复杂虚拟场景构造及交互漫游实现研究

针对数字化博物馆和数字化校园中虚拟漫游的需要，根据虚拟现实中复杂虚拟场景漫游的特点，探讨了复杂虚拟场景构建及进行多通道交互漫游的若干技术问题。结合数字化博物馆及校园虚拟漫游系统的实践，给出了虚拟场景的构造过程，并通过立体显示等多通道交互技术实现了复杂场景的虚拟漫游。     

从VRML到MultiGen/Vega的造型转换与简化─澳门大学虚拟漫游系统实践

复杂场景的虚拟漫游一直是虚拟现实和图形学领域一个非常重要的课题,它在城市规划、文化传播、旅游工业等领域有着极为广泛的应用前景。本文在原有系统的基础上,将VRML语言构造的整个澳门大学虚拟场景转换成MultiGen格式, 并且在Vega上实现了对整个场景的实时漫游。与原有VRML语言所实现的虚拟场景相比较,新系统使得虚拟漫游更加灵活方便,且速度具有显著的提高。本文将论述格式转换中的若干技术问题。     

船舶机舱虚拟现实仿真系统的实现方法

详细介绍了运用MultiGen Creator和Vega等软件实现具有VR特征的船舶机舱虚拟现实仿真系统的方法,其中主要有：利用Creator进行三维建模过程中的场景数据库层次结构技术、实例化技术、外部引用技术、纹理映射技术和实时视景生成技术等;利用Vega实现船舶虚拟机舱的自动漫游和手动漫游方法以及漫游过程中的碰撞检测技术等;首次实现了与船舶轮机模拟器之间通信,实现虚拟机舱与轮机模拟器之间的相互操作,保持虚拟场景中虚拟仪表、虚拟指示灯等部件的状态与船舶轮机模拟器相应部件的状态一致。开发出的船舶机舱虚拟现实仿真系统,建立了逼真的船舶机舱虚拟场景,实现了人在虚拟机舱环境中的漫游,可以对虚拟场景中主要运动部件的驱动,是对现有船舶轮机仿真器有益的补充,有利于提高轮机员培训的教学质量。     

虚拟场景漫游系统的体系结构分析

虚拟场景技术是虚拟现实系统的重要组成部分，它负责解决虚拟现实中“视”的问题，是对系统沉浸感影响最大的一个模块。对虚拟场景技术的应用作了简单的介绍，阐述了其特点及与一般三维动画的区别，分析了其重要性。对虚拟场景漫游系统的一般结构进行了分析和描述，并从系统学的观点出发，解释了虚拟场景漫游系统构建过程中其组成模块之间的关系，同时，介绍了系统中地形匹配、线性交会检测、漫游控制及鼠标拾取等关键技术及其实现方法。     

虚拟综采工作面场景建模研究

虚拟场景建模是虚拟现实技术中的关键技术之一,虚拟综采工作面场景复杂,模型众多,建模工程巨大。在简化模型的基础上,使用实例技术、单元分割和雾化技术建立几何建模,并进一步举例说明物理建模和运动建模的过程。在虚拟场景开发中利用面向对象编程语言VisualC 6.0及三维图形标准库OpenGL,构造了各种模型,最终建立了虚拟综采工作面系统,实现了场景漫游和交互的功能。     

自行车仿真健身器的设计与实现

基于虚拟现实技术设计了一个健身车仿真器VR-BWS并加以实现，该系统以健身车作为人机交互的工具，综合运用了传感器技术、DSP控制技术、三维建模技术和碰撞检测技术，并通过立体显示等多通道交互技术实现了人在虚拟环境中的漫游，参与者在由计算机构造的虚拟场景中获得了如同在真实环境中骑车的体验。     

虚拟场景中自动漫游路径的多分辨率规划

在三维虚拟场景中，为了避免自动生成的漫游路径所引起的视觉抖动和场景跳变现象，增强漫游的真实感，提出了一种基于样条小波的多分辨率漫游路径生成方法，详细叙述了根据自动漫游过程中通道宽度的变化采用不同的分辨率来构造漫游路径的原理和具体实现。最后，给出了一个在船舶设计三维虚拟环境中漫游的实例，进一步说明该方法能够获得更加流畅的漫游路径，使漫游中的场景变化更加连续平滑。     

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.     

一个基于XML的虚拟博物馆场景描述语言

博物馆的虚拟展示对博物馆在教育和科普方面都具有重要意义,但目前大多数虚拟现实技术在实现一个低成本的,桌面型的,面向网络的三维虚拟博物馆系统时都有着不同程度的不足。本文针对虚拟博物馆的特点及需求,给出一个基于XML的适于描述虚拟博物馆场景的场景描述语言XVM。XVM根据展示环境与藏品模型分离的设计原则,有效地利用了馆藏资源的各种数字信息,并在一定程度上降低了网络传输量。在XVM的基础上,一套虚拟博物馆构建及漫游系统已被初步实现,并在实际应用中取得良好的效果。     

虚拟场景下高拱坝施工仿真建模理论与应用

针对高拱坝施工过程的复杂性,提出把虚拟现实技术应用到施工仿真建模中,开发了虚拟场景下的高拱坝施工仿真系统.对系统进行了详细介绍,主要包括:系统实现功能以及开发流程,虚拟场景建模方法和系统实现所采用的一些关键技术如纹理映射技术、碰撞检测技术、场景漫游技术、三维模型拾取与反馈技术等.开发出的系统结合工程实例进行了应用,为此工程的施工组织设计和辅助决策提供了科学有效的手段.     

基于虚拟现实的综采工作面仿真系统研究

虚拟现实技术是现代仿真技术的一个重要发展方向,已经开始应用到矿业领域。应用虚拟现实技术,结合OpenGL和Visual C 6.0,建立了综采工作面仿真系统。系统设计数据输入、场景建模、场景漫游、交互控制和工艺仿真五个功能模块,分别以液压支架和采煤机为例分析了行为建模和交互控制实现过程。系统具有场景漫游和设备操作等交互功能,并可模拟综采工作面生产工艺过程,系统的实现为整个矿井的模拟提供了可行的思路和方法。     

虚拟现实与城市规划

讨论了虚拟现实技术在城市规划中的应用 ,并结合实际开发经验 ,对虚拟环境下用户界面设计、视景建模、实时渲染、交互式漫游、音效等有关技术进行了探讨。     

虚拟现实技术在鼻腔镜手术仿真训练系统中的应用研究

讨论了虚拟现实技术在鼻腔镜手术仿真训练中的应用,结合研制开发的具体实用系统,对系统设计、三维重建、实时力反馈、交互漫游、仿真操作等相关技术进行探讨。为把虚拟现实技术拓展到其他医学手术仿真领域提供了技术依据。     

虚拟现实在坦克机动性虚拟试验中的应用技术研究

长久以来坦克的实地试验耗费人力物力巨大,虚拟试验的引入解决了这个问题。主要研究了虚拟环境中军用车辆特别是坦克机动性虚拟试验时动力学模型的建立,建立了虚拟环境下坦克的实时动力学模型,并且描述了整个虚拟试验视景仿真系统的组成及其实现过程,通过对模型的实际检验说明坦克机动性虚拟试验可以很好的模拟坦克的实地机动性试验。     

虚拟场景展示系统研究

基于软件平台MultiGen Creator和Vega，开发出了集漫游、设计与一体的虚拟场景展示系统。文中分析了该系统实现的整体结构及开发过程，论述了仿真模型的获得、纹理的处理、模型的转换和简化等技术的实现，以及Vega中有关自由度控制、碰撞检测、输入控制、文字声音提示信息、地图提示功能、物体的拾取等编程设计。结果表明，开发的虚拟场景展示系统，可广泛用于建筑布局规划、房地产效果展示等领域，具有良好的市场前景。     

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。     

基于HLA和VR的防空导弹作战仿真系统研究

应用分布交互式仿真高层体系结构(HLA)和虚拟现实技术,结合防空导弹武器系统仿真背景,研究开发了基于HLA的分布交互式防空导弹武器作战仿真系统,并对开发过程中的关键技术:三维实体建模、三维实体模型在虚拟场景中的集成、驱动和显示、HLA联邦的开发、联邦成员的实现进行了研究。     

交互式宇航员太空行走仿真系统的研究与开发

以载人机动装置(MMU)的设计与开发为背景,基于PowerWall虚拟现实硬件平台,运用了虚拟现实技术(VR),为带上肢干扰的宇航员舱外太空行走活动的模拟,开发了一个进行预测、训练的虚拟样机仿真实验环境。该交互式仿真系统包括四个模块,即输入模块、MMU控制仿真模块、虚拟场景管理模块和输出模块。文中详细叙述了系统的设计、构成及关键技术。     

基于水动力模型的船舶航态的模拟仿真

根据船舶运动动态平衡原理,采用源汇法建立了在不同浪向下船舶横向运动的不动力模型,根据给定的船舶参数,用STF切片法计算了船体的水动力系数和波浪扰动力（矩）,并存入数据库。提出了采用四阶龙格－库塔法求解船舶运动水动力模型的线性微分方程组,以获得船舶随时间变化的各自由度运动幅值。提出并采用了与以往不同的三维模拟仿真方法－虚拟现实技术,创建了天空和海面波浪等三维虚拟场景,实现了具有真实感的、随时间变化的三维船舶航态（横摇、摇艏、横荡）在该场景中的实时动态仿真,取得了良好的效果。     

基于立体场景的人控交会对接仿真研究

传统的人控交会对接主要通过观察摄像机产生的十字靶标图像来完成,容易造成人的视觉误差,从而导致手动对接失败。结合图形学理论和虚拟现实技术构建的人控交会对接仿真系统为航天员实时提供逼真的虚拟立体场景,通过各种任务想定对航天员进行飞行任务训练。在实验过程中,航天员通过立体眼镜观察虚拟场景中飞行器的飞行状态,同时操作控制手柄改变飞行器的位置和姿态进行手动对接训练。通过不同的对接实验参数设置,航天员可以反复进行不同条件下的对接训练,而不需要执行空间飞行任务。实验结果表明基于立体场景的人控交会对接训练有较高的成功率。