移动设备上基于图像的图形绘制系统若干关键技术的研究

摘要

在高度真实感的虚拟环境中进行实时漫游一直是图形界的研究热点，其问题的关键之一在于如何有效地表达一个场景，以便在漫游阶段可以高质量地对场景进行实时绘制。传统的漫游系统主要使用比较成熟的几何建模技术，通过手工方法建立场景的三维模型。这种方法需要花费大量的资源在建模上，并且绘制时对显示硬件的要求很高。由于漫游场景是由计算机根据一定的光照模型绘制生成，其色彩层次没有实际的自然场景丰富且带有明显的人工痕迹。近年来提出的基于图像的建模和绘制技术，试图通过场景的全光采样或者参考图像的重投影来实现具有高度真实感的虚拟场景的绘制，目前也已经构建了一些系统。但这些系统都是针对主流计算机的能力而设计的，对于目前发展迅猛的移动设备而言，由于其计算能力弱，存储空间小，在其上实现漫游系统还有很大的难度。但由于其使用方便并且可以随时接入因特网，因此在这些设备上实现实时三维的应用是非常有意义的。本文针对无线网络以及移动设备的特点，对在其上实现实时三维漫游系统所涉及到的几个关键问题做了深入的研究。 第一章主要对在移动设备上实现漫游系统所涉及的几个关键问题(图形绘制技术、网络传输技术和安全技术)做了分析。首先简要介绍了基于图像的图形绘制技术、安全技术以及网络传输技术的基本原理。其次还对目前国内外的研究状况做了概要介绍。最后在分析了国内外研究现状的基础上确立了本文所要研究的相关内容并对论文的总体结构做了阐述。 第二章主要研究移动设备上基于网络的远程绘制系统。首先分析了移动设备以及无线网络的特点，并概要介绍了相关的基于图像的图形绘制技术的基本方法，明确了系统的总体结构和目标。其次对移动设备上实现基于图像的图形绘制算法做了分析，并提出了按需传输、多分辨率绘制的基本算法。最后给出了该系统的实际运行效果。 为了保护无线网络下的数据安全，第三章研究了能够作为鉴别、不可抵赖以及数据完整性等安全服务基础技术的数字签名算法。由于移动设备计算资源有限，传统的基于非对称密码学原理的数字签名算法甚至无法在这些设备上面运行。因此如何在已经广泛成为用户终端的移动设备上保证应用系统的安全性已经成为一个人们热烈关注的话题。在分析了基于公开密钥密码学的基本加密算法后，本文提出了一种基于服务器的数字签名算法，该算法在保证了具有传统数字签名算法安全强度的基础上，把大部分的计算工作都转移到签名服务器上进行，因此在资源有限的移动设备上也能使用安全的数字签名技术。最后还分析了该签名协议的安全强度和运行效率。 第四章研究了场景图像的版权保护问题，数字水印技术是目前图像版权保护领域中使用最为广泛的方法之一。小波域内的水印算法目前已经成为主流，这首先是因为小波分析技术符合人类视觉系统的特性；其次，新一代数字图像压缩标准JPEG2000是以小波变换为基础的，因此在小波域内进行数字水印的嵌入和处理更能与压缩算法紧密结合。文中提出并实现了一种小波域内的健壮水印算法，该算法能够用于图像的版权保护。实验结果也表明该算法是非常有效的。 第五章的主要内容是针对无线网络环境下多媒体数据传输问题的研究，由于无线网络自身的一些特点使得其无法简单移植有线网络中已有的一些具备服务质量保证能力的传输协议。但在基于网络的远程绘制系统中，传输协议的效率和稳定性却是制约整个系统运行性能的关键要素。因此为了保证数据传送的稳定性以及提供可靠的服务质量保证，本章提出了一种新的自适应传输协议，该协议通过探测当前网络的状态以及传输过程中的一些参数，能自动地调整数据流的传送方式和过程，在降低网络带宽使用需求的同时还保证了通讯过程的低时延。实际运行结果也表明该协议是稳定高效的。 最后，在第六章对全文进行了总结，概括了本文的主要工作和创新点，并对进一步的工作方向做了展望。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图、表格

第一章绪论

1.1概述

1.2无线网络下的图形绘制系统

1.2.1基于图像的图形绘制技术

1.2.2网络传输技术

1.2.3安全技术

1.3国外研究现状

1.3.1移动设备上的绘制系统

1.3.2移动设备上的安全解决方案

1.4国内研究现状

1.4.0.3风景旅游模拟系统

1.4.0.4基于图像的实时漫游

1.4.0.5基于图像的虚拟场景实时漫游

1.5论文的工作内容

1.6小结

第二章无线网络下基于图像的图形绘制系统

2.1概述

2.2典型的基于图像的图形绘制系统

2.3网络环境下的虚拟漫游系统

2.4移动设备上的漫游系统

2.4.1移动设备以及无线网络的特点

2.4.2系统整体架构

2.4.3存储子系统

2.4.4传输子系统

2.4.5绘制子系统

2.5实验结果

2.6结论

第三章移动设备上的数字签名技术

3.1介绍

3.2相关工作

3.3基于服务端的签名(ServerBased Signature)

3.3.1背景知识

3.3.2发送者不可抵赖的签名算法

3.3.3接收者不可抵赖的签名算法

3.3.4签名抵赖分析

3.4安全分析

3.5性能分析

3.6试验结果

3.7结论

第四章基于小波的数字水印技术

4.1概述

4.2数字水印基本原理

4.2.1空间和变换域水印算法

4.2.2鲁棒和脆弱水印

4.3版权保护的技术要求

4.4基于小波的数字水印算法

4.4.1小波分析的基本原理

4.4.2水印嵌入过程

4.4.3感知量化

4.4.4水印检测过程

4.4.5检测结果分析

4.5仿真试验

4.5.1不可见性

4.5.2鲁棒性

4.6本章小结

第五章漫游系统的自适应多媒体数据传输协议

5.1概述

5.2无线网络下的服务质量保证

5.3漫游系统中网络传输的特点

5.4自适应传输协议总体架构

5.4.1协议类型

5.4.2设计目标

5.4.3自适应传输协议层次结构

5.5基于会话(Session)的控制结构

5.5.1协议运行过程

5.5.2交互控制及数据传输

5.6自适应传输

5.6.1带宽估计

5.6.2速率调整

5.6.3平滑传输

5.6.4缓存管理

5.7实验及应用

5.7.1仿真实验

5.7.2应用实例

5.8小结

第六章结论与展望

6.1概述

6.2论文主要工作

6.3论文创新点

6.4未来工作展望

参考文献

在学期间的科研工作及发表的论文

致谢