分布式虚拟场景的构建技术及其应用

摘要

虚拟现实(VirtualReality,VR)技术，作为20世纪末兴起的一门综合性信息技术，融合了计算机图形学、图像处理、传感器、网络、并行处理技术以及多媒体技术等多个信息技术分支。实时的三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给带来的沉浸感，这些优势使其广泛应用于军事、设计、艺术、医学等许多领域，并给社会带来了巨大的经济效益。在工业生产监控领域，为弥补传统监控方式存在的缺陷，如信息抽象化、事件间关系表达不明确等，虚拟现实技术与监控技术相结合以构建分布式虚拟场景(DistributedVirtualScenes，DVS)系统的研究成为重要的研究方向。本文的主要研究内容包括:
　　首先，结合分布式虚拟现实技术和监控的应用需求，设计了基于Web的分布式虚拟场景监控系统体系结构，并详述各组件模块负责的业务逻辑功能。
　　其次，对于大规模场景组织与构建的复杂难度问题，提出了场景模块和树结构的可见性判断改进算法，用基于子场景模块的树结构组织全局场景，使用链表数组进行双重定位，不仅可以有效节省存储空间，还可以定位待处理的数据节点，提高视域裁剪和遮挡判断的过程。通过对用户可视操作周边区域的局部预处理来代替整个场景的全局重构，使场景过度平滑自然，提高动态场景的真实效果和系统状态的更新效率。分析VRML与脚本语言结合交互实现原理，扩展了事件的运行方式、基于函数和原型机制的复杂造型类、实体和交互的实现等。对实体建模采用优化原则和使用JSON数据的Ajax通信的有效性进行了研究，降低可见模型、纹理贴图等数据网络中的传输延迟，提高系统实效性。
　　最后，基于以上系统体系结构、场景构建算法等研究，设计实现了DVS系统的原型，并成功应用于实际工业生产。
　　本文工作为工业监控提供了一个可视化的智能监控环境，符合虚拟现实技术在工业监控领域的发展趋势，为进一步虚拟现实系统的研究与发展做了有益的探索。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文组织结构

2 相关知识

2．1 分布式虚拟现实系统

2．2 分布式虚拟现实系统的模型结构

2．3 分布式虚拟现实系统的实现技术

2．4 本章小结

3 分布式虚拟场景的构建

3．1 分布式虚拟场景的体系结构

3．2 场景的组织

3．3 场景模块的动态调度

3．4 场景构建算法测试

3．5 本章小结

4 分布式虚拟场景的建模与通信

4．1 场景建模方法

4．2 场景建模技术

4．3 场景数据的网络通信

4．4 本章小结

5 分布式虚拟场景原型系统

5．1 服务器端

5．2 客户端

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要成果

攻读硕士期间参加的科研项目