面向虚拟实体对象的行为建模关键技术研究

摘要

本文主要的研究内容包括基本概念的归纳、核心算法的描述、复杂问题的求解、设计方法的讨论以及相关试验结果分析五个方面.论文首先归纳了虚拟现实技术、虚拟设计/制造、虚拟实体、行为与行为建模等基本概念,这些相关概念以及定义是其对应的技术点的理论基础;接着,讨论了面向实体对象的几何建模与描述方法,并着重分析了NUBRS曲线和曲面的造型方法,借助分形几何技术生成自然景观中的植物和地形的过程,以及光线跟踪算法在碰撞检测中的应用等等;然后,剖析了基于粒子的物理建模与仿真的过程,通过实例说明了以行为建模为驱动的程序开发过程,提出了基于物理的碰撞解决方案;进而,论文描述了行为建模在基于约束的机械运动仿真中应用时如何进行约束特征的提取以及如何解决面向交互的行为建模等问题,并给出了相应的仿真实例;最后,就虚拟环境的构建及其引擎开发过程阐明了作者的相关体会和见解.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2论文研究的背景及其意义

1.2.1研究的背景

1.2.2课题的来源

1.2.3目的与意义

1.3论文的研究内容与创新点

1.3.1主要研究内容

1.3.2论文的创新点

1.4论文的组织结构

第2章基本概念与理论基础

2.1虚拟现实概述

2.1.1虚拟现实

2.1.2虚拟设计/制造

2.2虚拟实体对象

2.2.1实体对象模型

2.2.2实体间的交互

2.3行为建模

2.3.1行为建模基本概念

2.3.2基于Agent技术的行为建模

2.3.3基于行为驱动的系统分析与建模

2.4基于UML的面向对象建模技术

2.4.1基本行为建模

2.4.2高级行为建模

2.5本章小结

第3章面向实体对象的几何建模与描述

3.1实体结构几何法表示

3.1.1三维几何造型

3.1.2实体表示方法

3.1.3基于形体特征的表达

3.2基于NURBS的曲线与曲面几何造型

3.2.1 NURBS曲线与曲面

3.2.2 NURBS程序设计与实现

3.3基于分形技术的几何描述

3.3.1关于分形

3.3.2 L系统与植物模拟

3.3.3分形插值与地形仿真

3.4碰撞检测

3.4.1光线跟踪

3.4.2相交性计算

3.4.3基于光线跟踪算法的碰撞检测

3.5本章小结

第4章基于粒子的物理建模与仿真

4.1基于物理的实体对象粒子化表示

4.1.1系统的粒子化表示

4.1.2基于物理的粒子系统仿真

4.1.3关于粒子系统的思考

4.2基于物理的柔性物体运动仿真

4.2.1系统与粒子对象行为表述

4.2.2矢量计算与约束处理

4.2.3 Verlet积分法

4.2.4误差分析与对策

4.2.5仿真结果分析

4.3基于物理的碰撞

4.3.1动量与动能

4.3.2线性及角冲量

4.3.3基于物理的碰撞

4.4本章小结

第5章行为建模在基于约束的机械运动仿真中的应用

5.1约束特征

5.1.1基于约束的特征描述

5.1.2特征间的约束建模

5.2面向交互的行为建模

5.2.1基于时间的控制流建模

5.2.2基于组织的控制流建模

5.3运动仿真的实现

5.4本章小结

第6章虚拟环境的构建及其引擎开发

6.1虚拟场景的构建与表达

6.1.1场景的构建

6.1.2面向对象的设计

6.1.3虚拟环境管理器

6.2引擎开发中的关键技术

6.2.1关于引擎

6.2.2抽象与封装

6.3本章小结

第7章总结和展望

7.1论文总结

7.2研究展望

参考文献

附图

致谢

攻读硕士期间参加的科研项目和发表的论文

附录