数字奥运博物馆原型系统的设计与实现

摘要

本文描述了DOM原型系统的设计与实现，以及系统开发过程中使用的若干关键技术。 DOM原型系统采用分布式虚拟现实技术，通过Internet/Intranet使用户足不出户就可以对博物馆进行访问，感受奥运文化。整个系统由服务端与客户端两部分组成。其中服务端主要负责数据库访问、网络监听、以及为用户提供服务例如同步等功能。客户端主要负责场景的渲染、模型的管理、与服务端的通信、角色动画、以及与用户的交互等功能。系统为每个用户提供了一个虚拟化身，用户通过对它进行控制来漫游场景。在漫游的同时，用户可以看到周围的其他用户，可以和他们进行对话。 整个博物馆由四个部分组成，第一部分是博物馆的外围场景，主要包括博物馆的主建筑以及周围的景物；第二部分主要展示的是历届奥运会的火炬及其介绍；第三部分展示的是奥运奖杯、奖牌以及跟奥运相关的物品；第四部分主要展示的是中华体育文化，包括中国古代、近代、现代的体育发展历程。不同的楼层之间，我们用旋转楼梯进行连接。 在实现了基本的漫游功能后，本文进一步分析了已有的同步算法，提出了基于全局时间的同步算法，使得不同的客户端之间可以以微小的代价保持状态的一致性。同时，我们采用GPU技术，运用反射和折射效果，并引入基于时间的扰动函数，在场景中实现了实时的水模拟，这些技术比较好地增加了用户的沉浸感。

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论文说明:图表目录

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第1章绪论

1.1虚拟现实简介

1.2网络虚拟漫游

1.3数字奥运博物馆介绍

1.3.1博物馆的数字化

1.3.2数字奥运博物馆

1.4数字奥运博物馆的关键技术

1.5本文的工作及论文的组织

第2章系统的总体功能和设计

2.1系统概述

2.2软件系统基础

2.2.1引擎基础

2.2.2场景构造

2.3服务端的设计

2.4服务端关键模块的实现

2.4.1网络服务模块

2.4.2数据库接口封装

2.4.3数据库连接池

2.4.4通信协议与服务

2.4.5服务端用户管理

2.5本章小节

第3章场景建模和漫游实现

3.1场景建模

3.1.1场景脚本设计

3.1.2外围场景建模

3.1.3内部场景建模

3.2漫游模块中的关键技术

3.2.1虚拟人技术

3.2.2虚拟现实的同步算法

3.2.3基于全局时间的角色同步算法

3.2.4纹理映射中的反走样技术

3.3漫游模块设计

3.4场景漫游截图

3.5本章小结

第4章基于GPU的动态水模拟

4.1研究现状

4.2 GPU编程

4.3法向映射及其扰动

4.4渲染

4.4.1反射

4.4.2折射

4.4.3 Fresnel现象

4.5 GPU中的实现

4.6本章小节

第5章总结与展望

5.1本文总结

5.2进一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

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