东北大学虚拟校园漫游系统引擎设计与实现

摘要

虚拟现实系统是一个以计算机图形学为核心的综合的系统。目前虚拟现实系统的开发与应用仍没有达到普及阶段。其主要原因是要完成一个复杂的虚拟现实系统，需要采用不同领域的尖端技术，而目前很多关键技术仍存在瓶颈而限制了虚拟现实技术的发展。为了方便的开发出虚拟现实应用程序，一些公司开发了高级的虚拟现实开发工具包，比如WTK，Vega，Vtree等。尽管这些开发工具包的出现大大的缩短的开发周期。但是由于它们本身的功能限制，仍有很多技术需要开发者进一步的探索和研究。 虚拟校园是虚拟现实技术在数字化校园中的具体应用。通过虚拟校园，人们可以在计算机上虚拟地游览、规划实际校园的场景，更为重要的是还可以此为平台建立三维虚拟大学，提供相应的网上教育等。现阶段，虚拟校园可以说是研究和开发虚拟现实系统的一个很好的平台。本文中的虚拟校园漫游系统就是基于Vega来进行开发的。 虚拟校园系统的构建主要包括了建模技术和引擎设计两个主要部分。在本文中主要利用了Vega对东北大学虚拟校园系统的引擎进行了研究、设计与实现。首先介绍了Windows平台下利用Vega进行校园漫游系统的开发过程和步骤，并根据系统功能进行了引擎模块的划分。接着设计和实现了以控制视点的方式进行漫游的方法。主要的控制方式包括鼠标控制，地图导航，语音控制。并且提出了基于Vega的离散式碰撞检测的算法。良好的环境效果是漫游系统的重要组成部分，本文利用Vega下的环境模块和特效模块设计雾、云、光照效果、以及利用粒子系统完成雨雪，喷泉的设计和实现。最后简单介绍了立体显示方法和虚拟声音的高级话题，利用Vega设计并完成了相关功能。最后总结了开发过程中的不足与改进的措施。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1虚拟现实技术的概念与特征

1.2虚拟现实系统的分类

1.3虚拟现实的应用领域

1.4虚拟校园的建设与应用

1.5论文的主要研究内容与组织

第二章系统模块设计

2.1图形管线与坐标系

2.1.1图形管线绘制流程

2.1.2图形管线中的坐标系

2.2数据库OpenFlight文件

2.3引擎开发工具Vega

2.3.1 Vega简介

2.3.2 Vega的核心模块

2.3.3 Vega的渲染过程

2.3.4基于Vega的虚拟现实开发过程

2.4虚拟校园漫游系统的需求分析

2.4.1需求分析

2.4.2漫游系统的软硬件平台构成

2.5漫游系统开发过程

2.5.1漫游系统中的建模技术

2.5.2基于Vega的模块设计

2.5.3基于MFC的引擎程序框架设计

2.5.4漫游系统的渲染流程

第三章视点漫游和碰撞检测的设计与实现

3.1视点和投影体

3.1.1概念

3.1.2视点的基本变换

3.1.3场景漫游中视点位置计算

3.1.4基于Vega的视点设置

3.2漫游方式的分析与设计

3.2.1自动漫游

3.2.2鼠标控制漫游

3.2.3基于映射方式的地图导航

3.2.4基于最短路径方式的地图导航

3.3碰撞检测的基本原理

3.3.1碰撞检测技术的分类

3.3.2经典的碰撞检测处理流程

3.4基于Vega的碰撞检测设计与实现

3.4.1 Vega的碰撞检测技术

3.4.2基于Vega的视点碰撞检测分析与设计

第四章虚拟环境及特殊效果设计及实现

4.1虚拟环境设计

4.1.1雾效果的设计

4.1.2动态云的设计

4.1.3星际的模拟

4.2光照效果的设计

4.2.1 3D图形学光照模型

4.2.2 Vega中光源与模型材质

4.3基于粒子系统的特效设计与实现

4.3.1粒子系统基本原理

4.3.2粒子系统的研究与分析

4.3.3基于Vega粒子系统的雨雪效果设计

4.3.4粒子系统的快速显示方法

第五章语音控制与虚拟声音设计与实现

5.1虚拟现实中的语音识别研究与设计

5.1.1语音识别系统构成

5.1.2 Microsoft Speech SDK

5.1.3基于SAPI的语音控制

5.2虚拟声音的设计与实现

5.2.1三维虚拟声音的概念与特征

5.2.2人类听觉模型

5.2.3基于Vega声音引擎原理分析与实现

第六章立体显示与虚拟人物的设计与实现

6.1虚拟现实中的立体显示研究与设计

6.1.1立体图像对、双目视差及立体显示

6.1.2立体显示技术

6.1.3 Vega中的立体显示

6.1.4漫游系统中的立体显示设计

6.2人物仿真

6.2.1人物仿真概述

6.2.2基于DI-GUY的人物仿真设计与实现

第七章全文总结

7.1本文工作

7.2后续工作与研究目标

参考文献

致谢