多物体运动路径生成算法研究

摘要

虚拟现实技术在工业生产以及社会生活中的应用日趋广泛.随着虚拟场景的复杂度不断提升,多物体空间运动成为大多数虚拟现实系统需要解决的关键问题.通过对现有路径生成算法进行研究,本文重点研究了多种路径生成算法的原理和应用条件,提出一种基于物体物理和运动属性的多样化路径生成方法.对物体运动路径生成算法的研究,不仅为虚拟现实引擎提供了支撑技术,同时也为增强虚拟现实环境真实感提供了有效保证.研究内容主要包括以下几个方面: 1)基于物理属性的多样化路径模拟生成算法:样条曲线可以通过修改端点和端点向量对曲线形状进行修改,利用样条曲线作为运动模拟的路径曲线,可以获得较好的插值效果.本文研究了在生成物体运动路径时加入物理和运动属性参数作为曲线生成参数的方法,研究了物体在二维,三维空间及多个指定插值点等情况下的路径生成算法. 2)多物体空间运动碰撞检测算法:碰撞检测算法是虚拟现实系统中重要的组成部分,本文在用于物体空间运动的碰撞检测算法中,通过对地形数据和模型数据进行预处理,构造适合于空间多物体运动的高程二维数组.在此基础上进行两个阶段的碰撞检测,为物体运动路径生成提供有效高度数据,加速多运动物体间碰撞检测过程. 3)适用于多物体空间运动模拟引擎技术:在介绍多物体空间运动模拟相关的引擎技术基础上,对引擎系统设计、分布式和并行接口等进行了论述.其中,分布式接口主要处理场景信息的发送和控制信息的传输等关键技术,而并行接口主要处理并行任务划分层次和负载平衡等关键技术.通过对相关工作进行总结,设计了一种适用于多物体空间运动模拟的渲染引擎,并给出应用的实例.

目录

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致谢

第一章绪论

1.1虚拟现实技术

1.1.1虚拟现实的简介

1.1.2虚拟现实的关键技术

1.1.3虚拟现实的应用领域

1.2复杂场景绘制技术

1.2.1复杂场景绘制技术简介

1.2.2复杂场景绘制中的关键问题

1.2.3复杂场景绘制的研究现状

1.3模型控制引擎技术

1.3.1简介

1.3.2关键问题

1.3.3研究现状

1.4本章小结和全文结构介绍

第二章多物体空间运动

2.1多物体空间运动

2.1.1简介

2.1.2存在的问题和挑战

2.2常见的解决方案

2.2.1基于网格的运动路径生成

2.2.2基于关键点的折线路径生成

2.2.3基于关键点的样条曲线路径生成

2.3各种实现方案的比较

2.3.1应用领域

2.3.2时空开销

2.3.3实现效果比较

2.4本章小结

第三章路径多样化模拟

3.1问题分析

3.1.1为什么需要多样化运动路径模拟

3.1.2物体运动多样化面临的问题

3.2基于样条曲线的路径生成

3.2.1算法原理

3.2.2算法分析

3.2.3实现途径

3.3二维物体运动路径生成技术

3.3.1相关的系统环境设定

3.3.2两个指定点物体运动

3.3.3实现结果显示

3.4三维物体运动路径生成技术

3.4.1两个指定点运动实现

3.4.2多个指定点运动实现

3.4.3实现结果显示

3.5本章小结

第四章物体运动碰撞检测

4.1运动中的碰撞检测

4.1.1碰撞检测简介

4.1.2常用的碰撞检测方法

4.1.3碰撞检测方法的应用

4.2碰撞检测的模型预处理

4.2.1地形数据的预处理

4.2.2特殊情况的预处理

4.2.3模型的预处理

4.3多物体空间运动碰撞检测

4.3.1多物体空间运动碰撞检测设计

4.3.2多物体空间运动碰撞检测实现

4.4本章小结

第五章多物体空间运动应用

5.1控制引擎设计

5.1.1场景控制

5.1.2运动控制相关

5.1.3运动碰撞检测

5.2分布式和并行化接口

5.2.1分布式接口

5.2.2计算并行化接口

5.2.3特殊显示装置接口

5.3空间运动系统设计

5.3.1需求背景以及相关指标

5.3.2软硬件开发环境

5.3.3系统结构设计说明

5.4系统应用实例

5.4.1多物体空间运动

5.4.2人员疏散仿真

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1研究内容总结

6.2研究内容展望

硕士期间发表论文、获得成果和奖励及参与的科研项目和软件著作权登记

参考文献