三维复杂场景优化处理的研究与实现

论文摘要

虚拟现实技术是以计算机技术为核心的高新技术,它的出现为科学仿真、人机交互创造了广阔的发展天地。人们使用虚拟现实系统的过程中,在虚拟场景的真实性以及人机交互的实时性方面提出了越来越高的要求,随之虚拟场景也变得越来越复杂。虚拟场景的复杂度与虚拟系统对用户交互操作实时性响应之间的矛盾是虚拟场景实时绘制中存在的主要矛盾。本文以虚拟现实系统在互联网上的应用为背景,研究了三维复杂场景的优化处理方法。结合多项优化技术实现了3个虚拟场景案例,而且3个虚拟场景案例均有实际应用背景。本文的研究内容如下：1.使用3DS MAX建模软件创建了3个虚拟场景中包含的三维模型,归纳了8项在虚拟场景建模过程中的建模需求。依据建模需求和基于图像的加速绘制技术对虚拟场景中的部分模型做了初步简化。2.从几何元素删减法和Mesh数据的优化两方面研究了三维模型的优化。通过对比边折叠算法和三角形面删除算法对车体模型的简化效果,选择边折叠算法完成其他复杂三维模型的简化。使用Mesh数据优化方法对3个虚拟场景的.X文件做了渲染前的优化处理。3.改进了中点移位算法,将该算法与视点相关的细节层次技术结合,实现了复杂三维地形的实时生成与绘制。改进后的中点移位算法时间复杂度低,生成三维地形的速度快,可以生成任意分辨率的三维地形。4.基于VC++平台和DirectX多媒体开发包实现3个虚拟场景系统开发。其中电子沙盘和室内样板间两个虚拟场景系统在保证场景画面清晰的前提下达到数据量最小,成功的应用在网络购房超市软件平台。综上所述,本文在不影响虚拟场景渲染画面质量的前提下,从创建三维简体模型、模型优化、细节层次技术三方面研究了减小三维复杂场景复杂度的优化方法。本文的创新点是改进了中点移位算法,将该算法应用到了视点相关的细节层次技术中,实现了三维复杂地形的快速生成,通过实验证明了该算法的有效性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的提出及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 虚拟现实技术研究现状
• 1.3.2 复杂三维场景优化处理研究现状
• 1.4 课题的研究目标和工作
• 1.5 论文结构安排
• 第2章 虚拟场景的环境建模及优化
• 2.1 引言
• 2.2 建模工具简介
• 2.3 环境建模需求
• 2.4 基于图像的加速绘制技术
• 2.4.1 纹理映射技术
• 2.4.2 Billboard技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 三维模型的优化
• 3.1 引言
• 3.2 几何元素删减法
• 3.2.1 边折叠算法
• 3.2.2 三角形面片删除算法
• 3.3 两种简化算法的对比分析
• 3.4 Mesh数据优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 虚拟场景实时绘制的细节层次技术
• 4.1 引言
• 4.2 细节层次技术
• 4.2.1 离散细节层次技术
• 4.2.2 连续细节层次技术
• 4.2.3 视点相关的细节层次技术
• 4.3 基于分形理论的地形生成思想
• 4.4 中点移位算法
• 4.4.1 中点移位算法
• 4.4.2 改进的中点移位算法
• 4.4.3 基于中点移位算法的三维地形生成流程
• 4.5 三维地形生成结果分析
• 4.5.1 两种中点移位算法结果对比
• 4.5.2 基于中点移位算法的应用实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于Direct3D的虚拟场景开发
• 5.1 引言
• 5.2 Direct3D基础
• 5.2.1 Direct3D简介
• 5.2.2 Direct3D初始化
• 5.2.2.1 创建IDirect3D9接口对象
• 5.2.2.2 检测显卡功能
• 5.2.2.3 确定Direct3D对象的显示属性
• 5.2.2.4 创建Direct3D对象
• 5.3 虚拟展示平台的主要功能模块
• 5.3.1 应用程序框架类
• 5.3.2 交互模块
• 5.3.3 虚拟场景管理模块
• 5.3.4 加载三维模型文件
• 5.3.5 虚拟场景系统主程序
• 5.4 虚拟场景系统展示及应用
• 5.5 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果