基于OpenGL的中国古建筑的建模与视景仿真的研究和实现

论文摘要

木结构的古建筑技术和艺术是中华文化的宝贵遗产,虚拟现实（Virtual Reality,简称VR）技术,是一种对真实世界的仿真模拟,并实现用户与该模拟环境进行实时交互的技术。近十年,利用VR技术和计算机技术对古建筑进行数字化建模和视景仿真已经成了一个重要的研究领域。本文在分析中国古建筑结构特征的基础上,以中国古建筑的结构为标准进行三维场景建模,结合峨眉山大佛禅院的大雄宝殿实例,研究了基于OpenGL的虚拟现实技术和VC++编程技术实现三维虚拟场景漫游系统的方案,本文开展了如下具体工作:（1）研究了适合虚拟古建筑建模的方法,探讨了几何体形状建模过程中的关键技术以及利用多边形建模技术进行模型建立的步骤。（2）研究了OpenGL的编程和工作原理,分析了纹理映射技术增强三维场景绘制的真实性的原理,研究了OpenGL纹理映射对纹理图像的特殊要求。（3）通过分析齐次坐标系,研究视图矩阵、模型矩阵和投影矩阵,给出初等变换的定义,实现变换矩阵;（4）通过分析虚拟建筑数据特征和3DS文件数据结构,研究了如何从外部导入3DS文件格式的三维模型。（5）深入探索了基于OpenGL虚拟场景中虚拟对象与用户交互的实现方式以及VC++技术在基于OpenGL虚拟场景中交互行为的实现方法。借助VC++开发平台和工具集,开发了基于OpenGL的实时漫游虚拟系统。应用此项技术的案例表明,显示效果和漫游速度都取得了满意的效果。充分证明本文提出的虚拟场景建模技术的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 项目背景与意义
• 1.1.1 项目背景
• 1.1.2 项目意义
• 1.2 虚拟古建筑视景系统研究现状与发展趋势
• 1.2.1 虚拟古建筑视景系统研究现状
• 1.2.2 虚拟古建筑视景系统发展趋势
• 1.3 课题研究的内容和目标
• 1.4 论文内容的组织
• 第二章 虚拟现实技术与中国古建筑的特征及表现
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.1.1 虚拟现实系统的构成
• 2.1.2 虚拟现实技术的基本特征
• 2.2. 中国古建筑的特征
• 2.2.1 中国古建筑的材料和结构
• 2.2.2 中国古建筑的造型特点
• 2.2.3 中国古建筑的色彩
• 2.3 古建筑的表现方法
• 2.3.1 古建筑的静态表现方法
• 2.3.2 古建筑的动态表现方法
• 2.4 小结
• 第三章 三维虚拟古建筑模型的构建
• 3.1 三维应用程序接口
• 3.1.1 OpenGL 基本功能
• 3.1.2 OpenGL 的工作原理
• 3.2 古建筑建模的技术分析
• 3.2.1 几何体形状建模技术分析
• 3.2.2 映射技术优化建模分析
• 3.2.3 OpenGL 三维图形绘制过程
• 3.3 建模软件的介绍和比较
• 3.4 3DS Max 建立古建筑模型的方法
• 3.4.1 基于模型的构造方法
• 3.4.2 基于图像的绘制
• 3.5 小结
• 第四章 三维虚拟古建筑漫游关键技术分析
• 4.1 建立视点空间
• 4.2 移动、旋转、缩放
• 4.3 照相机标架
• 4.3.1 照相机标架定位
• 4.3.2 OpenGL 实现照相机定位
• 4.3.3 LOOK-AT 函数
• 4.4 投影转换模式
• 4.4.1 透视投影模式
• 4.4.2 正交投影模式
• 4.5 视口转换
• 4.6 改善场景实时性的方法
• 4.7 小结
• 第五章 基于 OpenGL 的建模与漫游系统的实现
• 5.1 系统体系结构和功能
• 5.1.1 系统体系结构图
• 5.1.2 系统实现流程图
• 5.2 系统环境
• 5.2.1 系统开发和运行的软件环境
• 5.2.2 系统开发和运行的硬件环境
• 5.3 系统功能实现
• 5.3.1 场景模型的设计与构建
• 5.3.2 利用MFC 建立应用程序框架
• 5.3.3 实现文件导入功能
• 5.3.4 实现映射功能
• 5.3.5 实现漫游功能
• 5.4 系统测试
• 5.5 系统效果展示
• 5.6 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献