虚拟城市场景建模方法与技术研究

虚拟城市场景建模是虚拟城市设计的重要内容，它包括地形地物建模，纹理映射以及视觉效果处理等内容。地形建模需要进行模型分解，求解法向量和定义颜色；地物建模需要进行二维三角网剖分，不透明和透明单面构造。纹理映射技术将像片纹理和地形地物融合，用来增强地形地物的显示效果。视觉效果处理主要采用消隐处理，光照显示，浓淡处理与透视显示等技术。层次细节纹理技术可以改进虚拟城市复杂场景绘制速度，但在可视化表现时必须使表现信息量和可视速度之间有一个折中，最好的办法是采用多级LOD，在不同的可视化阶段采用不同的LOD。     

可漫游的虚拟场景建模与实现

虚拟现实是现代仿真技术的一个重要发展方向,在城市规划、环境保护、战场模拟、作战训练中可以很好地辅助决策。构造可漫游的虚拟场景是虚拟现实中最基本的、必不可少的一个环节。论文在简单介绍了构造虚拟场景的一般性步骤后,重点讨论了地形、天空体、地物地貌、自然现象等关键技术及漫游控制与漫游辅助工具的实现等。实践证明,所实现的虚拟场景在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。     

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。     

基于VRML的可视化虚拟场景生成工具的研究

构造和生成VRML虚拟场景的流行工具和国内的研究多保持在用VRML文本编辑器直接书写程序的方式上，研究通过在场景上的图形操作，非编程地生成VRML场景的实现方法，并开发了一个实用系统。该方法不需要用户了解VRML语法，生成过程方便快捷。     

高逼真度红外复杂场景动态实时生成技术研究

红外场景动态实时生成技术是红外成像半实物仿真系统中的一项关键技术,在外部渲染方法基础上,从保证半实物仿真系统的实时性出发,提出了一种不影响红外图像逼真度的红外复杂场景动态实时生成技术来突破仿真模型的逼真度与实时生成相互制约的瓶颈问题,以满足系统的实时性要求。该项技术可直接应用各类红外成像仿真系统中,具有较为重要的应用价值。     

面向虚拟场景生成的Morphing扩充方法

针对基于特征线段的Morphing方法在虚拟场景生成中的缺陷,研究提出了一种扩充方法,称为Morphing 。该方法通过增加图像间的映射关系,使其满足透视性质;增加了由点到特征线中点的距离控制参数,增强对特征线作用大小调节;同时,引入了位置特征线的概念来控制场景中对象可见性的变化,使得特征线的作用更合理,变换更真实。Morphing 克服了以前方法中存在的透视、可见性、特征线岐义、效率低等问题,提高了绘制效率,结果图像更逼真。     

基于关节的虚拟场景建模及仿真方法

针对虚拟现实技术中场景生成及仿真问题提出了一种基于关节的虚拟场景建模及仿真方法。该方法将场景中实体的位置状态及其基元间的连接关系用统一的关节描述,通过建立场景连接图表述场景结构,在场景更新过程中采用关节驱动基元的方式。在此基础上,我们开发了通用的虚拟场景可视化软件平台,测试证明提出的方法可以有效地提高场景建模及仿真处理的效率。     

虚拟展览馆的构建方法

介绍了虚拟展览馆的基本概念，所需的软件及其功能，以及构建虚拟展览馆的各个步骤。针对三峡文化遗产的数字化工作，着重讨论了基于单张殿品图像进行建模的技术。包括基于单张图片的相机校准技术的两种原理以及利用这些原理进行相机校准的各种方法，并给出了校准技术的一个实现算法，接着介绍了在相机校正的基础上进行建模的技术以及这个技术的应用。     

基于视域剔除和图像缓存技术的复杂场景快速绘制方法

结合基于场景图构建的虚拟场景和仿真应用的特点,提出了一种基于视域剔除和图像缓存技术的复杂场景快速绘制方法。此方法能够有效地解决图像缓存算法中,由于未考虑视域不可见剔除,而造成的绘制元素复杂度计算偏差引起图像缓存误判断,从而降低绘制效率的问题。另外,通过对图像缓存有效性的判断,可以简化视域不可见剔除的判断,提高绘制效率。     

基于图象的动态场景绘制技术

传统的基于图象绘制技术研究主要集中于静态场景的绘制,当场景中有流水,钟摆等运动对象时,绘制效果就难以令人满意。近年来,动态场景的绘制已日益成为基于图象绘制的一个新的研究热点。在深入阐述了基于图象绘制技术的基本概念和各类方法的基础上,着重探讨了当前在动态场景绘制技术方面的研究进展以及目前各类动态场景绘制方法中的有待研究的问题和不足之处,并提出了解决这些问题的思路。     

虚拟现实中的基于图像绘制技术综述

基于图像绘制技术为虚拟现实系统提供了更加可靠、真实、快捷的虚拟场景构建方案。虚拟场景的基于图像建模、支持基于图像的场景控制以及基于图像实时动态分布协同工作等技术领域成为了基于图像绘制技术在虚拟现实应用中的三个主要发展方向。按照面向虚拟现实应用流程和系统结构分类,讨论现有的基于图像绘制技术发展状况,分析各技术的原理以及优缺点,最后提出了面向虚拟现实应用的基于图像绘制技术的拓展方向。     

一种简化虚拟海洋环境建模与渲染方法

海洋环境的可视化与虚拟现实是数字海洋研究领域的重要发展方向之一,是开展海洋科学研究与军事训练的有效手段.以vega Prime和Ⅵsual C++.NET为开发平台,对虚拟海洋的建模与环境生成技术进行了深入研究;提出了一种多维描述层形式构建虚拟海洋模型,并介绍了该模型的体系结构;此外,还提出一种动态纹理映射技术取代粒子系统,对漂浮物、泡沫和鱼群等进行模拟,大幅度降低计算量;该系统同时还提供了风成浪的数学模型以及海洋LOD技术研究;实现了在计算机系统中一定范围的虚拟海洋环境的模拟.开发和应用结果表明,该系统实时性好,效果逼真,具有一定的工程意义.     

虚拟环境下变形线性体实时建模算法研究

研究提出一套虚拟环境下线绳和缆索两类变形线性体的几何变形数学建模算法。首先将变形线性体的物理和几何特性,对它们建模的共同之处进行研究,采用微分几何方法在正交直角坐标系下描述其变形,选择样条函数描述线性体的中心线,提出描述扭转变形的一种简单方法,结合广义弹簧理论建立它们的变形能数学模型,应用材料力学理论设计参数,并采用能量极小化方法求解;其次分别针对线绳和缆索的特性修改共性模型,形成各自的建模算法;第三通过仿真模型与实际变形线性体的对比实验验证仿真算法的正确性。实验结果表明,该算法能够正确描绘线绳和缆索变形,并能够满足虚拟环境的实时交互帧频率。     

基于图象建模技术的综述

综述了基于图象的建模技术。并根据环境表示的分类,论述了在各种表示下的采样和建模技术。并给出了建模过程的定义。最终论述了未来建模技术所需要克服的问题。     

智能虚拟环境

智能虚拟环境是虚拟现实和人工智能/人工生命两种技术的结合。本文结合我们现有的研究工作, 对智能虚拟环境这一新的交叉课题的研究进行综述, 并对其中的关键技术问题进行了讨论, 具体内容包括智能虚拟环境系统的结构,具有复杂行为和生命特征的对象构模方法,实时绘制,智能交互,知识表示和推理等, 最后对这项技术的进一步发展进行了展望。     

一种协同渲染环境下的场景管理策略

随着计算机图形学和虚拟现实技术的发展,场景的实时渲染逐步成为计算机图形学中一个令人关注的重要问题,而各种高沉浸感虚拟现实环境的出现使得多场景的协同实时渲染成为必要。因此,为实现多场景的协同实时渲染,提出并实现了一个协同渲染环境,并对其中采用的场景管理技术进行研究,采用八叉树和场景树相结合的方法对场景中的静态和动态实体分别进行管理,以此为基础,实施了场景管理与绘制相分离的策略。实践证明,利用这种场景管理的思想,结合通信机制,能实现多场景间的协同实时渲染,从而验证了这种场景管理思想的有效性。     

基于Z的虚拟加工仿真环境规范技术研究

对虚拟加工仿真环境模型的规范化技术进行了研究,针对虚拟加工仿真环境的快速创建和不同平台之间模型共享需求,分析并提出采用Z语言描述虚拟加工仿真环境中的几何模型、逻辑模型和机构模型的要素定义及形式化表达方案,用于保证模型描述的严谨性和无二义性,通过实例验证了机床模型形式化表迭方案的有效性.规范描述的实现方法选用中性文件,易于理解和实现.     

虚拟战场环境中大尺度矢量数据实时绘制研究

针对虚拟战场环境中大尺度矢量数据表现的不足,提出了一种视点相关的大尺度矢量栅格数据多级实时绘制方法,根据视点距离动态调整矢量栅格纹理透明度,采用两阶段纹理融合处理过程,实现了多级间纹理平滑过渡,提出了矢量栅格纹理缓冲更新方法,根据最近常用算法动态更新纹理缓冲,加速矢量棚格化纹理获取速度.最后实现了虚拟战场环境中大尺度矢量数据的实时绘制,实验结果表明,本文算法能实时绘制大尺度的矢量数据,很好地解决了多级纹理切换时不连续问题.     

树叶真实感实时绘制方法的研究与实现

现实世界中的物体或多或少会有半透明现象,树叶就具有很明显的半透明特性,并且树木的真实感很大程度上决定于树叶的逼真程度,因此对于树叶半透明效果绘制的研究是很有必要的。然而,树木上的叶片数量很大,对其进行具有叶片半透明效果的高度真实感绘制计算复杂度高,很难达到实时。实现了一种基于半透明纹理的叶片半透明效果的绘制方法,通过预计算,并结合基于GPU编程技术,大幅度提高了绘制速度,实现了对具有半透明叶片的树木的真实感实时绘制。此外,通过阴影的绘制进一步提高了真实感效果。

Abstract：

In the real world, objects are translucent more or less. For instance, the tree leaves have translucent properties. Moreover, the visual reality of trees largely depends on the leaves, so it’s significant to study the rendering of the leaves’ translucent effect. However, most trees have large number of leaves, which makes it extremely difficult to realize the real-time rendering of the tree with translucent leaves since its high time complexity. Semi-translucent effect of leaf was realized based on semi-translucent texture. In addition, using pre-computing combined with the programming technology of GPU, the rendering process was greatly speeded up. Finally, realistic real-time rendering of the trees with translucent leaves was realized. Moreover, shadows were rendered which further improved the visual effects.