基于虚拟现实技术的远程监测界面及其应用研究

摘要

随着信息技术的发展，远程监控系统越来越引起人们的关注，在工业控制领域，针对远程监控系统的研究也正如火如荼地展开着。而随着工业自动化程度的提高，人们对远程监控系统也提出了更高的要求，传统二维或伪三维的远程监控界面已经不能满足人们的监控需求，基于虚拟现实的监控界面正逐渐成为现代远程监控界面的发展趋势。对此，本文探索了构建远程监测虚拟界面所需的理论技术基础和实现过程，进而设计了针对汽轮机平台的基于浏览器的远程监测虚拟界面，提出并实现了混合包围盒碰撞检测算法。该界面打破了以往虚拟现实门槛高的现状，能在普通网络带宽环境下利用鼠标和普通计算机配置实现虚拟现实技术在远程监测领域的应用。 本文的主要研究工作如下： 1、研究了针对网络虚拟现实的三维建模技术，在3DSmax7.0中采用放样、布尔运算、面片建模、粒子建模等技术构建了包括蒸汽和可视化仪表的汽轮机实验平台的模型。 2、在对多种虚拟现实软件进行研究的基础上选用了Cult3D作为开发工具实现了虚拟界面中漫游、启动、停止等基本动作。 3、采用Java技术编译了虚拟场景中误操作提示、碰撞等复杂交互动作，并实现了远程虚拟界面中数据的实时显示，构建了基于浏览器的虚拟监测界面。 4、提出并实现了混合包围盒碰撞检测算法，首先利用AABB包围盒快速检测是否相交，然后对可能相交的对象采用OBB包围盒进行精确碰撞检测。该算法结合了AABB包围盒算法简单和OBB包围盒紧密性好的优点，经实验测试碰撞检测速度比采用AABB包围盒算法和OBB包围盒算法分别提高了60％和46％。 目前，本文设计的汽轮机实验平台的远程监测虚拟界面在上海电气中央研究院网络视频监控系统中进行了初步尝试，利用Itnternet实现了对异地多个对象的集中监测，运行效果良好，充分验证了本系统的先进性、可行性和有效性，是虚拟现实技术在远程监控领域应用的一次有效探索。

目录

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声明

第一章绪论

1.1 远程监控系统及其界面的研究现状

1.1.1 远程监控系统

1.1.2 远程监控界面的研究现状

1.2 虚拟现实技术及其在远程监控界面领域的应用现状

1.2.1 虚拟现实技术

1.2.2 虚拟现实技术在远程监控界面领域的应用

1.3 课题来源及应用前景

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题研究意义及应用前景

1.4 本文主要内容和结构安排

第二章基于虚拟现实技术的远程监测界面的相关理论和技术基础

2.1 虚拟现实三维建模技术

2.1.1 虚拟现实建模方法

2.1.2 真实感图形的生成与绘制

2.2 虚拟软件的选择

2.2.1 选择标准

2.2.2 主流VR技术介绍和比较

2.3 Cult3D技术

2.4 基于Web的虚拟人机界面网络化关键技术

2.4.1 B/S架构

2.4.2 ASP.NET

2.5 本章小结

第三章 基于汽轮机实验平台的远程监测虚拟界面研究与设计

3.1 汽轮机实验平台

3.2 汽轮机实验平台的三维模型建立

3.2.1 实验平台模型的建立

3.2.2 蒸汽模型的建立

3.2.3 可视化电流电压仪表模型的建立

3.3 基于汽轮机实验平台的远程监测虚拟界面的设计

3.3.1 漫游功能的实现

3.3.2 交互动作的实现

3.3.3 利用JavaScript实现误操作提示功能

3.3.4 利用Java实现数据交互

3.4 本章小结

第四章基于包围盒的碰撞检测算法研究与改进

4.1 主流包围盒碰撞检测算法的研究分析

4.4.1 沿坐标的包围盒AABB碰撞检测算法

4.4.2 包围球碰撞检测算法

4.4.3 方向包围盒OBB碰撞检测算法

4.4.4 固定方向凸包的包围盒FDH碰撞检测算法

4.2 混合包围盒碰撞检测算法

4.2.1 混合包围盒碰撞检测算法流程

4.2.2 混合包围盒碰撞检测算法实现

4.3 本章小结

第五章 中央研究院网络视频监控系统开发及运行

5.1 系统构架

5.2 摄像机远程控制

5.3 虚拟监测界面网络发布

5.4 实际运行界面

5.5 本章小结

第六章结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致谢