面向虚拟环境的场景管理关键技术及其实现研究

研究面向虚拟环境的场景管理关键技术并加以实现。构建了一种能有效描述大规模虚拟环境的场景图和基于该场景图的场景二叉树(SBSP)，以此为基础，实施了场景管理与绘制分离策略。提出一种基于多线程入口的大规模虚拟场景的实时调度方法，该方法由入口根据化身的运动对空间进行实时调度，能避免传统调度方法的复杂的多线程通信。以上述关键技术为核心，利用OpenGL和C 开发了虚拟环境原型InteVRl．0，该系统可实现大规模虚拟环境的场景管理和实时漫游。     

基于流式渐进传输的大规模网络地形实时漫游

针对基于网络大规模三维地形的仿真应用需求,提出一种网络地形流式渐进传输与实时绘制方法,该方法通过提出适用于地形几何特征的整数提升小波变换来构造多分辨率地形四叉树模型,并将地形压缩为渐进比特流,提出了针对流式传输的客户端数据调度与预测算法,并基于视点无关批LOD误差控制实现渐进渲染。实验表明,该方法无层次数据冗余,数据压缩比率高,能够有效降低网络数据传输量,客户端能够适应网络带宽变化,实现大规模网络地形场景的实时交互式漫游。     

一种面向阴雨天气大规模水域交互模拟方法

针对计算机图形学中大规模水域雨场景绘制的难题,提出了一种适合大规模水域雨场景实时绘制的方法.将改进的波动方程引入雨天湖面波动以及雨滴与湖面的交互效果模拟中,结合快速傅里叶变换的风力趋向性以及周期性,建-了雨天水面交互波动的数学模型,根据数学模型构建了雨天水面交互高度图,通过光照渲染,实现了湖面反射效果和雨线绘制.为了提高模拟效率,整个过程在GPU中实现,并采用基于四叉树的多细节层次技术进行加速.在1 440×900的图像分辨率下,帧速达到了98 fps,满足了实时交互模拟的需求.     

沉浸式双通道虚拟博物馆的设计与开发

随着计算机软硬件技术的发展,利用虚拟现实技术进行三维场景的构建、漫游已成为可能.从硬环境和软环境两个方面阐述了徐悲鸿虚拟博物馆的构成;搭建了双通道沉浸式虚拟环境,探讨了基于PC机群的多通道立体交互漫游的若干关键技术问题;以博物馆数字化建设为背景,对徐悲鸿博物馆的建筑物、生前作品及其塑像进行了三维重建,通过佩戴立体眼镜、头盔、数据手套等交互设备实现了整个博物馆内、外场景的三维立体虚拟漫游,足不出户地赏析文物作品.     

一种基于语音交互的虚拟场景漫游系统

将语音技术应用于虚拟环境中,实现了一种基于语音交互的虚拟场景漫游系统,该系统创建了基于语音交互通道,允许用户使用语音命令控制场景漫游,可快速实现自然的人机交互.实验结果表明:该系统方便了人机交互,给用户带来了更加真实的体验.     

大区域地物场景的交互绘制

研究了大区域地理环境中地物场景的数据组织和快速绘制问题.首先,给出了基于层次四叉树组织管理大区域地物场景数据的方法;其次,描述了大区域地物场景交互绘制的流程,并对节点级视锥剔除阶段和遮挡剔除阶段进行了重点介绍.该方法便于集成到已有的实时地形绘制软件中.实验结果表明,在保证场景画面质量的前提下,集成后的系统能在微机上对大区域地理环境进行快速交互显示.     

一种实时连续LOD技术的改进算法

建立多层次细节模型是提高大规模地形场景绘制速度的关键技术。本文在传统的基于四叉树的实时连续LOD生成算法基础上,提出了一种改进算法。该算法首先采用Mortan码的编码方式对地形数据简化,利用不完全四叉树存储简化后的高程数据,然后根据视点位置和网格空间对象误差的关系建立基于不完全四叉树的LOD模型,最后采用背面剔除算法将起伏地形的不可见部分去除。笔者使用该方法描述荆江地区的地形,取得了较好的简化效果。     

视点相关的大规模地形内外存调度算法的研究

针对大规模地形难以一次性导入内存建模,提出了适用于内外存调度的上层四叉树下层二叉树的双层结构.通过对三角形二叉树剖分算法的改进,避免了双层地形之间的裂缝问题;对上层四叉树,通过构建饱和四叉树包围球判断可见,性,减少了三角形冗余;使用循环二维数组结构存储数据缓冲区和视点关注区数据,实现对预加载数据的实时调度,提高了地形绘制的速度.实验表明该方法在大规模地形中,实现了视点漫游场景时平滑无缝地过渡.     

虚拟现实中基于图像绘制虚拟场景技术综述

虚拟环境漫游系统 ,传统上是采用计算机图形学原理建模来绘制虚拟场景。这种方法需要费时费力的建模和昂贵的专用绘制硬件。绘制质量和场景的复杂性常常因为实时要求而受到限制。最近几年 ,基于图像的绘制技术渐渐引起人们的兴趣。与传统的几何绘制技术完全不同 ,它是一种通过实景拍摄获取图像来表示虚拟场景的技术。全面介绍了基于图像绘制虚拟场景的发展历史、现状以及应用前景。深入地论述了所采用的方法和相关问题。     

动态八叉树在复杂场景设计中的应用

主要介绍一种适合管理复杂三维场景的面向对象动态八叉树。方法利用对象间的空间位置关系,将八叉树、AABB树与面向对象概念相结合,构成一种能根据动态场景快速更新的面向对象动态八叉树。该树叶节点是带有AABB层次树的物体对象,场景设计时通过八叉树、AABB树、三角面族这种从宏观到微观的搜索方式快速确定要编辑的对象及其部位,有效避免了对场景中所有物体的遍历,提高了场景设计效率。     

一种解决全球地形绘制抖动问题的方法

抖动问题是大规模虚拟场景经常遇到的一个问题,它会导致场景绘制出现非常严重的错误。全球地形环境是一个典型的大场景系统,因此也会遇到抖动问题。针对全球地形环境中的抖动问题,我们改进目前的动态局部坐标系统反抖动方法,提出一种更合适全球地形环境的新反抖动方法。这种方法使用视点在球面上的投影点代替视点作为动态局部坐标系统的原点,使得地形顶点有更高地精度。经过实验证明,这种方法比以视点为原点的反抖动方法有更好地反抖动效果。     

一种面向交互式虚拟环境的自适应变形方法

研究针对交互式虚拟环境提出了一种自适应变形方法,基于累进网格和层次式聚类,为模型构建一个累进网格二叉树;根据此结构和环境参数,将网格模型划分为若干个子网格分别进行简化,再缝合成一个多细节层次模型作为变形过程的输入。为了简化变形过程,变形约束被标准化为四种变形基元,根据空间映射规则投影到多细节层次模型上,控制变形操作和保持模型属性不变。实验表明该方法能够动态地灵活地构建多细节层次网格模型和调整各种变形约束,并应用在一个交互式虚拟环境即虚拟博物馆浏览系统中,实现实时的变形操作和良好的视觉效果。     

生产物流系统交互性层次仿真方法研究

在交互式仿真对生产物流系统的分析过程中往往需要借助于虚拟现实技术和仿真与可视化的同步计算能力。虽然高分辨率模型能够更加精确的描述实际系统的行为，但是随着仿真模型复杂度的增加，整个仿真系统需要运行在高分辨率的条件下，导致计算机计算负荷增大，计算能力成为瓶颈。在虚拟环境下对生产物流系统进行交互式仿真分析要求仿真和可视化的实时性。基于层次建模和多分辨率仿真技术，提出了一种新的生产物流系统交互式仿真方法，并以汽车生产物流系统为例，开发了原型系统，验证了新方法的有效性。     

新一代的电站仿真技术

回顾了近三十年来电站仿真环境与技术的三个不同发展历程，进而展望了电站仿真环境与技术进一步发展的趋势：基于Web的仿真，分布交互式仿真以及基于Web的分布交互仿真，阐述了这些仿真环境与技术以及虚拟现实技术在基于Web的分布交互仿真中的应用。分析认为：这些技术以及它们的集成，将是开发新一代电站仿真系统的主要技术手段。     

油田安全作业虚拟仿真训练系统研究

利用虚拟现实技术构建油田安全作业虚拟仿真训练系统,提供交互式训练功能。提出了封闭式演示、指南式向导操作和开放式自由操作三种培训模式,给出了油田安全作业虚拟仿真训练系统的开发框架,定义了虚拟人基本动作及其参数化表示,解决了行为定义以及可重用性问题,并对虚拟人的操作手形进行了分类。最后从感知环境、行为控制、运动控制和碰撞检测四个方面分析了场景驱动执行引擎的功能,协调虚拟人和操作物体的交互活动,控制虚拟场景的变化。本系统的应用有效地解决了油田安全作业培训的成本、安全和效果问题。     

融合复杂信息的地理虚拟环境用户界面

地理虚拟环境为地理空间交互式可视化提供了极大便利。与传统VE相比,复杂地理虚拟环境中所要处理的可视化数据在类型、结构和展现形式上有显著不同,对界面设计和交互技术也提出新的挑战。首先针对多维度、异构性的特点,提出抽象信息的显示与交互技术;然后针对大尺度、多比例复杂地理空间的特点,结合桌面环境交互需求,提出融合多种交互隐喻的混合交互技术;最后,介绍基于上述研究成果开发的虚拟矿山原型系统,验证了用户界面的可用性。     

基于VRML-JAVA的可视化装配及其原型系统实现

提出了一种新型的Web环境下3D交互仿真结构。系统采用基于VRML-JAVA的虚拟现实技术,3D模型下载到客户端显示,复杂的运算和仿真在服务器上运行,这种方式可以提高系统的扩展性并降低对客户端软硬件条件的要求。文中对该结构在可视化装配中的应用进行了研究并介绍了其中的关键技术以及原型系统的实现。     

基于CDT空间剖分的虚拟角色全局路径规划

针对大范围复杂虚拟城市环境中虚拟角色的自主导航问题,研究了虚拟城市环境的环境建模以及基于层次道路图的改进A*算法。用自适应剪切平面切割三维地物几何模型,把三维城市空间投影到2D平面空间,利用约束Delauny三角化方法剖分城市自由空间,通过调整约束边的长度调整提取道路图的精度,并构建顾及地形起伏特征的层次道路拓扑图;为适应基于层次道路图的路径搜索,对传统A*算法进行了改进。实验结果表明:该方法可以快速完成虚拟角色在虚拟城市环境中的全局路径规划,且环境建模需求空间小,路径搜索效率高并顾及了地形环境的起伏特征。     

桌面虚拟现实系统中数据手套的应用研究

在人机交互中数据手套的引入,能够充分发挥手在交互过程中的自然性。介绍了数据手套在虚拟环境中进行交互的过程。在变电所培训系统中实现了基于5DT Data Glove 5的人机交互操作,并设计了数据手套校准函数和校准步骤,设计了在VRT场景中用手势进行漫游的程序,利用VRT SDK编制了获取数据手套传感器测量值的程序。上述方法对于其它虚拟系统引入数据手套的设计将具有一定的启发作用。