基于手机交互的虚拟过山车系统设计

摘要

虚拟现实是当下最火热的技术之一，如今已被应用到视频、游戏、军事、教育等领域，具有巨大的发展潜力。作为对该技术应用的一个实践，本文结合智能手机、VR眼镜盒、动感座椅平台、计算机等设备设计了一套集视觉、听觉、运动多方面模拟的过山车系统。 首先，本文根据实际设计需求，设计了一套功能完善、设计新颖的过山车系统实现方案，并从整体设计思想、到软硬件模块设计思路，详细论述了整个方案的实现流程。 其次，本文重点论述了虚拟过山车系统实现过程中，所面临的过山车系统建模以及碰撞检测问题。本文研究了常用的建模方法、设计了虚拟轨道的建模策略以及虚拟场景优化方案，并在对轨道模型进行动力学分析的基础上设计了一种模拟过山车运行的方案。在研究了常用碰撞检测算法的基础上，采用了一种基于OBB和包围球的混合包围盒检测算法进行虚拟场景中物体的碰撞检测，并结合轨道特点简化了该算法中包围球的构造过程。 最后，本文借助于Unity3D引擎以及3Ds Max建模软件，采用模块化设计思想对整个系统开发过程进行了实现，构建了基本轨道段模型并重点论述了包括虚拟场景构建、数据传输、轨道编辑在内的各个功能模块的具体实现流程。最终，通过实验测试，本文所实现的系统基本能够满足最初的设计需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 虚拟现实技术概述

1．2．1 虚拟现实技术简介

1．2．2 国内外发展概况

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本文结构安排

第2章 虚拟过山车系统方案设计

2．1 实现方案概述

2．2 硬件模块设计

2．2．1 硬件构成

2．2．2 VR眼镜盒

2．2．3 动感座椅平台

2．3 软件模块设计

2．3．1 轨道编辑模块设计

2．3．2 数据传输模块设计

2．3．3 输出控制模块设计

2．4 开发工具选择

2．4．1 选择依据

2．4．2 操作界面介绍

2．4．3 功能模块介绍

2．5 本章小结

第3章 虚拟过山车系统建模策略研究

3．1 虚拟场景建模方法

3．1．1 基于图形的建模方法

3．1．2 基于图像的建模方法

3．1．3 基于图形图像的混合建模方法

3．2 虚拟轨道建模分析

3．2．1 轨道模型设计方案

3．2．2 轨道模型拼接规则

3。2．3 轨道段放置位置计算

3．2．4 轨道模型动力学分析

3．3 相机控制方案设计

3．3．1 相机位置控制

3．3．2 相机姿态控制

3．4 虚拟场景优化方案设计

3．4．1 层次细节技术

3．4．2 轨道加载方案优化

3．5 本章小结

第4章 碰撞检测算法研究

4．1 基本原理和分类

4．2 基于图像空间的碰撞检测算法

4．3 基于物体空间的碰撞检测算法

4．3．1 空间剖分法

4．3．2 层次包围盒法

4．4 基于OBB和包围球的混合层次碰撞检测算法

4．4．1 基于混合层次模型的提出

4．4．2 包围盒树的生成

4．4．3 包围盒相交测试

4．4．4 基本元素相交测试

4．4．5 包围球构造算法优化

4．5 本章小结

第5章 基于Unity3D的系统开发

5．1 轨道编辑模块实现

5．1．1 基本轨道模型构建

5．1．2 交互设计和实现

5．1．3 轨道编辑功能测试

5．2 数据传输模块实现

5．2．1 手机和PC之间通讯

5．2．2 PC和动感座椅通讯

5．2．3 通讯模块测试

5．3 输出控制模块实现

5．3．1 虚拟场景构建

5．3．2 3D分屏处理

5．4 系统运行测试

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢