大规模核与辐射场景实时交互虚拟漫游关键技术研究

摘要

基于虚拟现实技术的仿真场景人员交互虚拟漫游,因具备多感知性、交互性、沉浸感和自主性等特点,被广泛应用到场景的结构展示、人员培训、产品结构设计验证等领域。而核与辐射场景虚拟漫游系统与其他漫游系统相比,存在如下特点:首先,仿真场景中几何模型结构复杂,导致仿真场景需要实时渲染的数据规模巨大;其次,在人员交互漫游过程中存在第三视角跟踪、仿真场景全局的位置跟踪,导致需要重复渲染。针对上述问题,本文通过仿真场景数据自动分割、仿真场景面片级视锥体裁剪、基于仿真场景任意平面的漫游位置实时跟踪等过程,从多个方面研究提高仿真场景实时交互渲染效率的途径,为大规模核与辐射场景实时交互漫游提供保障。
　　本文的主要内容与创新之处简述如下:
　　(1)在深入分析核与辐射仿真场景结构特征与可见性计算技术的基础上,结合三维空间划分技术,提出了一种基于八叉树视椎体裁剪技术的实时交互渲染方法,解决了大规模核与辐射仿真场景因数据量巨大难以实时交互渲染的问题;另外,为了辅助用户预知行走路径上辐射剂量的分布,并且能够有效避免多角度漫游位置跟踪带来的重复渲染,提出了一种基于图像空间的跟踪地图方法。
　　(2)在上述关键算法研究的基础上,开展了实时交互虚拟漫游系统的总体设计,并按照软件工程标准要求,基于面向对象、跨平台的开源图形渲染引擎OGRE,最终完成了大规模核与辐射场景实时交互虚拟漫游的原型系统的开发。
　　(3)此外,本文将上述算法与原型系统成功应用于国际重大科技合作计划“国际热核聚变实验堆 ITER”的极向场线圈 PF4维修场景的三维展示与虚拟漫游,应用效果表明了该算法与系统具有很好的实时交互性和可靠性。

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第一章 引 言

1.1 研究背景

1.2 国内外相关领域研究现状

1.3 研究目标与意义

1.4 本文的主要内容与结构

第二章 虚拟漫游相关技术

2.1 虚拟场景绘制

2.2 人机交互技术

2.3碰撞检测主要方法

2.4 本章小结

第三章 实时交互渲染方法

3.1 三维仿真场景加速渲染方法

3.2 基于图像空间的跟踪地图

3.3 本章小结

第四章 实时交互虚拟漫游系统的设计与实现

4.1 设计目标与原则

4.2 系统设计

4.3 系统实现

4.4 本章小结

第五章 在国际热核聚变实验堆ITER中的测试与应用

5.1 应用例题描述

5.2 系统功能性测试

5.3 系统实时交互渲染结果与分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新之处

6.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况