分布式列车仿真系统中视景实时生成算法的研究

摘要

分布式体系结构是列车仿真系统的发展趋势.在分布式列车仿真系统中,视景系统是其重要组成部分,也是衡量系统先进与否的关键因素.目前,先进的列车仿真系统均采用基于计算机图象生成技术的视景系统.在该论文中,作者对分布式列车仿真系统及其视景系统中的几个关键技术进行了深入的研究.这些研究包括:1、采用分布式交互仿真(DIS)技术,建立了分布式体系结构的列车仿真系统.2、实现了基于SGI图形工作站与基于分布式PC机群两种不同体系结构下的视景仿真系统,并对两者进行了比较.着重研究了基于分布式PC机群的列车视景仿真系统.3、实现了一种基于OpenGL的高层图形API.4、讨论了视景仿真中地形表面模型的实时绘制问题,并提出了一种适合大规模地表模型实时显示的视点相关的连续LOD生成算法.5、在列车视景系统中实现了对常见自然现象的模拟.建立了一种能够仿真雨、雪现象的实时粒子系统.在该粒子系统中,对雨、雪的仿真模型作了适当简化以满足视景仿真的实时性要求.

目录

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第1章绪论

1.1列车仿真系统的结构

1.2国内外列车仿真系统的发展现状

1.3列车仿真系统中的视景仿真

1.3.1视景仿真技术概述

1.3.2列车仿真系统中视景仿真技术的发展

1.3.3 CGI方式的列车视景仿真系统

1.4本论文的工作与论文的组织

第2章分布式列车驾驶仿真及其视景系统

2.1分布式列车仿真系统

2.1.1系统结构

2.1.2通信方式

2.1.3多仿真器同步与延迟补偿

2.2两种体系结构的多通道视景仿真系统

2.2.1并行计算体系结构

2.2.2基于SGI图形工作站的视景仿真系统

2.2.3基于工作站机群的视景仿真系统

2.2.4二种系统的比较

2.3列车仿真系统中的分布式视景系统

2.3.1分布式视景系统的实现

2.3.2通信系统

2.3.3协议数据单元的定义

2.4小结

第3章面向对象的视景仿真软件

3.1视景仿真软件

3.1.1视景仿真软件的结构

3.1.2三维图形API

3.2基于OpenGL的面向对象的高层图形API

3.2.1 OpenGL简介

3.2.2组织结构

3.2.3主要类的定义

3.2.4数据结构

3.2.5基本流程

3.2.6基于包围体的裁剪

3.2.7绘制遍历

3.3列车视景仿真中场景模型建立与简化

3.3.1三维场景模型的规划与建立

3.3.2场景模型的自动简化

3.4小结

第4章地形表面LOD模型的生成与显示

4.1地表模型的生成与显示

4.1.1地形数据的表达

4.1.2地表模型的实时显示问题

4.1.3地形离散LOD模型的生成

4.2地表连续LOD模型的生成算法及相关工作

4.2.1简介

4.2.2相关工作

4.3本文连续LOD地形模型的生成和实时绘制算法

4.3.1算法概述

4.3.2裁剪

4.3.3细分原则

4.3.4屏幕空间误差（Screen-space Error）

4.3.5自顶向下的细分(Top-down refinement)

4.3.6强制分裂(Forced split)

4.3.7三角形化

4.3.8数据结构

4.3.9实验结果

4.4小结

第5章自然现象的模拟

5.1基于粒子系统的雨、雪模型

5.1.1概述

5.1.2算法的实现

5.2云与天空的模拟

5.3小结

结论

致谢

参考文献

作者在攻读博士学位期间公开发表的论文