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基于OSG的虚拟校园漫游系统研究与实现

作　者: 叶伟
导　师: 陈震
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制工程
关键词: 虚拟现实 虚拟校园 OSG 粒子系统 漫游
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 33次
引　用: 0次
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内容摘要


目前，随着计算机仿真技术的快速发展，虚拟现实技术逐渐被运用在多个领域中，虚拟校园系统的构建就是其中一项重要体现。虚拟校园系统主要具备沉浸感和交互性两个重要的特性。虚拟校园漫游系统的实现可以让人们全方位的了解学校的外貌风光，并可以进一步推动学校的发展壮大。本文通过运用C++结合三维图形渲染引擎OpenSceneGraph(OSG)来实现一个具备多种功能的虚拟校园交互漫游系统，主要工作如下：首先对虚拟现实技术和场景图理论的定义、特性及功能等作了简单介绍，并详细阐述了OSG的概念、组成结构及渲染流程等，同时对本系统作了总体设计，主要是系统各模块的功能以及开发所需要的软硬件平台。其次对虚拟校园可视化系统进行设计与实现，其中包括基于OSG的系统视图窗口的创建、模型加载的方法、天空盒和光照的实现、基于OSG粒子系统的雨雪天气的模拟、雾效的生成以及三维导航图等功能的实现，同时利用osgAudio开源场景图声音库实现了虚拟校园的三维声音效果，这样可以使得虚拟校园漫游系统具有更好的沉浸感。然后对交互功能实现的技术基础进行了介绍，并详细分析了OSG场景漫游原理，研究并实现了视点跟随、场景漫游及路径漫游等人机交互漫游方式，同时运用“线/体”求交的方法来实现视点与校园场景中的模型碰撞检测的效果，从而让用户具有身临其境的感觉。最后对本文作了总结，并进一步拓展了本系统的设计思路。本文实现的虚拟校园漫游系统具有较好的沉浸感、真实性强及实时性好等特点，同时系统界面操作简单，利用鼠标和键盘等交互设备就可以实现虚拟校园场景的漫游。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 虚拟校园的国内外研究现状  9-10
  1.3 本文的研究简介与组织结构  10-12
第二章 虚拟校园系统技术基础及总体设计  12-23
  2.1 虚拟现实技术  12-14
    2.1.1 虚拟现实技术的概念  12
    2.1.2 虚拟现实技术的特征  12-13
    2.1.3 虚拟现实技术的分类  13-14
  2.2 场景图理论  14-16
    2.2.1 场景图的定义  14-15
    2.2.2 场景图的特性  15-16
  2.3 三维图形引擎OpenSceneGraph(OSG)  16-20
    2.3.1 OSG的概述  16-17
    2.3.2 OSG的组成模块  17-19
    2.3.3 OSG的内存管理  19
    2.3.4 OSG的渲染过程  19-20
  2.4 虚拟校园的总体设计  20-22
    2.4.1 虚拟校园系统的主要功能  20-21
    2.4.2 虚拟校园系统的开发平台  21-22
  2.5 本章小结  22-23
第三章 虚拟校园可视化系统开发与三维声音的实现  23-42
  3.1 引言  23
  3.2 基于OSG的虚拟校园场景的构建  23-28
    3.2.1 系统的视图窗口设计  23-25
    3.2.2 场景模型的加载  25-26
    3.2.3 天空的实现  26-27
    3.2.4 光照的实现  27-28
  3.3 自然环境的实现  28-35
    3.3.1 粒子系统的概述  28-29
    3.3.2 基于OSG的粒子系统  29-30
    3.3.3 雨雪效果的实现  30-34
    3.3.4 雾的实现  34-35
  3.4 导航图的实现  35-36
  3.5 虚拟校园中三维声音的实现  36-40
    3.5.1 三维虚拟声音的定义  36-37
    3.5.2 osgAudio概述  37-38
    3.5.3 三维声音效果的实现  38-40
  3.6 本章小结  40-42
第四章 虚拟校园漫游系统交互功能的实现  42-60
  4.1 交互技术基础  42-45
    4.1.1 变换操作  42-44
    4.1.2 OSG中的四元数  44-45
  4.2 交互功能的实现  45-59
    4.2.1 OSG场景漫游原理  46-48
    4.2.2 虚拟校园场景漫游的实现  48-51
    4.2.3 碰撞检测  51-55
    4.2.4 视点跟随漫游的实现  55-57
    4.2.5 路径漫游的实现  57-59
  4.3 本章小结  59-60
第五章 总结与展望  60-62
  5.1 本文总结  60-61
  5.2 进一步工作展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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