室外三维虚拟场景编辑器的研究与实现

论文摘要

随着计算机图形技术的发展,近几年涌现出了大量的三维图形应用程序。这些程序有一个共同的特点,他们利用计算机硬件中的高速图形卡,采用图形绘制引擎(部分小型程序未设置图形引擎),构建出一个属于计算机的虚拟场景。这些虚拟场景逼真形象,引人入胜,业界把这些用计算机虚拟出来的场景表现技术,称为虚拟现实技术。当前,虚拟现实技术应用的场景越来越多,在游戏领域,这项技术可以算是发挥的淋漓尽致,各类三维游戏层出不穷,吸引了广大玩家的眼球和精力。但是可惜的是,虚拟三维技术主要应用于游戏、科研、军事领域,而对于三维虚拟建筑领域的应用相对较少。基于此种背景下,我们开展了虚拟现实在建筑方向的应用研究,最终目标期望实现一个基于微软DirectX开发环境的的交互式室外场景编辑器。本课题的研究工作来源于前期的市场调研。在对四川乐山的房地产开发商进行了深入的了解和调查后,我们设立了本课题,期望在完成前期三维基本图形引擎开发后,进一步对研究工作进行扩展,使三维图形引擎得到延伸,能够完成室外场景搭建,功能更加完整。此研究成果可以应用于标志性建筑展示、房产销售系统的漫游展示等,结合目前火爆的房地产行业,具有较好的市场前景和社会影响力。论文一开始先对几种流行的三维图形开发工具进行了详细的比较,最后确定将微软公司的DirectX软件开发包做为三维场景开发工具。首先介绍了前期的开发工作——三维图形引擎的相关设计方法,然后介绍了实现具有交互式功能的室外场景建模的界面的设计与实现过程,主要包括主控制类、室外场景搭建类、三维场景修改类的设计与实现。介绍了物体的平移、旋转、缩放的基本坐标变换方法,以及使用键盘控制摄像机实现场景任意内漫游的方法。最后介绍了室外场景中使用Alpha混合显示多层地面自然纹理融合的方法;室外场景中的天空与地面的渲染方法、树木渲染方法以及实现雾化天气模拟的方法。程序开发结束后,利用该平台对乐山师范学院场景进行建模和测试。测试结果显示程序运行流畅、功能完备、表现到位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究的目的
• 1.1.3 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究情况
• 1.3 主要工作
• 1.4 小结
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 虚拟现实简介
• 2.2 常用三维开发工具（语言）介绍
• 2.2.1 VRML 建模语言
• 2.2.2 Java3D
• 2.2.3 OpenGL 图形开发环境
• 2.2.4 DirectX 组件
• 2.3 小结
• 第三章 室外三维虚拟场景编辑器的设计
• 3.1 界面设计
• 3.2 功能设计
• 3.2.1 模型加载
• 3.2.2 模型坐标变换
• 3.2.3 视点变换
• 3.2.4 三维场景渲染
• 3.2.5 地形渲染
• 3.3 小结
• 第四章 场景编辑器的实现
• 4.1 窗口创建与消息处理
• 4.2 程序界面
• 4.3 相关功能实现
• 4.3.1 模型加载
• 4.3.2 坐标变换
• 4.3.3 场景渲染
• 4.3.4 视点变换
• 4.3.5 实现地形高层
• 4.4 场景编辑功能实现
• 4.4.1 实现天空与地面的渲染
• 4.5 技术难点突破
• 4.5.1 鼠标拾取场景中的物体
• 4.5.2 MD2 类型文件读取
• 4.6 小结
• 第五章 程序测试
• 5.1 测试环境及截图
• 5.2 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献