室内虚拟环境构建研究

论文摘要

作为虚拟战场环境的构成要素,室内虚拟环境的研究是战场环境仿真研究体系中不可或缺的组成部分。本文围绕构建一个实时、可进入、近真实的室内虚拟环境展开研究,其中,侧重解决实时绘制条件下的碰撞问题,并着重研究了室内漫游中的快速碰撞检测、碰撞响应、模型数据组织、场景数据调度以及室内光影计算等几个问题。本文的研究工作主要体现在以下几个方面:1.通过总结现有碰撞检测算法,提出了利用图像深度检测的方法来简化室内虚拟环境中的碰撞检测;实现了基于OpenGL拾取技术的快速碰撞检测算法,使用物体空间的加速方法对其进行了优化,并通过实验验证了该算法的优越性。最后,结合射线求交技术,实现了室内虚拟环境中的地形跟随。2.通过研究碰撞响应及相关物理模型,找出了影响碰撞响应求解的场景要素,为室内场景数据重组提供了理论上的依据,从而为室内虚拟环境面向仿真应用打下了基础;通过实现门对视点碰撞的响应(开闭),验证了模型数据组织的合理性。3.为提高碰撞检测效率,保证绘制的实时性,针对建筑物室内场景的高度遮挡特征,构建了适合建筑物室内场景数据调度的建筑物/楼层/房间层次结构;提出了基于视点位置的数据调度方法,并验证了该方案的可行性。4.针对室内场景特点,对光影效果模拟进行了尝试性探讨。提出使用局部光照模型和阴影算法相结合的方法来模拟场景光影。使用有约束条件的面法线向量求平均的方法计算模型顶点法向量,改进了光照渲染效果;采用阴影体技术为场景添加阴影,进一步增添了场景的真实感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目标和内容
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 关于碰撞问题的研究
• 1.3.2 关于室内虚拟环境的研究与应用
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 虚拟场景中的碰撞检测
• 2.1 主要算法介绍
• 2.1.1 基于时间域的碰撞检测算法
• 2.1.2 基于空间域的碰撞检测算法
• 2.2 建筑物室内环境中的碰撞检测问题
• 2.3 基于视点的碰撞检测研究及实现
• 2.3.1 相关概念及主要技术
• buffer的碰撞检测算法'>2.3.2 基于Z_buffer的碰撞检测算法
• 2.3.3 基于拾取的碰撞检测算法
• 2.4 场景地形跟随的实现
• 2.5 性能分析与评价
• 2.5.1 基于相交运算的碰撞检测
• 2.5.2 实验分析与评价
• 2.6 本章小结
• 第三章 碰撞响应和模型重组
• 3.1 建筑物室内环境中的碰撞响应问题
• 3.2 碰撞响应所涉及到的物理学知识
• 3.2.1 刚体受力和力矩分析
• 3.2.2 刚体的一般运动
• 3.3 场景模型数据重组
• 3.4 场景漫游中的碰撞响应
• 3.5 本章小结
• 第四章 场景数据的组织和调度
• 4.1 主要算法回顾
• 4.1.1 层次细节模型
• 4.1.2 空间划分和可见性判定
• 4.2 基于建筑物的层次式场景组织方法
• 4.2.1 室内环境仿真数据特点
• 4.2.2 基于建筑物的层次结构建立
• 4.3 基于视点位置的数据调度方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 场景光影计算
• 5.1 光影计算
• 5.1.1 局部光照模型
• 5.1.2 整体光照模型
• 5.1.3 阴影算法
• 5.2 场景光影效果实现
• 5.2.1 场景光照实现
• 5.2.2 场景阴影实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 室内虚拟环境的实现
• 6.1 软硬件环境
• 6.2 主要功能模块
• 6.3 场景数据的预处理和重组
• 6.3.1 场景模型的建立
• 6.3.2 3DS格式的存储结构
• 6.3.3 模型数据的读取和处理
• 6.4 数据调度及缓存的实现
• 6.5 室内场景漫游及碰撞的实现
• 6.6 碰撞响应及光影效果实现
• 6.7 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 已完成的工作
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢