三维虚拟场景系统研究

论文摘要

作为虚拟现实的基础,三维虚拟场景建模与仿真技术受到越来越多的重视,并得到了广泛的应用。三维虚拟场景主要包括地形、地物、自然景观与自然现象等因素,为了避免地物悬空或陷入地面以下的现象,还要考虑地物在加入虚拟场景时与地形之间的匹配。文章在研究了虚拟场景中地形、地物、以及二者之间匹配技术的基础上建模并实现三维虚拟场景的仿真。本文主要做了以下三方面工作:第一,研究虚拟场景中地形和地物的建模技术与可视化方法,采用基于四叉树的LOD技术生成大规模地形网格模型,并利用顺序存储和可视化过程中的背面消除技术对地形网格模型进行了改进;采用基于实景的地物建模技术增强地物的真实感,利用第三方建模软件3DSMax建立地物并实现.3ds格式文件的读取。第二,分析地形与地物匹配的方法及应用,对地物模型按照仿真方式分类,针对模型类地物特征改进地物模型网格与地形网格间匹配的方法,实现三维虚拟场景中的地物与地形的匹配。第三,研究了虚拟场景建模方法及相关技术,在考虑虚拟场景中的关键因素即地形、地物、以及地形与地物之间匹配的基础上,给出构建虚拟场景系统的步骤和系统结构,基于OpenGL利用Visual C++语言实现了三维虚拟场景系统。实验结果表明系统在真实感和实时性等方面有比较满意的效果。

论文目录

• 摘要
• Absrtact
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及应用前景
• 1.1.1 虚拟现实技术
• 1.1.2 虚拟现实与三维虚拟场景
• 1.1.3 三维虚拟场景的应用前景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 三维虚拟场景的研究进展
• 1.2.2 地形建模与显示技术进展
• 1.2.3 地形与地物匹配算法进展
• 1.3 论文的研究内容与章节安排
• 第二章 地形地物的建模与显示
• 2.1 地形建模方法研究
• 2.1.1 地形建模方法
• 2.1.2 连续LOD技术
• 2.1.3 基于四叉树的连续LOD技术
• 2.2 连续LOD算法的改进
• 2.2.1 基于节点存储的改进
• 2.2.2 基于背面消除的改进
• 2.2.3 误差测度及地形显示
• 2.3 地物的建模与显示
• 2.3.1 地物建模介绍
• 2.3.2 基于实景的地物建模
• 2.3.3 .3ds格式文件中导入虚拟场景
• 2.3.4 地物模型的显示
• 2.4 小结
• 第三章 地物与地形的匹配
• 3.1 地物与地形匹配方法研究
• 3.1.1 地物与地形匹配策略
• 3.1.2 地形与地物匹配方法分析
• 3.2 地物与地形匹配的关键问题
• 3.2.1 匹配方法的选择
• 3.2.2 模型坐标系的确定
• 3.2.3 地物与地形匹配步骤
• 3.3 地物与地形匹配算法改进
• 3.4 小结
• 第四章 虚拟场景系统的实现
• 4.1 虚拟场景建模的方法
• 4.2 虚拟场景相关技术
• 4.2.1 光照模型
• 4.2.2 纹理映射
• 4.2.3 可见性判断
• 4.3 虚拟场景关键因素实现
• 4.4 虚拟场景系统实现步骤和结构
• 4.5 小结
• 第五章 虚拟场景仿真
• 5.1 地形绘制
• 5.2 地物绘制
• 5.3 自然景观
• 5.3.1 天空体的绘制
• 5.3.2 树的绘制
• 5.3.3 喷泉的绘制
• 5.3.4 湖泊
• 5.4 自然现象
• 5.5 漫游控制
• 5.6 仿真结果
• 5.7 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文