虚拟集控台的设计与实现

论文摘要

随着计算机技术、多媒体、图像理论的快速发展,虚拟现实技术在许多行业已经成为一种发展的趋势,虚拟训练是虚拟现实的一个重要分支,而虚拟操作是虚拟训练中的重要内容,它在越来越多的领域得到应用,在此背景下提出了本课题的研究内容。论文在介绍了Multigen-Paradigm公司的Creator与Vega Prime基础上,采用Creator对集控台进行建模,基于这些模型在Vega Prime的仿真环境下实现对集控台的虚拟操作。首先,论文对集控台进行了整体设计方案的分析,对市面上流行的仿真工具与建模工具进行了比较选定了本课题的软件与硬件。其次,论文分析了基于Creator的三维场景建模中常用的一些特殊技术,采用消隐技术、实例技术、纹理映射、层次细节模型等技术方法对场景进行优化。通过采用这些方法,漫游系统的整体性能得到了显著提高,达到了实时绘制要求。然后,论文介绍了数据手套、立体眼镜等设备,并给出了原理和具体实现办法。通过这些设备实现了沉浸性很高的虚拟立体操作系统。最后,使用Vega Prime仿真软件和人机交互设备,设计实现了一个具有视点漫游、碰撞检测、虚拟操作等功能的系统,并对软件设计中的关键技术,如视点漫游、碰撞检测等进行了详细讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景、目的和意义
• 1.2 虚拟现实的发展及其关键技术
• 1.2.1 虚拟现实的概述
• 1.2.2 虚拟现实的历程
• 1.2.3 虚拟现实技术的特征和关键技术
• 1.3 虚拟操作训练研究现状
• 1.3.1 国外发展状况
• 1.3.2 我国虚拟操作训练的发展趋势
• 1.4 论文的主要工作和结构安排
• 第2章 虚拟集控台整体方案设计
• 2.1 虚拟集控台设计方案
• 2.2 虚拟集控台视景平台选择的依据
• 2.3 虚拟集控台软件选择
• 2.3.1 建模工具的选择
• 2.3.2 仿真工具的选择
• 2.4 虚拟集控台的物理体系结构
• 2.4.1 输入设备的选择
• 2.4.2 输出设备的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 实现虚拟集控台的软硬件开发平台
• 3.1 实现虚拟集控台软件平台
• 3.1.1 建模软件Creator
• 3.1.2 仿真平台Vega Prime
• 3.2 虚拟集控台主要硬件平台
• 3.2.1 数据手套5DT DataGlove
• 3.2.2 跟踪仪Fastrak
• 3.3 本章小节
• 第4章 虚拟集控台建模
• 4.1 虚拟集控台虚拟场景的建立
• 4.1.1 三维建模的步骤
• 4.1.2 虚拟集控台的静态建模
• 4.1.3 虚拟集控台的动态建模
• 4.2 纹理映射的运用
• 4.3 材质与光源的设置
• 4.4 明暗处理与阴影技术的运用
• 4.5 本章小结
• 第5章 虚拟集控台软件的实现
• 5.1 程序初始化和界面设计
• 5.1.1 初始化
• 5.1.2 界面设计
• 5.2 虚拟集控台的碰撞检测的实现
• 5.2.1 碰撞检测概述
• 5.2.2 Vega Prime中的碰撞检测
• 5.2.3 仿真系统中碰撞检测的实现
• 5.3 虚拟集控台的漫游方式实现
• 5.3.1 坐标变换
• 5.3.2 Vega Prime中漫游方式的设定
• 5.3.3 虚拟集控台漫游的实现
• 5.4 虚拟集控台的立体显示的实现
• 5.4.1 立体显示的原理
• 5.4.2 立体显示的方式
• 5.4.3 立体显示的实现
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢