虚拟建筑漫游预计算方法的研究

摘要

建筑物虚拟漫游技术在建筑设计、室内建筑装潢、房地产开发、游戏设计等方面具有非常广阔的应用前景。它的沉浸感、交互性与实时性的综合效果是传统平面效果图与动画播放所无法达到的。 本文实现了一个以板面为基本建筑元素的虚拟建筑漫游，整个系统分为三个阶段，建模阶段、预处理阶段、漫游渲染阶段。 首先，本文直接使用OpenGL平台建立了多边形板面结构场景模型。板面多边形由预定义场景数组生成，在预定义场景数组中，大部分元素为0和1，并以二维形式表示。在0和1之间，建模程序会生成一个多边形，并且保存在多边形链表当中。如果完成预定义数组的遍历，整个场景就保存到多边形链表中了。 其次，本文重点研究了预计算阶段的BSP(binaryspacepartitioning)空间分割技术。BSP树是一种很有效的层次管理结构，本文通过不断地选取最好的分割多边形递归分割整个场景，使整个场景的左半空间存储在BSP树根节点的左子树上，场景的右半空间存储在BSP树根节点的右子树上，直到每个多边形都被装入到一个BSP树的非叶子节点中，而每个叶子节点都为空。当场景多边形都分布在树节点中后，放入视点，对多边形的可视性进行排序。在遍历树过程中，多边形会被渲染，如果BSP树被完全遍历，场景绘制就完成了。使用BSP空间分割的预处理技术不单单有效的管理整个虚拟场景，还满足了碰撞检测实现的需求。 最后，本文深入研究了场景中物体坐标的变换方法。这些变换包括平移、旋转、错切和投影，每个变换都有一个相应的矩阵来表示。当视见体变化后，程序会使用这些变换生成一个合并矩阵来规范化视见体，并将视见体中的物体投影到观察平面上，形成屏幕上所观看的画面。本文在此基础上改进了观察变换的旋转矩阵，使旋转范周得到简化，减少了计算量。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2本课题研究的目的及意义

1.3国内外相关技术发展现状

1.3.1国外漫游系统发展的状况

1.3.2国内虚拟漫游研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章室内虚拟漫游技术基础

2.1引言

2.2三维结构坐标变换

2.2.1仿射变换

2.2.2坐标系的变换

2.3向量

2.3.1向量加法

2.3.2向量的长度

2.3.3法向量与叉积

2.3.4法向量与点积

2.4三维到二维的变换框架

2.5观察坐标系

2.5.1投影

2.5.2观察坐标系

2.6实现平面几何投影

2.6.1视图方向矩阵

2.6.2视图映射矩阵

2.6.3投影矩阵

2.7本章小结

第3章室内虚拟漫游的基本构架

3.1引言

3.2建模与表示

3.2.1三维物体的表示法

3.3场景空间的层次管理

3.3.1可视性处理中的层次结构

3.3.2层次管理体系中的树结构

3.3.3入口和镜子

3.4碰撞检测

3.4.1单阶段方法的实现

3.5本章小结

第4章室内虚拟漫游系统的设计与实现

4.1 OPENGL框架

4.1.1 OpenGL的运行机制

4.1.2 OpenGL的渲染管道

4.2 WINDOWS和OPENGL程序设计的框架

4.3整个场景的数据结构

4.4建模—采用多边形手工建模的方法

4.5空间的分割—创建BSP树

4.6实时的渲染—遍历BSP树

4.6.1实时输入与观察变换

4.6.2碰撞检测

4.6.3遍历BSP树渲染场景

4.7本章小节

结论

参考文献

附录1

附录2

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明及使用授权书

致谢