基于OGRE的SCVR系统的设计与实现

论文摘要

随着经济增长以及信息技术的迅猛发展,以高科技为代表的计算机技术正成为21世纪最重要的基础设施之一。90年代以来,图形、图像技术的发展与商业化应用已成为IT产业进步的枢纽。为了实现海量虚拟场景数据的高效渲染,我们研制了这款“神州视景虚拟现实(SCVR)"系统,从而为方便高效地进一步开发更多虚拟现实商业产品提供了平台支持。本论文的工作依托于北京神州视景信息技术有限公司数字化旅游教学项目,为了解决虚拟现实仿真平台需要具备的高效性,健壮性,可扩展性等特点,本文借鉴成熟的图形渲染引擎OGRE的框架并对其进行简化,针对虚拟现实仿真平台的要求进行定制化设计。从而提供虚拟现实仿真应用的引擎支持。本文首先比照3D游戏引擎的基本架构,重点研究了引擎中用到的经典碰撞检测方法。在OGRE 3D图形引擎的基础上,构建了一个BSP场景管理策略下的基于AABB的碰撞检测模块。随后,围绕SCVR系统的核心渲染子系统,本文结合几何实体(Geometry Instancing),渲染到顶点缓存(Render to Vertex Buffer),置换贴图(Displacement Mapping),通用图形处理器(GPGPU)以及多执行绪(OpenMP)等多种技术,对渲染引擎进行了实现,有效解决了大规模虚拟现实仿真的渲染瓶颈。论文最后,简单介绍了系统的使用情况,展示了公司对于SCVR系统的商业应用和基于其开发的成功案例。本论文的研究对于北京神州视景信息技术有限公司数字化旅游教学项目的研究和开展具有积极的实践意义。开发实现的3D图形渲染引擎,为以后进一步研究和设计大型图形引擎奠定了基础。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 虚拟现实技术综述
• 1.2.1 虚拟现实概论
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 本论文所做工作
• 1.4 本论文结构安排
• 2 VR系统与OGRE技术
• 2.1 VR系统体系结构
• 2.2 VR系统各功能模块简介
• 2.2.1 数学模块
• 2.2.2 物理系统模块
• 2.2.3 渲染模块
• 2.2.4 动画和人工智能模块
• 2.3 OGRE简介
• 2.3.1 OGRE特点
• 2.3.2 OGRE主要模块简介
• 2.3.3 获取OGRE
• 2.3.4 OGRE的支持环境
• 2.3.5 编译OGRE
• 2.4 本章小结
• 3 SCVR引擎系统的整体架构
• 3.1 引擎平台需求分析
• 3.1.1 游戏引擎分析
• 3.1.2 大型仿真平台需求分析
• 3.2 SCVR系统技术架构
• 3.2.1 DirectX技术
• 3.2.2 CEGUI
• 3.3 SCVR系统设计架构
• 3.3.1 SCVR功能子系统
• 3.3.2 SCVR详细架构设计
• 3.4 本章小结
• 4 SCVR场景管理中的碰撞检测
• 4.1 碰撞检测相关理论
• 4.1.1 基于物体空间结构的碰撞检测算法
• 4.1.2 碰撞检测算法的一般框架
• 4.1.3 基本几何元素的相交测试
• 4.1.4 基于AABB层次包围盒的碰撞检测算法
• 4.2 碰撞检测系统实现
• 4.2.1 场景管理策略BSP简介
• 4.2.2 PVS（Potentially Visible Set）潜在可视性集合
• 4.2.3 碰撞检测模块需求分析
• 4.2.4 碰撞检测模块中的数据结构
• 4.2.5 粒子碰撞检测模型
• 4.2.6 基于AABB的碰撞检测模型
• 4.3 本章小结
• 5 SCVR引擎核心渲染系统
• 5.1 SCVR引擎渲染机制
• 5.2 技术实现基础
• 5.3 动画算法及实现
• 5.4 批处理动画实现
• 5.5 本章小结
• 6 SCVR虚拟现实渲染系统的应用
• 6.1 CESP安防
• 6.1.1 功能模块设计
• 6.1.2 应用展示
• 6.2 CECM数字城市
• 6.2.1 功能模块设计
• 6.2.2 应用展示
• 6.3 CECE旅游文教
• 6.3.1 功能模块设计
• 6.3.2 应用展示
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集