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虚拟现实中三维场景构建的优化研究

作　者: 冯良波
导　师: 罗大庸
学　校: 中南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 虚拟场景 纹理映射 碰撞检测 BSP树
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 301次
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内容摘要


本文主要基于虚拟现实技术来构建虚拟场景并使其得到优化,首先介绍了虚拟场景的概念和关键技术,针对国内外的研究现状和进展,在结合OpenGL技术介绍,共同讨论并研究了虚拟场景的构建以及整个场景的特征。在场景模型建立的基础上,用到了纹理映射、碰撞检测等一系列技术问题。针对复杂场景,需要对绘制时的真实感与实时性进行平衡处理。为了满足用户在建筑物场景中的沉浸感,还要对系统进行优化处理实现可漫游功能。本文在认真分析和总结相关工作的基础上,进行了如下的研究工作：一、建造具有真实感三维虚拟模型是整个建筑物漫游系统的基础。本文利用3DS文件进行建筑物的构建,然后在导入到OpenGL中进行场景的渲染。为了实现视觉的真实感和沉浸感,消除锯齿,采用了区域求和表算法,针对该算法存在的问题,对区域求和表算法进行了改进,有效的减少了锯齿,也提高了模型的显示速度。二、在对场景中的模型进行碰撞检测的过程当中,需要建立每个物体的AABB包围盒。为了提高场景中物体的碰撞检测速度,本文就对包围盒的数据存储结构进行了优化,为场景的模型调度节省了大量的时间。三、通过分析3DS文件的结构,用VC++6.0编程导入OpenGL进行渲染。根据室内建筑虚拟漫游需要较高的实时性和交互性的要求,本文采用了二叉树分割算法(BSP)进行场景管理。并对分割面的合理选择进行了改进。纹理映射反走样技术和碰撞检测的存储优化技术,也使场景的漫游效果更加逼真。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景及应用前景  9-11
    1.1.1 虚拟现实技术  9
    1.1.2 虚拟现实技术与三维场景  9-10
    1.1.3 研究背景  10
    1.1.4 三维虚拟场景的应用前景  10-11
  1.2 国内外的研究现状和发展趋势  11-13
    1.2.1 国内外的研究现状  11-12
    1.2.2 三维虚拟场景的研究进展  12-13
  1.3 论文组织  13-14
第二章 系统实现平台介绍  14-19
  2.1 建模工具比较  14-15
  2.2 OpenGL图形编程基础  15-18
    2.2.1 OpenGL简介  15
    2.2.2 OpenGL的工作原理分析  15-16
    2.2.3 OpenGL绘图机理  16-17
    2.2.4 OpenGL的硬件接口  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第三章 纹理快速反走样改进  19-36
  3.1 三维场景建模原理及技术  19-21
    3.1.1 三维场景建模基本原理  19-20
    3.1.2 几何建模技术  20-21
  3.2 三维模型的显示  21-23
    3.2.1 坐标系统说明  21-22
    3.2.2 三维模型的相机模拟  22-23
  3.3 三维图形的各种变换  23-29
    3.3.1 三维坐标变换  23-26
    3.3.2 投影变换原理  26-29
    3.3.3 裁剪变换  29
  3.4 纹理映射快速反走样技术  29-35
    3.4.1 区域求和表技术原理  30-32
    3.4.2 区域求和表算法改进  32-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章 AABB碰撞检测存储优化  36-45
  4.1 碰撞检测技术分析  36-38
    4.1.1 基于包围球的碰撞检测技术  36-37
    4.1.2 基于AABB包围盒的碰撞检测算法  37
    4.1.3 基于方向包围盒的碰撞检测算法  37-38
  4.2 几种包围盒的比较  38
  4.3 AABB包围盒层次树分析  38-39
    4.3.1 AABB包围盒层次树的构造  38-39
    4.3.2 包围盒层次树的碰撞检测原理  39
  4.4 包围盒层次树的优化  39-44
    4.4.1 包围盒存储容量优化  40-41
    4.4.2 叶子节点的优化  41-44
  4.5 本章小结  44-45
第五章 室内场景优化及漫游  45-56
  5.1 导入场景模型  45-48
    5.1.1 模型文件选取  45-46
    5.1.2 3DS文件的块结构  46-47
    5.1.3 3DS文件的读取  47-48
  5.2 场景优化处理  48-52
    5.2.1 BSP树的算法原理  49-50
    5.2.2 改进的BSP树场景管理  50-52
  5.3 场景的漫游实现  52-55
  5.4 本章小结  55-56
第六章 结论与展望  56-58
  6.1 总结  56-57
  6.2 展望  57-58
参考文献  58-63
附录  63-67
  附录一  63-65
  附录二  65-67
致谢  67-68
攻读学位期间主要的研究成果  68

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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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