基于Quest3D的虚拟场景漫游技术研究

摘要

虚拟场景漫游技术是虚拟现实技术的重要组成部分。虚拟场景漫游技术是指利用高性能的计算机软硬件，产生逼真的“虚拟环境”，使用户获得身临其境般的感官体验。虚拟场景漫游技术广泛应用于:未来城市建设规划预览、产品展示、异地景观欣赏、医学、航空航天等领域，并得到了快速的发展，但大多数漫游系统中缺少虚拟角色和交互功能，这影响了场景的真实感和沉浸感。因此在虚拟场景漫游系统中添加虚拟角色和交互功能非常重要。
　　虚拟场景漫游系统的研究主要分为场景、人物模型搭建，人物动作制作以及漫游系统编写。本文通过查阅国内外文献，研究学习了场景建模、动作控制以及虚拟漫游等相关算法和技术。场景模型和角色模型是对现实世界的模拟，其真实程度直接影响了用户的感官体验。运动控制和交互功能提升了用户的参与度，增强了漫游系统的沉浸感。在研究虚拟场景漫游技术中，本文主要研究和实现了以下内容:
　　(1)以Quest3D软件为虚拟场景漫游开发平台，研究了多边形和曲面建模技术并与纹理映射算法相结合构建了具有真实感的虚拟场景和角色模型;
　　(2)分析了关节动画算法、渐变动画算法和骨骼蒙皮动画算法，利用骨骼蒙皮技术和关键帧技术制作了虚拟角色的交互动作;
　　(3)应用了Quest3D独特的元件编程方法，实现了虚拟角色的动作控制、视角切换以及自动感应喷泉等交互功能;
　　(4)通过系统发布，完成了具有虚拟角色的场景漫游系统。
　　虚拟场景漫游系统的开发和实现让用户欣赏了虚拟场景中宏伟的建筑和美丽的自然风光，同时虚拟角色的引入更提升了用户的参与度，增强了虚拟漫游系统的真实感和沉浸感。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 实现虚拟场景漫游的软件平台

1．4．1 虚拟场景建模平台

1．4．2 虚拟场景漫游实现平台

1．5 文章结构

2 场景建模中的优化技术

2．1 纹理与纹理映射综述

2．2 纹理分类

2．3 纹理映射

2．3．1 纹理映射算法

2．3．2 两步纹理映射法

2．4 反走样技术研究

2．4．1 纹理走样原因

2．4．2 纹理走样处理方法

2．4．3 反走样技术

3 骨骼模型与三维动画技术

3．1 三维动画算法概述

3．2 虚拟角色骨骼模型

3．3 四元数

3．4 基于运动学动作控制算法

3．4．1 正向运动学

3．4．2 逆向运动学

4 基于粒子系统的喷泉模拟

4．1 喷泉粒子系统

4．2 风场模拟

4．3 粒子的速度和位置

4．4 喷泉粒子的消亡

5 基于Quest3D的虚拟场景漫游系统的实现

5．1 漫游系统开发流程

5．2 漫游系统交互功能实现

5．2．1 视角切换功能

5．2．2 角色动作控制功能实现

5．2．3 自动感应喷泉功能

5．3 漫游系统发布

6 总结与展望

6．1 论文的主要工作

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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