基于OpenGVS的校园漫游系统的设计与实现

摘要

本学位论文的选题以北京市组织部专项基金项目“基于VR的多维信息演示系统”课题为背景。基于北京工商大学良乡校园环境为虚拟空间，利用OpenGVS驱动开发工具，实现了虚拟校园漫游系统。本文主要取得如下研究成果： (1) 首先回顾了虚拟现实的含义、特征和国内外虚拟场景漫游技术的研究现状，同时提出了本课题需要研究的内容。 (2) 提出了基于OpenGVS的虚拟校园的总体设计目标、框架结构以及系统开发平台，对系统的实现步骤做了详细分析。 (3) 提出了基于MultiGen Creator的虚拟三维场景的建模流程和实施方案，研究了建模的关键技术，并利用良乡校园AutoCAD施工图，快速的构建了虚拟校园三维场景模型，并针对场景模型存在的问题，对系统模型进行了优化，同时给出优化前后性能参数的比较。 (4) 讨论了在OpenGVS右手坐标系下视点的计算，从而实现了手动漫游和自动漫游以及自适应性漫游，从而使漫游者方便、适应性对校园进行浏览。 (5) 研究了拾取技术的三种方法以及碰撞检测方法，并通过使用OpenGVS接口函数，实现了射线拾取功能和基于视线与包围盒碰撞检测功能。 本课题的最大的创新点把基于网页的某些自适应性技术，应用到校园漫游系统，解决了三维虚拟场景漫游的方向迷失感。 本系统的研究首先对虚拟校园的建设具有重要的实际意义。其次，随着基于教学、教务、校园生活的三维可视化虚拟校园呼之欲出，将形成一个完整的虚拟校园体系。最后通过对虚拟校园漫游系统的研究，可以使该技术应用到奥运场馆、博物馆以及古建筑等中，此外还可以用于城市规划、产品设计、自然灾害的预防等领域中的视景仿真系统的开发，可起到巨大的社会和经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

1.2虚拟现实与虚拟校园概述

1.3国内外虚拟场景漫游技术的研究现状

1.3.1国内虚拟场景漫游技术

1.3.2国外虚拟场景漫游技术

1.4本论文研究的目标、内容与组织

1.4.1课题所要达到的目标

1.4.2课题主要研究内容

1.4.3论文的组织安排

第2章虚拟校园漫游系统总体设计

2.1虚拟校园漫游系统设计目标

2.2虚拟校园漫游系统设计的总体框架

2.3虚拟校园漫游系统开发方法的研究

2.3.1虚拟校园漫游系统的实现步骤

2.3.2系统的开发工具

第3章虚拟校园漫游系统模型的建立

3.1虚拟漫游的开发技术

3.1.1基于图形的虚拟漫游技术

3.1.2基于图像的虚拟漫游技术

3.1.3基于图形与图像混合建模的虚拟漫游技术

3.1.4上面三种技术的比较与选择

3.2漫游场景模型总体结构

3.3漫游场景模型的建立

3.3.1建模工具的比较与选择

3.3.2原始数据的收集

3.3.3三维空间数据的加工

3.3.4实验结果

第4章虚拟校园漫游系统的模型优化

4.1模型优化

4.1.1校园漫游系统中出现的问题

4.1.2减少多边形的数量的技术

4.1.3调整模型数据库结构

4.1.4实例技术(Instance)

4.1.5优化后实验结果

第5章虚拟校园漫游驱动系统

5.1驱动开发工具Quantum 3D OpenGVS SDK

5.1.1驱动开发工具OpenGVS的概述

5.1.2OpenGVS中的资源

5.1.3OpenGVS的程序结构

5.1.4OpenGVS坐标系

5.2虚拟校园漫游驱动系统结构

5.3视点的计算

5.3.1视点前后变换

5.3.2视点左右变换

5.3.3视点顺时针与逆时针变换

5.3.4视点俯视变换

5.3.5基于OpenGVS视点变换的实现

5.4虚拟校园漫游系统

5.4.1手动漫游

5.4.2自动漫游

5.4.3适用性漫游

5.5基于OpenGVS虚拟校园驱动系统的实现

第6章虚拟校园漫游碰撞检测和拾取技术

6.1碰撞检测

6.1.1碰撞检测的概述

6.1.2层次包围盒

6.1.3基于视线与包围盒的碰撞检测算法其实现

6.1.4基于OpenGVS的视线与包围盒的碰撞检测实验结果

6.2漫游中的拾取技术概述

6.3拾取操作的几种常见方法

6.3.1基于对象名称的拾取方法

6.3.2基于对象缓冲区的拾取方法

6.3.3基于射线拾取方法

6.4基于OpenGVS射线拾取的算法与实现

6.4.1基于OpenGVS射线拾取算法

6.4.2基于OpenGVS射线拾取的实现

6.4.3基于OpenGVS射线拾取的实验结果

第7章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢