虚拟视景系统中的关键技术研究

摘要

“虚拟视景系统中的关键技术研究”题目来源于陕西省科技厅的攻关项目，本研究面向工程应用，设计和开发有较高实用价值的虚拟视景系统平台。论文围绕虚拟视景系统平台的设计、开发及实现过程而展开，并着重研究了虚拟视景系统中的关键技术。本文主要研究工作及所取得的研究成果如下： 1．基于MFC和OpenGL的软件开发环境，构建了虚拟视景系统平台。该平台提供虚拟视景的搭建、浏览、存储和图像与视频捕捉等基本功能，并支持对虚拟场景的交互管理与维护、粒子系统、声音管理等其他多项功能。 2．设计并实现了四种不同的观察视点：手动视点、跟踪视点、环绕视点和外设(鼠标、键盘、摇杆和空间三维球)控制视点。各种观察视点可以灵活交替设定，它们的联合使用为用户全方位的实时观察仿真进程及虚拟场景提供了便利的途径。 3．分析并研究了diamond-square分形算法和读取真实DEM数据生成地形的方法，实现了模拟地形和真实地形的三维可视化显示，在此基础之上进行了地形的漫游和动态修改操作，地形模型的显示和调度实时、形象、逼真。 4．对OpenGL的纹理映射技术及原理进行阐述，并摸索出一套合理的纹理映射方法，在使用过程中实现了对纹理的管理。利用纹理映射技术实现了虚拟场景中场景和物体的贴图。 5．详细地分析了粒子系统的实现过程，实现了基于粒子系统的特殊效果，把粒子系统的行为建模和几何建模统一起来，对粒子系统的属性及随机性作了理论性的分析研究，并对粒子系统进行了参数化设计和实时绘制。 随着软件功能的发展和完善，“虚拟视景系统平台”可被广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、军事模拟等行业。

目录

文摘

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西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1虚拟视景技术研究的目的和意义

1.2虚拟视景技术的发展

1.3虚拟视景技术的国内外研究现状

1.4本论文的结构

第二章虚拟视景系统平台的总体架构

2.1虚拟视景系统平台的总体功能

2.2虚拟视景系统平台的组成结构

2.3虚拟视景系统平台方案论证

2.3.1软件开发环境的选择

2.3.2三维编程接口(API)的选取

2.3.3三维物体几何建模技术和工具的选择

2.4虚拟视景系统平台的总体设计

2.4.1虚拟视景系统平台的信息交互

2.4.2虚拟视景系统平台两种工作方式

2.5本章小结

第三章虚拟视景系统平台的系统实现

3.1 OpenGL简介

3.1.1 OpenGL的基本操作

3.1.2 OpenGL处理流程和坐标变换

3.1.3 Windows环境下的OpenGL编程

3.2系统主要类与函数

3.2.1面向对象技术

3.2.2系统主要类与函数

3.3虚拟视景系统平台的组织和管理

3.3.1基于场景图的表达和管理

3.3.2场景图的实现

3.4虚拟视景系统平台基本功能的实现

3.4.1模型导入

3.4.2光照设计

3.4.3雾化设计

3.4.4视点设计

3.4.5场景存储与捕捉

3.5特效模块设计

3.5.1光晕特效

3.5.2动画特效

3.5.3粒子特效

3.6虚拟视景系统平台的音频技术

3.6.1 DirectSound的使用

3.6.2 DirectSound编程

3.7虚拟视景系统平台的网络设计

3.7.1网络结构的实现

3.7.2网络编程的实现

3.8本章小结

第四章虚拟视景系统平台的关键技术研究

4.1地形模拟

4.1.1地形模拟概述

4.1.2地形模型的建造技术

4.1.3算法地形

4.1.4真实地形

4.1.5地形漫游

4.1.6地形修改

4.2 OpenGL中纹理映射

4.2.1纹理图案的生成原理

4.2.2纹理的应用

4.2.3纹理的Mipmapping技术

4.2.4纹理的管理

4.3粒子系统

4.3.1粒子系统概述

4.3.2粒子系统的设计

4.3.3喷泉实例

4.4碰撞检测研究

4.4.1碰撞检测基本方法

4.4.2地形匹配算法

4.4.3地形的碰撞检测

4.4.4运动物体的碰撞检测

4.5本章小结

第五章调试分析

5.1软件的使用界面

5.2软件的运行环境

5.3软件操作及结果显示

5.4本章小结

全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢