实时光影技术在油田虚拟仿真系统中的应用研究

论文摘要

随着虚拟现实技术、图形学技术和硬件技术的发展,实时光影效果在虚拟场景中的地位显得越来越重要。光影技术的有效使用不但可以显著增加虚拟场景的真实感和沉浸感,还能够保证系统的流畅运行。本文主要讨论了实时光影的基本理论及其在油田虚拟仿真系统中的应用,比较详细的介绍了虚拟现实技术、光照模型和阴影生成算法,并根据实际情况提出了适用的光影技术,最终应用到了油田虚拟仿真系统中。本文首先介绍了虚拟现实与实时光影技术,包括:虚拟现实的相关概念、特征、关键技术和虚拟场景的实时显示方法,以及虚拟场景中光影的作用和实现方法。其次讨论了光照模型的绘制算法,分别介绍了局部光照模型中的局部反射和明暗处理以及全局光照模型中的辐射度和光线跟踪算法,并研究了布告板技术、镜面反射和环境映射算法。接着分析了实时阴影绘制的相关理论和概念,阐述了硬阴影及其算法,包括伪阴影法、平面阴影法、扫描线法、阴影图法和阴影体法;并分别描述了基于图像和对象的软阴影算法。本文的最后部分,在介绍了油田虚拟仿真系统的特点、体系结构和主要功能的基础上,提出了实时光影模块的总体设计思想,指出了实时光影模块在系统中的位置和作用,并给出了设计目标以及软硬件平台。在光影的实时渲染阶段,将前面所提到的光影算法经过对比、分析和改进优化后,应用到了油田虚拟仿真系统中。本文实现了光照模块中的布告板技术、镜面反射和环境映射算法,结合阴影图和阴影体算法实现了实时阴影效果,最后针对各自的缺点进行了优化和改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 虚拟现实与实时光影技术
• 1.1 虚拟现实技术
• 1.1.1 虚拟现实的概念
• 1.1.2 虚拟现实的特征
• 1.1.3 虚拟现实的组成
• 1.1.4 虚拟现实的关键技术
• 1.1.5 虚拟现实场景的实时显示
• 1.2 虚拟场景中的光影
• 1.2.1 光影的作用
• 1.2.2 光影的实现方法
• 第二章 光照模型绘制
• 2.1 局部光照模型
• 2.1.1 局部反射
• 2.1.2 明暗处理
• 2.2 全局光照模型
• 2.2.1 辐射度算法
• 2.2.2 光线跟踪算法
• 2.2.3 光线跟踪算法的发展
• 2.3 虚拟仿真系统常用的光照绘制技术
• 2.3.1 基于IBR 的布告板技术
• 2.3.2 镜面反射算法
• 2.3.3 环境映射算法
• 第三章 实时阴影绘制
• 3.1 阴影的理论及概念
• 3.2 硬阴影及其算法
• 3.2.1 伪阴影法
• 3.2.2 平面投影法
• 3.2.3 扫描线法
• 3.2.4 阴影图法
• 3.2.5 阴影体法
• 3.3 软阴影及其算法
• 3.3.1 基于图像的软阴影算法
• 3.3.2 基于对象的软阴影算法
• 第四章 实时光影技术在油田虚拟仿真系统中的应用
• 4.1 油田虚拟仿真系统简介
• 4.1.1 系统的特点
• 4.1.2 系统的体系结构
• 4.1.3 系统的功能
• 4.2 实时光影模块的总体设计
• 4.2.1 设计目标
• 4.2.2 软件平台
• 4.2.3 硬件平台
• 4.2.4 模块在系统的位置
• 4.3 实时光照模块的实现
• 4.3.1 布告板技术效果实现
• 4.3.2 镜面反射算法效果实现
• 4.3.3 环境映射算法效果实现
• 4.4 动态阴影的实现
• 4.4.1 阴影算法的选择
• 4.4.2 阴影生成的步骤
• 4.4.3 阴影算法的改进
• 4.4.4 阴影算法的最终实现
• 4.5 试验效果及评价
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要