資源描述：
《談幾何建模技術(shù)在虛擬校園漫游系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用 》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、談幾何建模技術(shù)在虛擬校園漫游系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用 論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬校園漫游幾何建模場景優(yōu)化人機(jī)交互技術(shù) 論文摘要：虛擬漫游系統(tǒng)的開發(fā)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用。以華北電力大學(xué)保定二校區(qū)為虛擬仿真環(huán)境，使用3DMAX建模工具對校園中的各種模型進(jìn)行建模，使用多種基于幾何建模的場景優(yōu)化措施，并基于GoogleEaCh衛(wèi)星截圖進(jìn)行場景的精確布局設(shè)計(jì)。結(jié)合Virtools虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了虛擬校園漫游系統(tǒng)的開發(fā)流程，并在微機(jī)平臺上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)場景復(fù)雜的校園實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。該校園漫游系統(tǒng)不但為用戶提供了友好的e是這類
2、漫游系統(tǒng)的代表?！ 』诙噙呅蔚膶?shí)時(shí)漫游系統(tǒng)也稱為基于幾何渲染的漫游系統(tǒng)。這類漫游系統(tǒng)一般具有很好的交互性，既可以在導(dǎo)航器的指導(dǎo)下漫游，也可以根據(jù)用戶的意愿自由漫游。但是一個(gè)高逼真的基于多邊形的虛擬校園漫游場景通常包含上千萬甚至更多的多邊形，大規(guī)模虛擬校園場景復(fù)雜度的增加勢必影響場景繪制的實(shí)時(shí)性?！ 』旌下蜗到y(tǒng)既使用圖像也使用多邊形來參與繪制，試圖融合前兩者的優(yōu)點(diǎn)，但是目前該技術(shù)不是很成熟，基于圖像的漫游系統(tǒng)固有的缺陷仍然存在。因此，本系統(tǒng)選擇采用基于多邊形建模的方法構(gòu)建虛擬校園漫游系統(tǒng)?！ ?基于多邊形的虛擬漫游
3、關(guān)鍵技術(shù) 目前從技術(shù)角度來說，建筑物虛擬漫游的最大難點(diǎn)在于建模和實(shí)時(shí)繪制。雖然隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)的處理能力有了極大提升，甚至已經(jīng)超過了以往專業(yè)圖形工作站的水平。尤其是CPU和GPU(graphicsprocessingunits)的迅猛發(fā)展，使得在微機(jī)上開發(fā)虛擬漫游系統(tǒng)具備了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是由于室外建筑漫游所看到的景象距人們很近，因此需要繪制得非常逼真并且建模時(shí)需要構(gòu)造得非常精細(xì)，這往往消耗計(jì)算機(jī)大量的時(shí)間和空間資源。同樣，對于構(gòu)造出來的如此復(fù)雜的模型，在對其進(jìn)行繪制時(shí)，由于GPU性能的制約也往往
4、很難達(dá)到實(shí)時(shí)效果。因此，圍繞解決大規(guī)模室內(nèi)外漫游場景繪制的質(zhì)量與實(shí)時(shí)性的矛盾也就必然成為開發(fā)虛擬漫游系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于多邊形的校園室外漫游，需要考慮使用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：可見性裁減技術(shù)，LOD(1evelofdetail)技術(shù)?！ ?．1可見性裁減技術(shù) 可見性裁減處理從某個(gè)視點(diǎn)來說場景中可見部分的確定問題，即只將潛在的可見部分送入繪制管道，從而提高場景實(shí)時(shí)繪制的性能。如圖1所示，根據(jù)場景中不可見面片的種類，可以將可見性裁減分為視見體裁減和遮擋剔除。視見體裁減主要裁減位于視見體外部的多邊形
5、，簡單場景的視見體裁減可以基于OpenGL等圖形繪制軟件包在基本圖元一級進(jìn)行裁減，而對復(fù)雜場景的視見體裁減一般根據(jù)預(yù)處理階段構(gòu)造的層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對場景空間數(shù)據(jù)進(jìn)行合理組織，可以在場景對象一級進(jìn)行裁減，因此使用CPU進(jìn)行視見體裁減的時(shí)間開銷更低。遮擋剔除是對于當(dāng)前視點(diǎn)剔除掉位于視見體內(nèi)且被其前面的遮擋物(Occluder)遮擋住的對象。另外，可以將裁減那些背向視點(diǎn)的多邊形的背面裁減理解為一種最簡單的遮擋剔除。綜合國內(nèi)外在這方面的研究情況，可見性裁減算法主要分為預(yù)處理與實(shí)時(shí)處理，保守型與近似型，點(diǎn)與區(qū)域型，圖像空間與物體空
6、間，還有單獨(dú)遮擋物與遮擋物融合5種類型。 1．2LOD技術(shù) LOD繪制技術(shù)是指對網(wǎng)格面片表示的模型，在一定誤差的精度范圍內(nèi)，根據(jù)視點(diǎn)與物體的距離或物體的重要性等因素決定刪除點(diǎn)、邊、面，從而簡化所繪制場景的復(fù)雜度，加快圖形的繪制速度。因此這里采用LOD技術(shù)充分利用了人眼的視覺特性，在模型的精細(xì)程度與繪制的速度方面取一個(gè)折衷，既要保證一定的繪制質(zhì)量，以滿足良好的視覺效果，又不造成用戶漫游的不適感。地形這一特殊的復(fù)雜模型一般采用多分辨率建模技術(shù)繪制。所謂多分辯繪制算法可以認(rèn)為是LOD技術(shù)的延伸，即算法實(shí)時(shí)地根據(jù)視點(diǎn)
7、的變化而簡化地形繪制的一種方法。由于校園地形較為平坦，地貌特征并不復(fù)雜?；谝陨锨闆r，如圖2所示，本系統(tǒng)參照衛(wèi)星地圖構(gòu)建了華北電力大學(xué)保定二校區(qū)地形的平面模型，用它來替代地形模型?！ ?虛擬漫游系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)與開發(fā) 在虛擬校園漫游系統(tǒng)開發(fā)過程中，對現(xiàn)有的建筑及其它場景采用實(shí)地拍攝，實(shí)地觀察，使用幾何建模的方法來進(jìn)行場景搭建。工作流程如圖3所示?！ ?．1Virtools開發(fā)工具 本系統(tǒng)構(gòu)建使用的V~tools是一套集創(chuàng)作應(yīng)用程序、交互引擎和渲染引擎和發(fā)布模塊于一身的3D虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了提供給用戶
8、方便易用的拖拉模塊式構(gòu)建方法，還為程序員提供了編程SDK、腳本編程語言以及對圖形編程語言ceTx的支持，以便于程序員開發(fā)更適合實(shí)際需求的高效解決方案?！ ?．2三維虛擬場景數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與優(yōu)化 逼真的三維場景模型是構(gòu)建高逼真虛擬漫游系統(tǒng)的關(guān)鍵，本系統(tǒng)的場景構(gòu)造主要按照實(shí)地考察結(jié)果進(jìn)行。建模同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)場景細(xì)節(jié)表現(xiàn)與圖形負(fù)荷之間的高效平衡。為了使
