基于OSG的公路景观漫游系统的研究与开发

论文摘要

随着我国高速公路事业迅速发展,公路景观漫游系统对公路规划、设计和评价起着非常重要的作用。然而,目前的公路景观漫游系统在场景实时动态交互性和场景管理方面存在不足,为此,本文对三维道路场景管理与组织、场景建模、场景优化、场景漫游关键技术进行研究,采用OpenSceneGraph（简称OSG）三维渲染引擎技术开发出实时的、动态的和可交互的公路景观漫游系统。首先,在总结国内外三维道路可视化研究和发展现状的基础上,通过分析场景图理论和OSG的技术优势,结合系统需求分析和系统功能,搭建系统框架；采用场景树,实现本系统场景数据的高效管理。其次,通过对三维建模理论与方法的分析,选用3DMAX建模工具并结合OSG建模方法,实现了对三维道路、辅助设施、自然环境等场景的快速建模；其中重点研究了三维道路的建模,结合约束Delaunay三角网综合算法,使用OSG中的实现方法,实时动态生成了三角网道路模型；采用模型优化、消隐、细节层次和纹理映射关键技术对场景进行优化,运用深度缓存Z-Buffer面消隐算法,提高了显示速率,实现了场景实时动态显示和渲染,保证了场景动态显示的实时性；使用OSG中的相交检测,解决了用户漫游中的碰撞,实现了用户在场景中的自由浏览。最后,综合运用虚拟现实技术和OSG开发工具,完成各个关键技术的开发工作,实现了本系统的道路编辑、模型加载、天空显示、自然环境特效、场景漫游、路径漫游和当前位置显示功能；实现了用户与场景的实时动态交互以及对场景的编辑操作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究进展及开发现状
• 1.2.1 国外三维道路可视化设计研究及开发现状
• 1.2.2 国内三维道路可视化设计研究及开发现状
• 1.3 研究目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 开发环境
• 1.5 论文结构
• 第二章 公路景观漫游系统分析与设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.2 系统的主要功能
• 2.3 系统的体系架构
• 2.4 系统的场景管理
• 2.5 系统的场景管理
• 2.5.1 场景图
• 2.5.2 系统场景数据组织
• 2.6 OSG的体系结构和技术特点
• 2.6.1 OSG的体系结构
• 2.6.2 OSG的技术特点
• 2.7 本章小结
• 第三章 公路景观漫游系统的关键技术研究
• 3.1 三维场景建模技术研究
• 3.1.1 三维建模方法
• 3.1.2 三维道路建模
• 3.1.3 自然环境雨、雪建模
• 3.1.4 天空盒建模
• 3.1.5 景观附属设施的建模
• 3.2 场景优化技术研究
• 3.2.1 模型优化
• 3.2.2 消隐
• 3.2.3 LOD技术
• 3.2.4 纹理映射
• 3.3 三维场景显示技术研究
• 3.4 场景渲染
• 3.5 场景漫游技术研究
• 3.5.1 场景漫游
• 3.5.2 碰撞检测
• 3.5.3 路径漫游
• 3.6 本章小结
• 第四章 公路景观漫游系统的实现
• 4.1 本研究依托工程背景
• 4.2 漫游场景实现
• 4.3 场景漫游操作实现
• 4.4 路径漫游实现
• 4.5 自然现象模拟
• 4.6 当前位置显示
• 4.7 场景显示模式
• 4.8 场景统计信息的显示
• 4.9 本章小结
• 结论
• 本文研究主要成果
• 进一步工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢