基于OpenGL的列车视景仿真研究

论文摘要

随着虚拟现实技术的飞速发展,计算机仿真技术目前正广泛应用于军事和国民经济的各个领域。在铁路交通领域,为了使列车司乘等工作人员更快更好地熟悉和掌握列车的编组和运行工况,这就需要现代化的培训手段。依托于计算机仿真技术的列车仿真系统具有经济、安全、灵活及可重复的优点,正在列车驾驶培训中发挥越来越大的作用。本论文利用VC++中的MFC,基于OpenGL函数库,从底层出发开发一个具备自主知识产权的列车视景仿真原型系统。论文主要工作包括以下几点:1.在MFC环境下基于OpenGL函数库建立了列车视景仿真程序框架,建构了一个交互性良好的操作界面,界面分为场景设置视区、绘图视区和控制操作视区三部分2.通过几何变换、投影变换、视图变换、视口变换等,将现实中观察到的三维场景物体,转换为二维计算机屏幕所能表示的二维图像。同时通过几何变换中的移动变换、旋转变换、缩放变换将场景组装在一起,变化它们的输入参数来实现动画效果。3.将建模方法分为一般建模、三维模型导入和特殊建模方法。应用特殊建模的方法完成了对仿真中很多特效场景物和场景的建模工作。基于位图的灰度值来实现对地形的建模,基于不同混合方法实现对晴空、车窗、树木、雪花等的建模。采用上述的建模方法完成的场景和场景物的模型具有较好的视觉效果。4.本文构建了平面铁路线的统一模型,采用链表结构将各线路连接起来。应用场景设置窗口和对话框输入方式,建立了较好的用户交互功能。场景物的放置采用鼠标拾取坐标的方法,使操作更方便。5.针对列车虚拟运行场景仿真这种大面积场景渲染的实际情况,提出了运用单元分割法与雾化效果相结合,应用场景块与视点的距离判断其渲染显示与否的方法,提高了场景渲染的效率,同时也保证了较好的视觉效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 虚拟现实概况
• 1.3 视景仿真概况
• 1.4 列车仿真系统国内外发展
• 1.5 本文主要研究工作
• 第2章 列车运行视景仿真总体设计
• 2.1 OpenGL开发环境
• 2.1.1 OpenGL的基本特点
• 2.1.2 OpenGL基本工作流程
• 2.1.3 OpenGL的基本操作和功能
• 2.2 在MFC环境下列车视景仿真程序的初始化
• 2.3 列车运行视景仿真界面
• 2.4 列车运行视景仿真系统功能模块划分及工作流程
• 第3章 列车运行视景仿真图形变换
• 3.1 图形变换过程
• 3.2 几何变换
• 3.3 投影变换
• 3.4 视口变换
• 第4章 列车视景仿真实体建模
• 4.1 视景建模
• 4.2 视景三维几何建模原理
• 4.2.1 对象形状
• 4.2.2 对象外观
• 4.2.2.1 光照
• 4.2.2.2 纹理映射
• 4.3 列车视景几何建模方法与应用
• 4.3.1 一般实体建模
• 4.3.2 三维模型导入
• 4.3.3 利用位图灰度值建模
• 4.3.4 混合技术建模
• 第5章 列车运行三维仿真场景铺设
• 5.1 线路平面中心线的数学表达
• 5.2 线路平面中心线的边界约束
• 5.3 平面中心线法线模型
• 5.4 铁轨的铺设
• 5.5 场景物的放置
• 第6章 列车运行实时视景生成与显示
• 6.1 实时视景生成和显示技术
• 6.1.1 消隐技术
• 6.1.2 实例与显示列表技术
• 6.1.3 纹理映射技术
• 6.1.4 单元分割技术
• 6.2 列车运行视景动态模拟
• 6.2.1 列车运行模拟
• 6.2.2 视点选择
• 6.2.3 列车运行视景实时显示管理
• 6.3 列车运行视景仿真图集
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果