《[毕业论文]移动机器人自主导航仿真系统的研究与设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[毕业论文]移动机器人自主导航仿真系统的研究与设计.doc（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 中南大学硕士学位论文 摘 要 I 摘 要 随着计算机科学技术以及多媒体应用技术的飞速发展，虚拟现实技术和仿真技术越来越受到人们的广泛关注。它们广泛应用于工业、国防、教育、医疗以及娱乐等方面。本文旨在应用虚拟现实技术来设计一个仿真系统，仿真智能机器人在未知环境中的自主导航。 通过对移动机器人导航仿真系统所涉及的机器人学、计算机图形学、3D数学建模以及Direct3D相关的技术与理论进行研究，本文将问题主要分成四个部分：虚拟对象模型创建、设计对象模型的着色器、碰撞检测和运动控制。本文研究内容和取得的成果如下： 1.对创建虚拟对象的数学模型的过程进行详细描述，其中包括机器人模型的创建，虚拟地形模型
2、生成以及虚拟环境的制作三个部分。 2.利用可编程的着色器语言HLSL(High Lever Shader Language)及其开发工具Fx Composer，编写了机器人模型、虚拟地形和天空盒的着色器(Shader)，从而可以在编程过程中动态地调整对象模型的渲染参数，使虚拟场景在视觉上更具有真实感。 3.研究了相关的碰撞检测算法，比较了基于包围球、包围方盒与基于凸包的边缘包围盒三种封装模型的方法。利用基于凸包的边缘包围盒来封装对象模型，使用HS-jump算法来进行碰撞检测。 4. 采用Visual Studio. NET并基于DirectX9 SDK建立了仿真系统框架、绘制了对象模型以及虚拟
3、机器人自主避障。该三维模拟系统完全可以使用户从不同角度不同位置观看场景并与用户有着良好的交互性。 此系统实现了机器人在不同场景中运动的视觉效果，可以生动地呈现移动机器人在未知环境中的自主导航特征。 关键词 Direct3D,虚拟现实,碰撞检测,HLSL,着色器 中南大学硕士学位论文 ABSTRACT II ABSTRACT With the rapid developments of computer science and multi-media technique, virtual reality and simulation technique are more and more bei
4、ng attached Importance to. They can be widely applied in industry, national defense, medical care and entertainment etc. The paper presents a simulation system based on virtual reality technique so as to simulate the automatic navigation of an intelligent robot in unknown environment. Through studyi
5、ng of robotics, computer graphics, 3D modulation and corresponding knowledge on Direct3D technique and theories which refers to simulation system of mobile robot, the project is divided into four parts: construction of virtual objects, design of the shader of an object, collision detection and movem
6、ent control. The content and results are: A) It describes in detail the construction process of mathematics model of virtual objects. It is composed of three parts: the construction of robot model, virtual terrain model, and virtual environment. B) Using HLSL (high level shader language) and relatin
7、g toolsFx Composer, we design the shader of robot model, virtual terrain, and skybox. The effect parameters can be coordinated dynamically during programming. Virtual scene is authenticating in vision. C) It Studies collision detection algorithm, compares bounding sphere, bounding box, and convex hu
8、ll to bounding. It investigates how to encapsulate object model by using convex hull, and how to detect collision according to HS-jump algorithm. D) Using Visual Studio.NET and Direct3D SDK, we design a framework of simulation system, which renders object model and realizes obstacle avoidance of the
9、 virtual robot. The circumstances can be viewed from different viewpoints. The simulation system is interactive. The simulation system realizes visual effects of robots in various 中南大学硕士学位论文 ABSTRACT IIIscenes. It demonstrates vividly automatic navigation of robots in unknown environments. KEY WORDS
10、 Direct3D,virtual reality, collision detection, HLSL, Shader 中南大学硕士学位论文 目 录 i 目 录 第一章 绪 论.1 1.1 课题的研究背景.1 1.2 移动机器人以及虚拟环境的研究概况.1 1.2.1 移动机器人的研究概况.1 1.2.2 虚拟3D环境的研究现状.2 1.3 DirectX技术.2 1.3.1 DirectX概述.2 1.3.2 DirectX 9.0C版本的新特性.4 1.4论文的主要内容与结构安排.5 第二章 Direct3D基本原理.6 2.1 Direct3D中的几何描述.6 2.1.1 3D图元.6 2.1.2 Direct3D中的变形操作.8 2.2 Direct3D 的体系结构.9 2.3绘制管道.11 2.3.1虚拟相机.11 2.3.2绘制管道框架.12 第三章 3D模型创建.14 3.1对机器人建模.
