列车视景仿真中三维建模技术的研究

论文摘要

随着中国高速铁路事业的蓬勃发展,虚拟现实技术和铁路交通领域的结合也越来越紧密。列车视景仿真系统则是其中的一个应用,它不但能够适用于机组编车、运行监控、线路铺设等复杂工程项目,同时也为列车驾驶员提供了良好的培训平台。针对现行列车中不同线路、车次的情况,列车视景仿真系统能够较好地实现线路移植,其安全、经济、重复的优点,正在列车运行管理中发挥着越来越大的作用。列车视景仿真系统中,视景建模是最重要的部分。本文在通过视景仿真相关技术理论分析,并结合列车相关图纸和沿线采集素材,选择了专业的视景仿真建模软件Multigen Creator作为列车视景建模的主要工具。本文通过Multigen Creator重点介绍了列车仿真建模中所涉及到的相关视景技术；并利用其建模思想,着重讨论了列车仿真建模的内容和步骤。本文充分讨论了列车运行环境下的模型对象,并形成了模型单元数据库。针对模型单元,本文将列车视景建模分为列车相关和场景相关两部分,并通过细致分类将模型单元逐一解析并予以实现。通过对每个模型单元的独立生成,经由多层次的整合,最终实现列车运行环境大地形、大场景的构建；并利用一些特有建模技术将列车运行中的可控模型单元分离出来,供场景驱动和功能编辑模块调用。本文构建的列车运行环境精细、逼真,应用技术先进,符合列车视景仿真的要求。本文最后就列车运行场景快速、随机生成提出基于模型单元数据库的方法。这种方法能够较好地实现海量场景在三维环境下的快速构建,并针对场景中模型单元实现随机生成,极好地反映了列车视景仿真系统在不同线路、车次下的可移植特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与研究意义
• 1.2 视景仿真技术及其发展状况
• 1.2.1 视景仿真技术
• 1.2.2 国内外发展状况
• 1.3 本实验室在视景仿真方面的前期工作
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 视景仿真相关技术
• 2.1 视景生成原理
• 2.2 视景仿真相关技术
• 2.2.1 三维建模技术
• 2.2.2 环境渲染相关技术
• 2.2.3 多通道显示技术
• 2.2.4 实时同步通信技术
• 2.3 建模软件Multigen Creator
• 2.3.1 Multigen Creator简介
• 2.3.2 OpenFlight数据库格式
• 2.3.3 Creator中主要技术的原理与算法解析
• 2.3.4 Creator里的建模思想
• 2.4 三维建模的参数指标
• 2.5 OpenSceneGraph介绍
• 2.6 本章小结
• 第三章 列车运行场景的构建
• 3.1 场景构建的主要内容
• 3.2 场景构建的主要步骤
• 3.3 列车相关的三维建模
• 3.3.1 列车内舱的建模
• 3.3.2 列车外壳的建模
• 3.3.3 驾驶舱的建模
• 3.4 地形以及地物的模拟
• 3.5 场景其他元素建模
• 3.5.1 天空盒的模拟
• 3.5.2 地物景观的模拟
• 3.5.3 列车车站的模拟
• 3.6 本章小结
• 第四章 列车运行场景中地形生成技术的研究
• 4.1 地形生成技术的介绍
• 4.1.1 地形可视化相关介绍
• 4.1.2 三维地形生成技术的介绍
• 4.2 地形转换算法的研究
• 4.2.1 Polymesh转换算法
• 4.2.2 Delaunay转换算法
• 4.2.3 TCT转换算法
• 4.2.4 CAT转换算法
• 4.3 列车运行场景中地形分类与实现方法
• 4.4 实验结果与结论
• 4.4.1 山地类地形
• 4.4.2 原野类地形
• 4.4.3 湖泊类地形
• 4.5 本章小结
• 第五章 场景快速构建实现方法
• 5.1 场景模型数据库建立
• 5.2 场景快速构建方法
• 5.3 实验结果
• 5.4 场景快速构建改进研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果