虚拟演播室中虚拟场景生成系统的设计与实现

摘要

虚拟演播室系统可以使现场视频与计算机产生的三维图形实时地集成在一起。它突破了传统演播室实景制作和场景设计的时空限制，能将真实人物与虚拟环境自由组合，完美地表现出电视节目制作者的非凡创意，提高电视节目制作的质量和效率，同时降低了节目制作费用。目前较成熟的商用虚拟演播室系统均是基于独立工作站平台开发，其价格昂贵。对于中小型电视台而言，购买一整套虚拟演播室系统成本较高。因此，开发一种成本低、实用性强的虚拟演播室系统具有广阔的应用前景和现实意义。而利用PC机实现虚拟演播室系统具有成本低、控制灵活等特点，能够满足中小型电视台的电视节目制作需求。因此，利用PC机实现虚拟演播室系统已成为目前的研究热点。 本文在基于已有的虚拟演播室系统理论的基础上，从开发一套实际的基于PC机的虚拟演播室系统的角度出发，将研究工作主要集中在基于PC机的虚拟演播室中虚拟场景生成系统的研究、设计和实现上。论文先从理论上对虚拟演播室系统的意义、工作原理和关键技术以及现有虚拟演播室系统的优缺点进行了阐述，确定了基于PC机和Direct3D技术进行虚拟演播室系统开发的方案：接着对虚拟演播室系统的虚拟场景生成技术进行了研究；同时详细介绍了实现本系统所采用的Direct3D技术，重点对其整体构架及相关知识点进行了论述。在此分析和研究的基础上，选择Direct3D作为系统的3D开发平台、使用Visual C++7.0作为开发工具及采用面向对象的设计方法对虚拟演播室中虚拟场景生成系统按工作流程从整体到局部进行了整体构架设计，并在此设计基础上具体实现了虚拟场景生成系统的事件处理、渲染初始化、场景数据预处理和管理、虚拟摄像机管理、场景渲染及图像数据输出模块，最终实现了基于Direct3D技术的虚拟场景生成原型系统，为虚拟演播室系统提供了良好的功能服务。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1虚拟演播室系统的研究背景

1.1.1虚拟演播室系统的概念

1.1.2现有虚拟演播室系统的优缺点

1.1.3虚拟演播室系统的国内外研究现状

1.2本论文的主要研究内容及意义

1.3本论文的组织与结构

第2章 虚拟演播室系统及Direct3D场景生成技术

2.1虚拟演播室系统的工作原理与组成部分

2.2虚拟演播室中的场景生成技术

2.3Direct3D整体概述

2.3.1DirectX软件包

2.3.2Direet3D整体架构

2.4Direet3D应用开发知识点概述

2.4.1光照

2.4.2材质

2.4.3纹理贴图

2.4.4深度缓冲

2.4.5模板缓冲

2.4.6Alpha颜色混合

2.5本章小结

第3章 虚拟场景生成系统的设计

3.1虚拟场景生成系统的意义与功能

3.1.1系统的意义

3.1.2系统的主要功能

3.2底层软件平台的选择及功能简介

3.2.1开发语言与开发工具的选择

3.2.23D开发平台的选择

3.3系统的设计方法

3.4系统的总体结构设计

3.4.1虚拟场景生成流程分析

3.4.2虚拟场景生成系统的子模块划分

3.4.3虚拟场景生成系统的主要类功能设计

3.5系统的硬件环境

3.6本章小结

第4章 虚拟场景生成系统的实现

4.1事件处理模块的实现

4.2渲染初始化模块的实现

4.2.1初始化Direct3D设备

4.2.2初始化渲染环境

4.3场景数据预处理模块的实现

4.3.1原始场景数据的来源

4.3.2场景数据预处理模块的流程及子功能划分

4.3.3ASE数据文件的解析

4.3.4物体包围球的构筑

4.3.5自定义数据文件格式

4.4场景数据管理模块的实现

4.4.1几何物体数据管理的实现

4.4.2场景灯光数据管理的实现

4.4.3材质数据管理的实现

4.4.4纹理贴图数据管理的实现

4.5渲染环境管理模块的实现

4.6虚拟摄像机管理模块的实现

4.6.1构造虚拟摄像机

4.6.2虚拟摄像机的实现

4.7场景渲染模块的实现

4.7.1视截体平面的计算

4.7.2视锥裁剪的实现

4.7.3静态环境映射贴图的实现

4.7.4Alpha Blend技术的实现

4.7.5静态光照贴图技术的实现

4.7.6视频纹理映射的实现

4.7.7获取渲染完成的图像数据的实现

4.8图像数据输出模块的实现

4.9虚拟演播室系统的虚拟场景渲染及合成实验

4.10本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文