问题,地形不规则网格三角化模型生成算法以及误差计算方法。3.对当前几种有代表性的不规则网格的LOD算法进行了比较。4.提出了一个综合虚拟现实、并行计算技术和高层次体系结构HLA的设计思路,在PC平台上能使可视化效率更高。5.应用Visual C++和OpenGL,开发了原型系统。在PC平台上,对较大规模的真实地形数据进行了试验。试验结果证明本文提出设计思路是可行的,能够进行大规模地形的仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题介绍
• 1.2 技术背景
• 1.2.1 系统仿真技术
• 1.2.2 虚拟现实技术
• 1.2.3 计算机仿真与虚拟现实的关系
• 1.2.4 计算机仿真与虚拟现实的结合
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 存在问题及发展方向
• 1.4 论文的主要工作及研究内容
• 1.4.1 文章结构
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 与本系统相关的理论研究
• 2.1 并行算法设计理论
• 2.1.1 并行算法基本概念
• 2.1.2 并行算法设计方法
• 2.1.3 并行算法设计过程
• 2.2 细节层次技术（LOD）
• 2.2.1 细节层次技术简述
• 2.2.2 地形LOD算法
• 2.3 虚拟场景的OpenGL构建
• 2.3.1 虚拟现实开发的其他工具
• 2.3.2 OpenGL简介
• 2.3.3 OpenGL的工作方式
• 2.3.4 OpenGL程序框架的构建
• 2.4 高层体系结构（HLA）
• 2.4.1 HLA基本概述
• 2.4.2 HLA联邦开发过程
• 第3章 系统设计
• 3.1 系统结构设计
• 3.2 仿真流程及数据预处理
• 3.2.1 仿真系统的构建流程
• 3.2.2 数据预处理
• 3.2.3 系统运行环境
• 3.3 模块功能设计
• 3.3.1 并行计算模块设计
• 3.3.2 可视化显示模块设计
• 3.3.3 地景仿真引擎设计
• 3.3.4 其他模块设计
• 3.3.5 系统中重要类设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 可视化实现与分析
• 4.1 编程模块结构
• 4.2 场景引擎编程
• 4.3 地形渲染编程
• 4.4 贴图管理
• 4.5 结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 今后继续研究的内容
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果