《虚拟现实环境中大规模地形的仿真研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《虚拟现实环境中大规模地形的仿真研究（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中南民族大学 硕士学位论文 虚拟现实环境中大规模地形的仿真研究 姓名：李雯 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：童小念 20080530 中南民族大学硕士学位论文 I 摘 要 三维地形场景视景仿真技术是近年来在虚拟现实领域中一项重要的技术，它以 三维地形网格为主，结合多媒体、立体视觉、传感技术创造出一个身临其境的虚拟 世界。三维地形技术是视景仿真的组成部分之一，在仿真漫游系统、数字城市可视 化等诸多领域有着广泛的应用。 本文重点研究了地形环境仿真系统的建立、大地形数据管理算法的改进、地形 场景仿真系统漫游效果的实现等问题，探讨了 LOD 技术、大地形的数据按需调度 技术、多分辨
2、率数据存储策略等等数据优化和数据管理技术，最终完成了一个交互 的地形视景仿真系统，该系统具有良好的三维视觉显示效果和交互性。 LOD 分层技术为同一个实物建立一组相似的模型， 细节程度越高的模型对象所 包含的多边形数量越多；细节程度越低的模型对象所包含的多边形数量越少。为了 减少计算量，当视点离得比较近时显示多边形较多的模型，当视点离物体比较远时 就显示多边形较少的模型，以精简算法的复杂度，按需提供系统的交互效果。 由于大地形数字高程模型海量数据在视景仿真漫游时处理时间较长，会严重影 响仿真系统的实时性，本文借鉴了 LOD 算法的思想，提出了数据按需调度技术和 多分辨率数据存储策略，旨在减少海
3、量数据的交换对性能的影响。数据按需调度技 术首先对原始数据进行划分，依照 LOD 分层算法的思想，根据视点位置划分在漫 游过程中需要导入的数据块；而多分辨率数据存储策略则对划分后的数据利用二叉 树结构分层存储，模拟 LOD 的算法效果，提高大地形场景仿真的实时性。 实验结果表明，对于大场景地形视景仿真系统而言，以上的地形数据管理技术 提供了一种数据简化管理的方案，对大场景下的地形数据进行了优化管理，提高了 三维地形的渲染速度，在视景仿真环境下保证了漫游的实时性。 关键词：地形仿真；地形数据库；关键词：地形仿真；地形数据库；Creator Terraio Studio；Vega prime；数据
4、按需 调度策略；多分辨率数据存储策略 ；数据按需 调度策略；多分辨率数据存储策略 虚拟现实环境中大规模地形的仿真研究 II ABSTRACT Virtual reality is an important technology in the field of 3D terrain, which is based on 3D terrain grid and combined with digital elevation models and sensing, scheduling. 3D vision technology can build an immersive virtual terr
5、ain world. 3D terrain technology is an important component of the virtual reality system in many fields. This paper focuses on the establishment of terrain scene simulation system, the improvement of data management, the effect of terrain scene simulation system and so on. It discusses LOD algorithm
6、, on-demand scheduling strategy and multi-resolution storage strategy to accomplish a terrain scene simulation system for its virtual effect. LOD technology sets up a similar model for the same object, the higher details level of the model, the more polygons it contains. In order to reducing the amo
7、unt of calculation, when viewpoint is nearer, the model with more polygons is shown; oppositely, the model with less polygons is shown. It reduces the complexity of algorithm and provides mutual effect of system on-demand. Because the digital elevation models need longer time in visual simulation, i
8、t affects the efficiency of real-time simulation system. This paper adopts LOD algorithm, and proposes on-demand scheduling strategy and multi-resolution storage strategy to reduce the effect of the exchange of huge data on performance. The on-demand scheduling strategy divides the original data and
9、 uses some specifically algorithm to realize the dynamic management of those data. The strategy of multi-resolution storage uses binary tree to organize and storage the divided data. So it can improve the efficiency of the simulation. Experimental result shows that the optimal management of the terr
10、ain dataset provides a simple data management and speeds up the rate of system rendering and improves the efficiency of the virtual simulation. Keywords: terrain simulation; terrain database; Creator Terrain Studio；Vega prime；on-demand scheduling strategy; multi-resolution storage strategy 中南民族大学中南民
11、族大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权中南民族大学可以将本学位论文的全部或部分内
12、容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密 。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 中南民族大学硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 随着信息技术的飞速发展，三维可视化仿真技术的应用越来越广泛。特别是在 商业和军事，突发和不确定性的事件领域，在开发一些新技术和研究新策略的过程 中，通常需要人类亲自参与检测和进行可行性评估。如果在真实世界中进行上述实 践，不但会耗费大量的财力和物力，而且还可能会因为设计上的缺陷造成不可预料 的后果，
13、有时甚至要付出生命的代价。对于上述的问题，可视化仿真可以说是一个 十分廉价和安全的代替方案，如飞机训练仿真，交通救护仿真，消防救灾仿真，交 互式三维视频游戏仿真等都得到了广泛的应用。 在可视化仿真的众多应用中，地理环境仿真是不可或缺的元素，高质量，高逼 真的虚拟地理环境仿真直接影响到虚拟现实的效果。虚拟现实技术的一个突出特征 是“沉浸”和“交互”，它对系统的动态和实时性要求很高，由于虚拟地理环境仿真所 涉及的数据是海量的，它对仿真系统软硬件环境提出了极高的要求，所以地形可视 化技术是地理环境仿真的一个重要的研究课题1。 地形可视化最初是根据地理信息系统的三维可视化需求提出的，随着地理信息 系统
14、和计算机可视化技术的发展，地形可视化逐渐发展成了一个专门以研究基于数 字地面模型或者数字高程模型的生成、简化、显示和仿真为主要内容的计算机可视 化应用技术。它的应用领域已不局限于地理信息系统，如今在虚拟现实，视景仿真， 虚拟地理环境，战场环境仿真，电子娱乐游戏，气象数据预报等领域中都可以找到 大量可视化技术的应用实例。 1.1 三维地形的建模与仿真 1.1 三维地形的建模与仿真 随着三维可视化仿真技术的飞速发展，三维仿真软件如雨后春笋般不断涌现。 MultiGen-Paradigm公司在2005年开发了专门针对大地形场景仿真环境的构建与渲 染工具Creator Terrain Studio和V
15、ega Prime。其中Creator Terrain Studio是创建大场景 地形的工具，而Vega Prime则是三维大地形的视景仿真渲染工具2。 虚拟现实环境中大规模地形的仿真研究 2 1.1.1 Creator Terrain Studio 地形建模技术 1.1.1 Creator Terrain Studio 地形建模技术 Creator地形模块可以满足一般形式的地形建模需求。它对创建出来的地形进行 基本的边界修改，提供了Polymesh、Delaunay、CAT、TCT四种地形生成算法，每 种算法都有各自很强的适用针对性，都能根据DED格式的高程数据自动地生成基本 的地形曲面3。
16、 Creator Terrain Studio 地形模块的主要功能是创建，编辑地形，并且使得可视化 的仿真地形能够运动起来。 通过操作简单但流程复杂的向导， 进程和工作流程， CTS 提供了一个有序的结构化的环境，使得可以创建并且反复创建任何尺寸和细节的地 形。因为最后是产生 openflight 格式的地形文件。所以 CTS 的数据库都以 openflight 作为其数据输入格式4。 CTS 在地形建模方面功能非常强大，它提供了一个自动化的工作流程，通过这 个工作流程可以管理地形产生过程的每一个环节，并且每一个数据和流程作为一个 对象保存在 POD（持续对象数据库）里，以便随时的查阅和编辑。通过这个功能可 以在任何部分重复工作流程，重建部分或者全部的数据库，并且运用个别或整个工 作流程来建立新的数据库生成项目。 CTS 中还提供一个软件开发工具包（SDK）可以使得 CTS 使用任何与组件兼容 的编程语言， 如 Visual Basic, Visual C+, Delphi 等。 通过 SDK 也编写适合自己
