基于虚拟现实技术的河流水质表示方法研究

摘要

随着计算机软、硬件水平的不断提高,虚拟现实(virtual reality)作为一门新兴的技术正取得越来越广泛的应用.虚拟现实技术提供了以人为核心的人机交互模式,它使用户沉浸于由计算机创建的虚拟场景中,而且为用户提供了完善的交互手段.本文结合国家自然科学基金项目:河流水质调控研究—以淮河安徽段为例,对河流水质数据在虚拟现实环境中的三维实时动态表示方法进行了重点的研究.视景仿真技术和科学计算可视化技术是虚拟现实技术的两个主要应用,本文了将这两个技术有机结合,应用VRML、Java和JavaScript的交互功能,研究河流水质在三维空间上的表示方法.1、本文总结了虚拟现实技术在国内外的研究现状,分析了传统河流水质表示方法存在的不足以及将虚拟现实技术应用于河流水质表示的意义,在此基础上,提出了本文的研究内容.2、本文介绍了视景仿真的原理以及VRML语言规范,结合本文实例介绍了使用VRML语言和其它的造型工具构建河流区域的三维地形场景方法,并构建了某一河流区域三维地形场景.3、本文提出了河流水质的多维信息表示模式,将VRML语言和JavaScript语言相结合,实现了河流水质在三维空间的静态和动态表示方法;研究了通过VRML中的检测器、路由、Script节点的设置,实现Java和VRML场景的交互,从而实现水质数据在三维空间中的查询.本文的研究结果表明:视景仿真技术和科学计算可视化技术的结合可以有效的解决河流水质数据在三维空间的动态表示问题,弥补传统水质表示方法的不足并提高河流水质数据的分析和研究的可视性和交互性.本文最后展望了进一步的工作,解释了利用现有VRML语言实现水质表示的困难和不足,提出了可以利用GeoVRML和X3D技术对本系统不足进行完善.

目录

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2课题研究的目的和意义

1.3国内外研究现状

1.3.1大气环境保护中VR技术研究进展

1.3.2水环境保护中VR技术的研究进展

1.3.3固废管理中VR技术的研究进展

1.3.4环境管理中VR技术的研究进展

1.3.5环境教育中VR技术的研究进展

1.4本文的工作

第二章三维图形表现与虚拟现实

2.1科学可视化与视景仿真

2.1.1科学可视化

2.1.2视景仿真

2.1.3仿真可视化

2.2虚拟现实技术

2.2.1概述

2.2.2历史发展

2.2.3相关技术、构成和分类

2.3三维视景的生成原理

2.3.1视景生成过程

2.3.2视景的内部表示

第三章VRML建模语言

3.1 WWW与VRML

3.2 VRML的功能概述

3.3 VRML的发展历史

3.4 VRML的基本结构

3.4.1 VRML文件头

3.4.2 VRML节点

3.4.3域的说明

3.4.4 VRML的路由

3.4.5 VRML文件中的注释信息

3.5空间坐标

3.5.1空间单位

3.5.2空间坐标系

3.5.3空间定位

3.6造型和外观控制

3.6.1节点简要

3.6.2节点编组

3.6.3外观控制

第四章河流区域地形场景的构造

4.1开发环境

4.2具体实施

4.2.1创建海拔栅格

4.2.2纹理映射(texture mapping)

4.2.3光照效果

4.3人文要素模型构建

4.3.1建筑物的构建

4.3.2植物的模拟

4.4基于VRML的虚拟场景构造工具

4.4.1文本编辑工具

4.4.2可视化编辑工具

4.4.3三维建模工具

4.4.4客户端插件

第五章河流水质数据表示方法

5.1河流水质研究的多维信息

5.1.1河流水质信息的特征

5.1.2河流水质的多维信息表示模式

5.1.3河流水质的多维信息处理环境

5.2河流水质数据的表示方法

5.2.1图表方法

5.2.2三维静态方法

5.2.3三维单层动态方法

5.2.4三维多层动态方法

5.3使用Java程序实现与水质数据的交互

5.3.1设置触动检测器

5.3.2设置script节点

5.3.3设置路由

5.3.4 Java程序对VRML场景的控制方法

5.3.5交互程序和分析

5.3.6 VRML中Java程序的编译环境

第六章结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作的展望

参考文献