基于静态图像的可交互全景系统的研究与实现

论文摘要

三维全景技术作为虚拟现实技术的一个重要分支,以互联网技术和地理信息系统(GIS)为依托,凭借其逼真的视觉体验、丰富的地理信息、先进的人机交互功能和身临其境的“沉浸感”,逐渐的改变着人们认识和感知物质世界的方式。目前,人们通过计算机获取地理信息的方式,主要是地理信息系统。传统的二维GIS系统,只能根据地理信息数据和统一的表示规则进行平面地图的渲染,附加的各种属性图层和信息图层也只是在此基础之上地理信息的累积,无法体现出要素的高度、颜色、相对位置等原始信息。解决这些不足之处的一个可行方案是三维GIS系统。三维GIS系统通过适当的三维建模,将地理信息的可视化程度从二维扩展到三维,但是其所建模型依赖于建模者,同样不能完全反映地理要素的原始信息。同时由于其复杂的数据模型、海量的地理数据和耗时的渲染过程,使三维GIS系统仍处于研究阶段,难以在实际中得到应用。本文提出了一种可交互的三维全景系统,它在二维G1S的基础之上,通过采集的全景图像,真实的还原了地理要素的视觉信息；将采集的三维数据进行适当的建模,嵌入到三维场景中,在一定程度上模拟了三维GIS系统的功能,尤其是场景切换时的透视效果和场景中的测距功能,使用户具有真实的三维视觉体验；可以在三维场景中添加属性和设施图层,通过人机交互,进行设施的模拟操作和属性数据的查询。基于以上特性,该全景系统可以很好地应用到变电站、酒店等场所,进行设施的实景展示。所以本系统是一个基于二维GIS系统,具有三维视觉体验的地理信息系统。本文从三维全景对象的数据模型开始,详细阐述了各种数据的获取及配置,并对全景图像进行了瓦片分解以进行数据优化,然后对系统中涉及到的数学理论和图形学算法进行了概要介绍,并在此基础上提出了一种基于六面体模型和球体模型的全景图像生成算法。随后提出了可交互三维全景系统的技术架构,并在此技术上深入讨论了三维全景系统的实现过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容和章节安排
• 第2章 三维全景系统的研究
• 2.1 数据模型
• 2.1.1 全景图像数据
• 2.1.2 导航数据
• 2.1.3 图层数据
• 2.2 技术研究
• 2.2.1 UV坐标系与UV映射
• 2.2.2 基于六面体和球体模型的全景图像生成算法
• 2.2.3 基于全景的三维渲染管线
• 2.3 本章小结
• 第3章 可交互三维全景系统的设计
• 3.1 体系结构
• 3.1.1 数据服务层
• 3.1.2 逻辑服务层
• 3.1.3 交互接口层
• 3.2 模块详细设计
• 3.2.1 数据服务模块
• 3.2.2 逻辑服务模块
• 3.2.3 交互模块
• 3.3 本章小结
• 第4章 可交互三维全景系统的实现
• 4.1 数据服务模块的实现
• 4.1.1 数据配置接口
• 4.1.2 数据服务模块
• 4.2 逻辑服务模块的实现
• 4.3 交互模块的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文完成的工作
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢