基于LOD大型水利工程场景可视化仿真的设计与研究

摘要

仿真技术是一门利用计算机对系统模型进行科学实验的技术。它具有经济、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点，目前仿真技术已渗透到国民经济的各个领域。同时，计算机仿真技术作为虚拟现实的核心，在信息技术和计算机技术为先导的态势下，有力地推动着科学研究的全面进行。仿真的基本目的一般归结为决策问题。将地理信息进行计算机仿真的三维可视化，对军事、仿真、虚拟现实、地球科学等学科都有非常重要的现实意义。 本文在研究当前各种虚拟现实系统的实现方法后，着眼于解决当前计算机处理海量地形数据可视化的瓶颈问题，提出了基于虚拟现实细节层次LOD(Level Of Detail)技术，融入高层次体系结构HLA(High Level Architecture)和并行计算的思想，设计了大型水利工程的场景仿真系统；采用Visual C++以及OpenGL语言实现了其中部分场景的可视化。 本课题的主要工作和成果如下： 1.介绍了LOD技术的应用背景，总结并评述了不规则网格LOD技术的特点、研究现状及其分类。 2.探讨了基于不规则网格的大规模地形数据并行计算相关技术问题，地形不规则网格三角化模型生成算法以及误差计算方法。 3.对当前几种有代表性的不规则网格的LOD算法进行了比较。 4.提出了一个综合虚拟现实、并行计算技术和高层次体系结构HLA的设计思路，在PC平台上能使可视化效率更高。 5.应用Visual C++和OpenGL，开发了原型系统。在PC平台上，对较大规模的真实地形数据进行了试验。试验结果证明本文提出设计思路是可行的，能够进行大规模地形的仿真。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题介绍

1.2技术背景

1.2.1系统仿真技术

1.2.2虚拟现实技术

1.2.3计算机仿真与虚拟现实的关系

1.2.4计算机仿真与虚拟现实的结合

1.3研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.3.3存在问题及发展方向

1.4论文的主要工作及研究内容

1.4.1文章结构

1.4.2研究内容

第2章与本系统相关的理论研究

2.1并行算法设计理论

2.1.1并行算法基本概念

2.1.2并行算法设计方法

2.1.3并行算法设计过程

2.2细节层次技术(LOD)

2.2.1细节层次技术简述

2.2.2地形LOD算法

2.3虚拟场景的OpenGL构建

2.3.1虚拟现实开发的其他工具

2.3.2 OpenGL简介

2.3.3 OpenGL的工作方式

2.3.4 OpenGL程序框架的构建

2.4高层体系结构(HLA)

2.4.1 HLA基本概述

2.4.2 HLA联邦开发过程

第3章系统设计

3.1系统结构设计

3.2仿真流程及数据预处理

3.2.1仿真系统的构建流程

3.2.2数据预处理

3.2.3系统运行环境

3.3模块功能设计

3.3.1并行计算模块设计

3.3.2可视化显示模块设计

3.3.3地景仿真引擎设计

3.3.4其他模块设计

3.3.5系统中重要类设计

3.4本章小结

第4章可视化实现与分析

4.1编程模块结构

4.2场景引擎编程

4.3地形渲染编程

4.4贴图管理

4.5结果分析

4.6本章小结

第5章结论与展望

5.1研究工作总结

5.2今后继续研究的内容

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果