基于VRML的工程制图虚拟模型室的研究与实现

论文摘要

利用立体模型来帮助学生培养空间想象能力和形象思维能力是工程制图教学中常用的手段和方法,但传统实物模型的使用受到时间和空间的限制,无法最大限度地发挥其作用。因此,设计、开发一个可以随时随地供学生参观使用的网络虚拟模型室来代替传统的实物教学模型室是一个具有实际意义的课题。但是目前国内图学界所开发的虚拟模型室本质上只是由单个模型集合起来的模型库,学生无法得到在真实模型室中进行漫游和参观的体验,缺乏应有的沉浸感和交互性。本文提出并构建了一个逼真自然的工程制图虚拟模型室,给学生创造了一种身临其境的虚拟漫游体验,具有较强的实时性、交互性和沉浸感。分析了虚拟现实建模语言VRML的特点,研究了虚拟现实系统的关键技术,主要包括VRML的三维建模技术、事件路由机制、视点控制技术以及VRML场景与Java程序的通信机理。利用VRML和Java技术构建了一个实时交互的虚拟模型室,用户可以对模型进行任意角度的观察和自由操作,并实现了虚拟场景的自动漫游、自动切换:同时实现了虚拟装配动画和三维模型连续变化的实时交互动画。虚拟模型室的建立,可以有效地解决学生对模型的需求,同时提供一个生动逼真的学习环境,并将在高校的图学教学中得到广泛应用。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 虚拟现实
• 1.1.1 虚拟现实技术的特征
• 1.1.2 虚拟现实系统的分类
• 1.1.3 虚拟现实技术的研究现状
• 1.1.4 虚拟现实技术的应用
• 1.2 VRML语言
• 1.2.1 VRML的发展历程
• 1.2.2 VRML应用
• 1.3 研究背景和意义
• 1.4 主要工作
• 1.5 论文的组织框架
• 第二章 VRML主要技术
• 2.1 VRML的工作方式
• 2.2 场景的VRML描述
• 2.2.1 场景图
• 2.2.2 场景的VRML描述
• 2.2.3 VRML事件驱动机制
• 2.3 Java程序和VRML场景的通信
• 2.3.1 基于SAI（脚本编程接口）的交互
• 2.3.2 基于EAI（外部编程接口）的交互
• 2.4 VRML的技术特征
• 2.5 VRML编辑器和浏览器
• 2.6 本章小结
• 第三章 虚拟模型室的总体设计
• 3.1 设计目标
• 3.2 系统环境变量的设置
• 3.3 系统总体结构
• 3.4 系统功能设计
• 3.4.1 系统总体功能
• 3.4.2 详细功能设计
• 3.5 系统的程序设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 模型室虚拟场景的构建
• 4.1 VRML建模技术
• 4.1.1 VRML空间坐标系和变换层系
• 4.1.2 造型节点
• 4.1.3 虚拟场景的数据组织
• 4.2 建模原则和建模流程
• 4.3 制图模型室外环境模型的构建
• 4.4 制图模型室内环境模型的构建
• 4.5 虚拟场景总体模型的整合
• 4.6 VRML文件的优化
• 4.7 本章小结
• 第五章 系统交互性的实现
• 5.1 VRML实时交互行为的工作原理
• 5.2 虚拟场景切换功能的实现
• 5.3 门窗推拉动作的模拟
• 5.4 电视播放功能的模拟
• 5.5 自动漫游功能的实现
• 5.6 虚拟装配动画的实现
• 5.7 实时交互动画的实现
• 5.8 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢