虚拟现实技术在数字化校园中的应用研究

论文摘要

随知识经济的席卷而至和信息技术的迅速发展,教育信息化已成为时代发展的必然选择。“数字化校园”作为教育信息化众多解决方案中的一种,其整体化改革的思想得到了教育界越来越多的认同和青睐。数字化校园是在传统校园的基础上,利用先进的信息化手段和工具,将现实校园中的各项资源数字化,形成的一个数字空间。其中的虚拟校园漫游系统,则是在计算机环境中,利用虚拟现实技术再现校园的景观,来访者足不出户就可以进入到虚拟的校园之中访问漫游,尽情领略校园的文化风情。基于图像绘制(IBR)技术是近来兴起的一种新的虚拟现实实现方法,它以计算机视觉和图像处理等学科的理论和方法为基础,试图利用真实的图像来代替传统的几何建模,同时又用图像空间的变换操作来代替传统的绘制过程。它克服了传统的基于几何多边形绘制技术的三维建模复杂、真实感不强、场景复杂时难以实时刷新等问题,使三维场景的建立变得容易,使复杂的虚拟现实系统能在普通硬件平台上推广应用。因此它已成为当前计算机图形学研究中的一个热点,尤其是在虚拟环境的构造上有着很好的应用前景。本文在研究和总结当前国内外有关虚拟现实技术基本理论和一些典型应用系统的基础上,对采用基于图像的图形绘制技术来构建虚拟场景的理论、方法和技术进行了深入研究,设计并实现了一个基于图像的虚拟场景漫游系统。具体完成的工作如下:1、概述了虚拟现实技术的应用领域,国内外研究动态以及课题的研究背景及意义。2、对虚拟数字化校园的关键技术——基于图象绘制技术进行探讨,分析了各类基于图象绘制技术的优缺点及其应用于研究难点;接着重点探讨了图像的拼接过程,分析各种算法的优劣,提出了一种基于图像边缘特征的拼接算法;3、研究了虚拟全景图的生成技术,其中重点分析了柱面全景图的构造过程,同时研究了场景漫游时所涉及到的柱面反投影算法;并提出了一个漫游结构框架,并实现了基于全景图的市经贸学校的虚拟漫游系统。4、对实验结果进行总结,对以后工作中需要进一步深入研究的几个方面做了一个简单的展望。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 虚拟现实技术概述
• 1.3 虚拟技术的研究现状
• 1.4 虚拟技术的应用
• 1.5 数字校园与虚拟校园
• 1.6 本文的研究内容
• 第二章 基于图像的虚拟现实
• 2.1 引言
• 2.2 IBR产生的背景
• 2.3 IBR特点
• 2.4 IBR分类
• 2.5 基于图像绘制的全景图像
• 2.5.1 全景图
• 2.5.2 基于IBR的全景图像的历史和现状
• 2.6 基于图像绘制技术的难题
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于图像边缘特征的柱面全景拼接算法
• 3.1 引言
• 3.2 传统柱面全景图拼接方法存在的问题
• 3.3 基于图像边缘特征的柱面全景拼接算法
• 3.3.1 边缘检测概述
• 3.3.2 Canny边缘检测算法
• 3.3.3 结合梯度阈值选择方式
• 3.3.4 实验结果
• 3.4 全景图像生成
• 3.4.1 图像数据的拍摄与获取
• 3.4.2 全景图像的柱面投影
• 3.4.3 柱面图像的拼接
• 3.4.4 柱面图像的反投影
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于全景的数字虚拟校园实现
• 4.1 中等职业学校漫游系统概述
• 4.2 中等职业学校漫游系统总体结构
• 4.2.1 系统模块说明
• 4.2.2 系统功能设计
• 4.2.3 系统功能实现
• 4.3 虚拟校园的实现
• 4.4 实验结果
• 第五章 结论和展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 后继工作
• 5.3 广阔的应用前景
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间发表的论文及科研情况