基于Vega Prime的互动投影研究与应用

摘要

人机交互(Human-Computer Interaction)，简称HCI，是研究人与计算机信息交换过程的一门技术。人机交互技术的功能主要依靠具有输入输出功能的外部设备和相应的软件来完成。其中突出代表为互动投影技术。
　　互动投影技术是通过应用计算机视觉处理手段和多媒体投影显示技术，为参与者营造出一种动态的、高科技全新概念的互动体验。互动投影技术的出现，既是科学技术革命的深入和发展，也是改变和丰富现代社会精神文明生活的需要。互动投影系统通过参与者的肢体动作与投影图像进行互动，可以产生各种特殊效果，让体验者进入一个虚拟与现实相融合、似真似幻的奇妙世界。做为一种新的展示媒体，互动投影技术主要应用于舞台、剧院、媒体展览机构、展览馆、文化宫、新产品发布会等众多场合。而目前大多数互动投影采用的技术如Flash、DirectX(…)本课题是基于Vega Prime技术的互动投影的研究与应用。
　　当前市场上互动投影显示效果大多数是借助二维图像开发的，也就是说想制作一个复杂的动画效果往往需要数量众多的图片。这不仅需要耗费更多的时间来搜集资料，而且这种平面的画面效果往往真实性较差，难以令人产生身临其境的感觉。而本课题研究的内容是通过Vega Prime技术开发一个互动仿真游戏场景程序。场景中的对象均是由MultiGen Creator三维建模工具实现，较以往二维的表现形式有着更为逼真的视觉效果。而且Vega Prime具有非常高的定制特性，用户可以轻松方便地开发出满足自己需求的仿真应用。也可以自己开发仿真模块，结合编写的代码及通过派生的自定义类来优化仿真应用。在本课题的仿真程序中，实现鼠标移动事件和模型碰撞检测的反应效果，结合互动投影系统硬件模块，通过摄像头捕捉、分析、发现图像（手部）变化的位置，模拟鼠标消息发给最前台的仿真场景窗口，触发程序的鼠标移动事件，从而实现鼠标移动效果。最终达到人机交互的实验目的。
　　本文的主要研究内容包括以下几个方面:
　　(1)研究虚拟现实和互动投影的相关理论知识，掌握虚拟仿真的设计方法和包括MultiGen Creator和Vega Prime的相关开发软件工具，为虚拟仿真场景的创建打下坚实的基础。
　　(2)利用MultiGen-Paradigm公司开发的Creator虚拟建模工具创建本课题所需的三维模型，使最终出来的模型拥有高度优化的视觉效果。模型最终保存为FLT格式文件，这也是MultiGen公司描述数据格式的工业标准。通过该软件功能完成模型的动画序列设计，使仿真模型在场景运行时呈现更好的动态效果。
　　(3)利用VegaPrime的用户图形界面工具Lynx Prime对Creator生成的三维模型进行仿真场景的高效创建和配置。最终保存为一个后缀为acf的文件，该文件在开发程序时需要调用到。
　　(4)对Vega Prime所创建的ACF文件进行二次开发，进而实现更高级的功能。在开发程序中，需要实现模型之间的碰撞检测效果和鼠标移动事件产生的应激变化。选择合适的程序开发工具，结合VP特有的库函数，最终实现上述的程序功能。
　　(5)实现开发程序与互动投影系统硬件模块的结合。配置好互动投影系统各大单元组件的连接环境，导入开发程序模块实现人机交互功能，完成本课题的实验目标。最后对全文进行应用总结，同时提出以后的改进方向。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与来源

1．2 互动投影技术的国内外研究状况

1．3 本文的主要工作及贡献

1．4 本文的结构安排

第二章 虚拟现实仿真技术概论

2．1 虚拟现实仿真建模关键技术

2．2 虚拟现实仿真建模工具

2．2．1 MultiGen Creator简介

2．2．2 MultiGen Creator组成模块

2．2．3 MultiGen Creator建模模块

2．2．4 MultiGen Creator场景建模过程

2．2．5 MultiGen Creator模型数据库

2．3 视景仿真设计工具

2．3．1 Vega Prime简介

2．3．2 Vega Prime基础模块

2．3．3 ACF文件主要结构

2．3．4 Vega Prime设计流程

2．3．5 视景仿真平台性能比较

2．4 本章小结

第三章 基于MultiGen Creator三维建模综述

3．1 视景三维模型创建

3．2 三维模型结构优化

3．3 构建模型动画序列

3．4 制作水底仿真环境

3．5 本章小结

第四章 LynxPrime视景仿真环境的构建

4．1 ACF文件创建与配置

4．2 模型初始状态配置

4．3 仿真环境效果设置

4．4 模型碰撞检测设置

4．5 本章小结

第五章 互动投影系统开发程序设计

5．1 互动投影程序开发和运行环境

5．1．1 开发环境

5．1．2 运行环境

5．2 Microsoft Visual Studio软件平台工作环境

5．3 VP开发的前期配置

5．4 系统程序开发详细设计

5．4．1 VP应用程序框架结构

5．4．2自定义myApp类设计

5．4．3 “模型与窗口的碰撞检测”主要设计步骤及其实现代码

5．4．4 “模型与鼠标移动检测”主要设计步骤及其实现代码

5．5 本章小结

第六章 互动投影系统集成与测试

6．1 互动投影系统硬件环境

6．1．1 信号采集单元

6．1．2 信号处理单元

6．1．3 成像单元

6．1．4 辅助单元

6．1．5 互动投影系统硬件信号流程

6．2 互动投影硬件系统功厶月匕15佃4．44-述

6．3 互动投影系统软件部分调试

6．4 基于VP和普通开发效果比较

6．5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

声明

致谢