利用CAD数据的视景仿真三维建模及其模型简化技术研究

论文摘要

从虚拟现实建模的角度出发,根据轻型航空模拟器视景建模的需求结合我们的现有条件和已存在的一些开发工具开发了一种根据已有的产品CAD模型快速生成满足虚拟现实视景要求的OpenFlight模型的系统。该系统在VC 7.0平台下,用C++、OpenGL和OpenFlight API编程实现。由于直接生成的OpenFlight模型三角面片过多,不适合虚拟现实的实际应用。因此系统研究了CATIA中的CAD模型数据格式,将模型导出为虚拟现实建模语言VRML文件,并对该文件进行解析,读出的三维模型数据在VC 7.0环境下进行简化处理。本文对三维网格简化算法进行了深入的研究,提出了基于法向误差测度的边折叠简化算法。本算法和二次误差简化算法进行比较,经过实验证明该算法简化效果较好,实现了能够在不影响视觉效果的前提下,用尽量少的面片来表示原始三维模型。本课题从OpenFlight数据库构建机制出发研究了模型创建和读写的方法,把经过简化后的三维模型加上材质和纹理后写成工业标准的OpenFlight格式,并结合Creator的插件式开发方法实现了模型不可见面的消隐。最后在视景实时管理系统VegaPrime中对用上述方法生成的模型进行可视化漫游,仿真获得较为逼真满意的效果,表明上述方法是行之有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题背景及目的
• 1.2 课题相关的国内外研究现状
• 1.2.1 虚拟现实建模国内外研究现状
• 1.2.2 三维模型的简化算法国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容和结构
• 第二章 OPENGL、CREATOR 和CAD 简介
• 2.1 OPENGL 简介
• 2.1.1 OpenGL 概述
• 2.1.2 OpenGL 基础知识
• 2.1.3 基于MFC 的OpenGL 编程
• 2.2 MULTIGEN CREATOR 简介
• 2.3 强大的 CAD 系统―CATIA 简介
• 第三章 CAD 三维模型的读取和绘制
• 3.1 VRML 文件格式简介
• 3.2 三维模型的读取和绘制
• 3.2.1 数据结构的设计
• 3.2.2 模型网格文件的读入和解析
• 3.3 本章小结
• 第四章 三维网格模型的简化算法
• 4.1 模型简化技术概述
• 4.1.1 模型简化技术的意义
• 4.1.2 模型简化的误差测度
• 4.2 基于法向误差测度的三维模型的简化算法
• 4.2.1 模型简化方法的比较
• 4.2.2 基本原理
• 4.2.3 简化算法描述
• 4.2.4 网格模型的LOD 技术
• 4.2.5 实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 OPENFLIGHT 格式模型的建立及处理
• 5.1 OPENFLIGHT API―视景仿真建模软件CREATOR的二次开发库
• 5.1.1 OpenFlight 数据格式
• 5.1.2 OpenFlight 文件的创建和读写方法
• 5.1.3 组件式开发方法
• 5.2 在VC 环境下将模型数据写成 OPENFLIGHT 格式
• 5.3 模型的材质属性
• 5.4 纹理贴图
• 5.5 模型的不可见面的消隐
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统运行界面和模型的渲染演示
• 6.1 系统的运行界面介绍
• 6.1.1 系统的运行界面
• 6.1.2 系统运行步骤
• 6.2 基于VEGAPRIME 的模型实时渲染演示
• 6.2.1 VegaPrime 仿真系统的开发框架
• 6.2.2 交互式的视景随动控制系统
• 第七章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文