文化主题园区虚拟场景构建与交互技术研究

摘要

随着计算机图形学与计算机软硬件快速的发展，当前的虚拟现实技术表现出了前所未有的活力，被广泛应用于工业仿真、室内设计、军事航天、应急推演、电影娱乐等诸多方面。作为四大文明古国之一，我国有着五千多年灿烂的历史，对优秀民族文化的传承与发扬，是我国人民亘古不变的主题。本课题以虚拟现实的方式表现中华民族文化为应用背景，开发了一套中华文化主题三维虚拟园区软件。通过对当前三维虚拟场景构建与优化技术、体感交互控制技术的研究与创新，为软件设计实现过程中遇到的问题提出了完整、有效的解决方案。主要细节工作如下：
　　(1)设计了四个子园区分别从文化、历史、音乐、元素四个方面对中华传统文化进行了多元化表现。通过3ds Max建模软件完成了各个子园区的三维模型构建；在保证模型逼真度情况下，综合运用了广告板、烘焙等技术对模型进行了优化；将构建完成的三维虚拟场景导入Unity3d三维引擎中实现了实时驱动；通过视点LOD技术对模型细节表达进行了处理；由精简网格代替复杂模型，完成了模型的碰撞检测优化。
　　(2)对当前人体骨骼节点滤波算法和人体动作识别算法进行了深入研究。在参阅大量国内外相关文献的基础上改进了EWMA滤波算法，完成了对KinectV2传感器提供的人体骨骼节点的预处理，使节点数据更加可靠、稳定；构建了自定义的BP神经网络模型，设定了模型的初始参数并完成了模型的样本集的训练，为后期软件的体感交互开发提供了理论基础。
　　(3)完成了中华文化主题园三维虚拟园区软件核心功能和辅助功能的开发工作。实现了用于图形用户界面交互的光标系统和用于场景漫游控制的动作识别功能，构成了软件的体感交互模块；为软件添加了人物模型匹配和多人联网模式的功能，极大增强了软件的沉浸性；软件开发完成后，进行了软件测试和用户体验工作。