论文摘要
塔式起重机作业环境中特殊效果种类繁多、表现各异,主要特点是形状不固定、运动不规则,难以用常规的建模和绘制方法来仿真,或者所建立的模型往往难以兼顾真实性、实时性和开放性等要求。粒子系统是用于不规则模糊物体建模及图像生成的一种方法,此方法采用了一套完全不同于以往造型、绘制系统的方法来构造和绘制景物,形成了景物的整体形态和特征以及动态变化。本论文以起重机驾驶模拟器作为场景,设计与实现了基于虚拟现实的逼真粒子特效。此课题来源于“国家质检总局科研项目基于半实物仿真的塔式起重机模拟培训系统(项目编号:2009QK0293)”和“塔式起重机集群安全作业智能控制系统(项目编号:2009QK0294)”。本论文首先介绍基于虚拟现实的粒子特效系统的基本概念、生成规则与过程后,通过对现有各种粒子系统的视觉效果的研究与分析,指出现有粒子效果不完善的地方以及改进方案。同时,根据现有的碰撞检测技术,分析了在粒子系统中的应用方法,使效果更逼真。在大型应用系统中加入粒子特效,可以有效地增强场景的真实性,使系统功能更强大,用户沉浸性更好。本文实现了多种粒子特效,如雨雪效、雾效、工地上施工的火花,在雪效的场景中,首次尝试对粒子使用碰撞检测技术进行粒子运动计算,使雪粒子不可穿越其他物体,以实现更逼真的场景。本文就三类特效场景、运动控制两个方面进行了设计,根据粒子场景的特点,采用基于纹理的建模方法,结合实时性渲染技术,建立了多种逼真的特效场景,不仅增加了场景的沉浸感,且提高了生成效率。为了使粒子场景效果更真实,本文采用碰撞检测技术对雪粒子的运动进行控制,给出了粒子与其他模型碰撞的结果以及分析,并在.net开发平台下,实现了塔机驾驶模拟器场景的漫游,最后对本文的工作进行了总结。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 研究背景1.2 课题研究的目的与意义1.3 国内外研究现状分析1.3.1 塔式起重机模拟器起源1.3.2 国内研究现状1.3.3 国外研究现状1.4 关键技术1.5 本文的研究内容及章节安排1.5.1 本系统实现内容1.5.2 本文章节安排第2章 虚拟现实与粒子特效技术应用2.1 虚拟现实概述2.1.1 虚拟现实的背景2.1.2 虚拟现实的意义2.1.3 虚拟现实的发展2.1.4 塔式起重机模拟器中的应用2.2 特效技术2.2.1 引入粒子系统2.2.2 纹理技术2.2.3 光滑的粒子动力学方法2.3 生成粒子系统2.3.1 粒子系统的组成2.3.2 粒子系统的生成过程2.3.3 粒子的主要属性2.3.4 粒子运动属性分析2.4 OPENSCENEGRAPH三维开源引擎与场景图形介绍2.4.1 OpenSceneGraph概述2.4.2 构建场景2.4.3 动态更改图形2.5 本章小结第3章 总体设计与场景优化3.1 系统总体设计3.1.1 结构设计3.1.2 开发环境选择3.2 场景优化设计3.2.1 场景图内核应用3.2.2 场景实时渲染3.2.3 模型分割技术3.2.4 LOD技术3.2.5 纹理映射技术3.3 本章小结第4章 粒子特效场景的设计实现4.1 基于可编程图形处理器的雨雪场景4.1.1 实现的结构4.1.2 粒子的运动4.1.3 实时控制技术4.1.4 系统优化4.2 雾效4.2.1 设计实现4.2.2 雾模式4.3 基于纹理技术的火花效果4.3.1 实现结构4.3.2 运动学模型4.3.3 纹理贴图的应用4.3.4 事件响应机制4.4 本章小结第5章 雪效场景中碰撞检测实现5.1 实时碰撞检测技术5.1.1 碰撞检测原理5.1.2 经典基于包围盒的碰撞检测算法5.2 粒子系统中碰撞检测应用5.2.1 实现算法5.2.2 运动控制5.3 本章小结第6章 总结与展望6.1 总结6.2 展望致谢参考文献攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目
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标签:塔式起重机论文; 虚拟现实论文; 粒子系统论文; 碰撞检测论文;