三维水下虚拟仿真系统的设计与研究

论文摘要

虚拟现实技术是由计算机生成的人机交互的三维空间环境构成，它不仅能构建高度逼真的复杂虚拟环境，而且用户还可以和虚拟环境进行互动，增强系统的交互性和沉浸感。随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实技术应用领域从最早的影视娱乐业、航空航天等少数几个领域，不断扩展到更为广泛的领域。本项研究课题是虚拟现实技术在新的应用领域的尝试，它以“数字地球”为指导思想，研究和设计三维海洋系统，实现三维水下的虚拟场景的实时渲染和显示，并提供对虚拟场景的浏览查看功能。本文主要是对水下环境进行分析，对海洋系统进行总体设计，并分析和设计主要模块，对应用到的一些技术并进行详尽介绍，而且分析如何把这些技术应用到海洋虚拟系统中，并对水下环境进行了初步开发。本系统融合虚拟现实技术、三维数据可视化技术、三维GIS技术，面向对象的设计和编程技术，在VC++平台上，利用OpenGL三维图形开发库，对水下地形，地物进行三维几何建模，建立三维模型库。通过读取和处理模型文件数据，实现虚拟场景空间数据的组织和封装操作；本系统需采用显示列表、纹理优先级、细节层级模型（LOD）等渲染技术，利用OpenGL的渲染特性，来实现三维海洋实时逼真的真实感的虚拟场景显示，并提供丰富的人机交互手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和目的
• 1.2 虚拟战场环境仿真的发展
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 课题研究的内容和意义
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 相关技术
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.1.1 虚拟现实的概念
• 2.1.2 虚拟现实的种类
• 2.1.3 虚拟现实与可视化技术
• 2.2 三维坐标系统
• 2.2.1 笛卡尔坐标系统
• 2.2.2 u和v坐标系统
• 2.3 三维空间数据的管理
• 2.3.1 空间数据库管理
• 2.3.2 地形数据的管理
• 2.4 三维图形开发库 OpenGL
• 2.4.1 OpenGL简介
• 2.4.2 OpenGL的主要功能
• 2.4.3 OpenGL基本描述
• 2.4.4 OpenGL渲染流水线
• 2.5 三维 GIS
• 2.6 本章小结
• 第3章 海洋地理信息数据库
• 3.1 海洋地理信息数据库的建立
• 3.2 海洋地理信息数据库的分类
• 3.3 本章小结
• 第4章 实体模型库与场景调度的研究
• 4.1 三维建模技术
• 4.1.1 商业化软件建模
• 4.1.2 三维几何自主建模
• 4.2 虚拟海洋建模
• 4.3 海洋地理信息三维模型库
• 4.4 三维模型库的管理
• 4.5 三维纹理库的管理
• 4.6 场景实时调度管理的研究
• 4.6.1 场景模型的分块调度
• 4.6.2 视域场景的动态调度
• 4.7 数据查询
• 4.8 本章小结
• 第5章 系统的设计与实现
• 5.1 基于OpenGL/C++仿真器的虚拟现实仿真机制
• 5.1.1 VC++6.0中调用OpenGL库
• 5.1.2 OpenGL/C++仿真机制框架的构建
• 5.1.3 与其他虚拟现实仿真机制的比较
• 5.2 系统的模块划分
• 5.3 显示列表设计
• 5.3.1 显示列表的设计准则
• 5.3.2 显示列表的创建和调用
• 5.4 纹理映射的优化设计
• 5.5 LOD技术的应用
• 5.6 系统浏览的设计
• 5.6.1 MyCamera类的实现
• 5.6.2 鹰眼导航的设计
• 5.7 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 参考文献
• 致谢