基于虚拟现实技术的室内外漫游系统的研究与实现

摘要

目前，虚拟现实技术已成为计算机相关领域中继多媒体技术、Internet网络技术之后关注及研究、开发与应用的热点，也是目前发展最快的一项多学科综合技术。它在许多领域有着广泛的应用，虚拟漫游系统是虚拟现实技术理论的一个重要的实践与应用。 本文以东北大学室内外场景为虚拟空间，以建立东北大学室内与室外实时漫游系统为目标，根据实际场景情况，创建了三维实体模型，开发了具有虚拟现实特点的视景仿真系统，并实现了实时仿真及交互控制的功能。本文具体完成的工作如下： (1)通过查阅大量的国内外参考文献，对虚拟现实技术和虚拟漫游技术进行了研究，提出了一种室内和室外虚拟漫游系统的实现方案。 (2)基于实时三维建模软件Creator，建立了东北大学室外部分模型和东北大学逸夫教学楼完整的室内模型，并对场景模型进行了优化；结合室内外模型的建立，对三维建模的关键技术和模型数据库优化技术进行深入研究。 (3)对碰撞检测的数学方法、Vega中的碰撞检测算法和碰撞响应技术进行了分析研究，实现了室内漫游中上下楼梯的地形匹配和视点与实体的碰撞检测；对目前常用的三种拾取算法进行了分析研究，以基于视线的拾取算法为理论基础，编程实现了室内漫游与室外漫游中对不同类型实体的拾取功能，为增强漫游系统的交互性提供了基础。 (4)基于实时仿真软件Vega和VC++编程环境，实现了东北大学室外部分场景的实时漫游和逸夫教学楼室内漫游系统；设计并实现了使直升机仪表指针实时变化的功能；分别提出了结合拾取实现模型替换、建筑物信息显示、门的开关和可移动物体的自由移动功能的编程方法，并实现了这些功能；提出了一种基于场景切换的室内漫游与室外漫游的结合方案，并对其进行了实现。 (5)制作了东北大学室内与室外漫游系统的安装程序，从根本上解决了虚拟漫游系统依赖于特定软件环境的弊端。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1虚拟现实技术

1.1.1虚拟现实技术概述

1.1.2虚拟现实的3I特性

1.1.3虚拟现实系统的分类

1.2虚拟校园研究现状

1.2.1虚拟校园在国外研究现状

1.2.2虚拟校园在国内研究现状

1.3本论文的研究意义

1.4本论文的主要研究内容

第2章虚拟漫游系统的实现方案

2.1虚拟漫游系统

2.1.1虚拟漫游系统的概念

2.1.2基于建模的虚拟漫游技术

2.2虚拟漫游系统开发的主要任务

2.3室内与室外漫游系统的实现流程

2.4系统实现的软、硬件平台

2.4.1系统实现的软件平台

2.4.2系统实现的硬件平台

2.5虚拟漫游系统实现的关键技术

第3章虚拟场景三维模型的构建

3.1 MultiGen Creator开发工具的选择

3.2 OpenFlight模型数据库规范

3.3三维建模关键技术的研究与实现

3.3.1纹理映射技术

3.3.2 DOF(自由度)技术

3.3.3模型对象实例化技术

3.3.4外部引用技术

3.3.5动画序列技术

3.4模型数据库的优化技术

3.4.1实时视景生成技术

3.4.2优化数据库节点的层级结构

3.4.3减少多边形的数量

3.4.4 LOD技术(层次细节技术)

第4章碰撞检测与碰撞响应

4.1重要性分析

4.2碰撞检测的数学方法

4.2.1球体与平面的碰撞

4.2.2长方体与平面的碰撞

4.3碰撞检测算法分类

4.3.1基于时间域的碰撞检测算法

4.3.2基于空间域的碰撞检测算法

4.4 Vega中的碰撞检测算法

4.4.1 Z方法和BUMP方法

4.4.2 Isector Class掩码设置

4.4.3更新方式与检测结果

4.5碰撞响应技术

4.5.1物体运动特性的变化

4.5.2物体结构特性的变化

4.6东北大学室内漫游系统中碰撞检测与响应的实现

4.6.1视点模型

4.6.2地形匹配

4.6.3物体的碰撞检测

第5章拾取技术

5.1拾取技术的实现方法及算法

5.1.1基于名称或识别号检索的拾取方法

5.1.2基于鼠标点击的拾取方法

5.1.3基于视线的拾取算法

5.2东北大学室内与室外漫游系统中拾取技术的实现

5.2.1拾取算法实现的步骤

5.2.2本系统拾取技术实现示例

第6章室内与室外漫游系统的实现

6.1漫游系统总体框架

6.2虚拟漫游引擎的实现流程

6.2.1使用Lynx定义adf文件

6.2.2基于MFC进行漫游程序设计

6.3东北大学室外漫游系统

6.3.1东北大学室外模型的构建

6.3.2拾取技术在室外的应用

6.3.3直升机仪表指针的实时变化

6.3.4本文构建的部分室外模型的漫游效果图

6.4东北大学逸夫教学楼室内漫游系统的实现

6.4.1逸夫楼室内模型的构建

6.4.2室内漫游引擎的实现

6.4.3视点控制的实现

6.4.4碰撞检测与响应模块的实现

6.4.5拾取技术在室内的应用

6.4.6逸夫教学楼室内漫游效果图

6.5东北大学室内漫游与室外漫游的结合

6.6东北大学室内外漫游系统安装程序的制作

第7章总结

参考文献

致谢