多用户虚拟校园漫游系统的设计与实现

以北方工业大学的数字化和虚拟化为目标,结合虚拟现实技术,利用Lyinux商业引擎,建立多用户虚拟校园漫游系统,实现交互漫游、全景导航、实时聊天等功能。重点研究提高虚拟场景渲染速度和实现多用户之间的同步。该系统在交互性、渲染速度和真实感等方面取得很好的效果。     

基于OGRE引擎的虚拟场景浏览

虚拟现实技术的虚拟交互性得到了越来越广泛地应用,虚拟场景浏览技术有效地解决了现实世界的时空局限等瓶颈问题.在对虚拟现实(3I)原理研究分析的基础上,依据插件设计的思想,设计了一种基于OGRE引擎的虚拟场景浏览框架,框架明确的包含两个端:渲染端和控制端.渲染端封装了OGRE渲染引擎,实现了快速实时的渲染;控制端,通过建立虚拟漫游交互机制来完成虚拟场景与外设的实时控制.基于OGRE八叉树的场景管理、射线查询算法、寻路算法、物体的拣取、RTT等技术的运用实现了用户与虚拟环境的交互系统,用户操作信号输入到计算机中并作用于虚拟环境,创建实时渲染处理结构,实现人与虚拟环境的实时快速的交互;基于OpenAL,OggSound的音效系统,克服了用户在场景浏览时的单调与乏味,更具真实感,丰富了场景浏览的真实性.在实践中应用OGRE图形引擎、CEGUI界面库、OpenAL,OggSound声音库实现了该系统.     

虚拟演播三维实时渲染引擎控制器

研究了虚拟演播三维实时渲染引擎控制器的设计中架构、通信方式以及控制协议等相关问题.虚拟演播三维实时渲染引擎是虚拟演播技术核心技术部件,除了在渲染功能上与普通三维图形渲染引擎的区别,更重要的一个区别的在于面向虚拟演播的应用的控制器的设计.控制器的架构设计满足演播的要求,同时演播过程中对场景的控制需要通过控制器传输到渲染模块,控制器与渲染模块的通信方式设计为协议驱动的TCP方式,它保障了渲染的实时性同时也能保证控制协议的可扩展性,便于后续的研究及开发.     

大场景虚拟仿真平台设计与实现

简要介绍了基于实景三维地理信息技术及虚拟现实技术,利用通用三维渲染引擎实现的大场景虚拟仿真平台,重点探讨海量数据管理、多层地形渲染等大场景虚拟仿真的关键技术,并利用该平台实现了消防模拟演练及会商决策平台的原型。     

基于防摇吊具的集装箱起重机半物理仿真系统

针对集装箱起重机学员培训周期长、安全性差等问题,提出一种基于3D图形渲染引擎（OGRE）的虚拟现实技术,实现集装箱起重机半物理仿真操作培训的方法。设计集装箱起重机司机室硬件操作平台,使用OGRE渲染引擎驱动集装箱货场的三维虚拟场景;建立防摇吊具摆动的动力学模型,模拟起重机吊具的残余摆动;并用以太网通讯实现起重机联动台等实物硬件与虚拟现实仿真软件的信息交互。解决仿真操作系统中的虚拟场景的驱动、吊具残余摆动的模拟、实物硬件与虚拟软件的实时通讯等关键问题。实验结果表明,该半物理仿真系统真实感强,对集装箱起重机驾驶训练有重要价值。     

德化陶瓷虚拟展厅

讨论了虚拟现实技术用于陶瓷展示的可行性,关键技术和系统的实现过程.利用3DSMAX和PhotoShop建立展厅和瓷器的三维模型,并使用贴图技术增强瓷器模型的真实感;使用开源的图形渲染引擎0GRE实现场景资源的组织和管理,并基于OGRE实现了虚拟展厅的实时交互和动态漫游功能.     

面向虚拟森林仿真的多层场景引擎设计

为快速绘制具有真实感的大规模虚拟森林场景,在分析虚拟森林场景仿真特点的基础上,提出面向虚拟森林仿真多层场景引擎的总体结构,对该场景引擎中的实时地形生成技术、地形模型的简化算法和渲染加速等关键技术展开研究,开发了虚拟森林仿真系统。应用结果表明,面向虚拟森林仿真的多层场景引擎有助于提高复杂森林场景的绘制效率,能较好地满足用户进行实时漫游和交互控制的需求。     

悬臂式掘进机虚拟仿真平台设计

悬臂式掘进机广泛应用于煤矿井下巷道施工,掘进机的培训包括传统的书本教学方法和基于井下实际操作的训练方法,但是由于其场地和安全的局限性,无法满足训练要求.针对这一现状,利用虚拟现实技术和交互仿真技术构建了悬臂式掘进机虚拟仿真平台.该平台采用三维建模技术,使用多边形建模方法制作了悬臂式掘进机、转载机、供电系统等三维模型;运用Unity3D引擎驱动三维模型组成的虚拟场景,采用场景优化技术实时渲染出沉浸式的虚拟场景;在脚本语言C#编程环境下实现操作流程顺序控制、操作描述、三维模型驱动等,实现悬臂式掘进机虚拟仿真培训.培训结果表明,沉浸式人机交互可达到与实物培训相类似的效果,提高使用者学习和操作悬臂式掘进机的效率.     

虚拟场景中的实时视频显示研究

针对虚拟场景中实时视频显示过程中设计流程复杂,代码多,画面不畅等问题,提出了基于Kinect摄像头的实时视频添加方法。该方法以Billboard技术为基础,利用Kinect对现实场景进行彩色数据和深度数据捕捉,并在虚拟场景中进行实时渲染和显示,最终实现实时视频子窗口的添加工作。整个程序设计流程简单,渲染效果画面流畅。     

虚拟手术中血流特效场景仿真的研究

血流特效场景可以增强虚拟手术的真实感。虚拟手术中的血流特效场景包括了有交互的血液模拟及血管壁模拟。首先基于光滑粒子流体动力学,使用Physx物理引擎模拟血液流动的物理形态,并利用Screen Space Flow算法对血流表面进行实时渲染。然后基于质点-弹簧模型,提出使用Physx物理引擎模拟可交互、有弹性形变及可切割的血管壁。最后实现两个实验场景:场景一实现肺动脉内大规模血液流动的特效;场景二实现在用户交互下的血管壁形变和切割,并通过触发事件实现血管壁破裂流血的特效。实验结果表明,该血流及血管壁模拟方法在40 000个粒子下仍能保证实时绘制,满足虚拟手术的需求。     

基于面向对象八叉树的飞机虚拟维修场景渲染

为了加速大规模虚拟场景的渲染速度,采用基于面向对象八叉树的方法对场景进行渲染。该方法将面向对象技术与传统八叉树技术相结合,采用面向对象八叉树剖分虚拟场景,对场景进行管理;将物体结构树的最小零部件作为最小存储单元,采用叶节点保存对象信息,减小树的存储量和处理时间,降低算法的计算负担;在面向对象八叉树的基础上,采用模型遮挡裁剪算法对位于视域范围内的模型进行遮挡裁剪,减小实际渲染的物体数量,提高渲染速率。通过对飞机虚拟维修场景进行渲染实验,证明了该方法的有效性。     

利用OSG三维图形渲染引擎实现的骨骼动画

动态实体模型是虚拟场景的重要组成部分,骨骼动画是表达虚拟场景中动态实体行为的主要技术。提出了一种虚拟场景中三维模型骨骼动画渲染的策略,即采用第三方软件建立三维动画模型,基于Cal3D动画控制机制,使用OSG三维图形渲染引擎对虚拟场景中运动的三维模型进行模拟。在VisForest软件的基础上,集成了骨骼动画渲染方法,解决了动物在虚拟地表上“踏空”的问题,扩展了动态实体在虚拟环境中的行为模拟。以梅花鹿和大象为例,逼真地模拟了动物在虚拟环境中的奔跑和行走的过程,模拟过程中动作衔接比较自然。     

一种用于虚拟校园漫游的三维引擎的研究

在对三维引擎技术OSG进行分析和研究的基础上,提出并实现了一种用于虚拟校园漫游的三维引擎系统,该系统使用OSG所提供的类和接口,实现了虚拟校园场景的渲染以及漫游的交互控制功能,同时在引擎中添加了语音介绍功能,丰富了浏览者的视听感受。实践证明,该引擎具有良好的移植性与通用性,为虚拟校园漫游技术向虚拟校园系统和虚拟学习平台方面的迁移提供了支持。     

基于虚拟现实的渲染优化算法

随着虚拟现实技术的不断发展，对虚拟场景的真实度要求也越来越提高.然而在虚拟场景中，复杂的地形、大量的植被和建筑使需要渲染的数据量大得惊人，故渲染速度成为了虚拟现实技术的一大瓶颈.现有的研究并不能很好的提升虚幻引擎中的渲染速度，还会出现“突越”和对视野外模型剔除效果差的问题.本文提出一种游戏线程与渲染线程并行和双层裁剪算法.首先在虚幻引擎中将游戏线程与渲染线程并行以提升渲染速度，然后使用淡入淡出细节层次算法进行第一层裁剪，最后使用缓慢剔除算法进行第二层裁剪，提升剔除效果.实验证明，该方法与串行线程相比渲染速度提升了40%，与传统单层裁剪算法相比，帧率也达到了55.     

基于数字孪生机房的三维可视化监控系统的设计与实现

针对当前机房的监控管理方式单一、实时性差、透明度低等问题,构建了一种基于数字孪生机房的三维可视化监控系统。以数字孪生的五维模型为指导,构建机房虚拟场景,实现机房三维可视化。论文采用Three.js三维引擎搭建机房三维场景,使用JavaScript语言实现各模块间的功能交互,运用深度学习算法完成机房故障诊断的功能。实验证明:基于数字孪生的机房三维可视化监控系统可以实时监测系统状态,动态展示设备信息,提高了管理效率。     

基于图象绘制的虚拟现实系统环境

虚拟现实的一个重要目标是使用计算机生成逼真的视觉世界,使用户可以对虚拟世界的客体进行交互式考察．虚拟现实的实现有两种方法．传统上,用三维图形学的方法实行建模和绘制．此方法需要繁琐的建模和昂贵的专用绘制硬件,而且图形绘制的质量和场景的复杂性受到很大的限制．基于图象的绘制是实现虚拟现实系统的一种新方法．它克服了三维图形方法的缺点．本文在总结已有技术的基础上,提出一个实现基于图象绘制的虚拟现实系统模型,并据此模型实现一个实验系统及相应的图象工具．     

Creator／Vega Prime在船舶动力装置视景仿真系统中的应用

介绍了目前流行的视景仿真软件Creator和VegaPrime及其开发流程。介绍了进行三维建模过程中的纹理贴图技术和层次细节（LOD）技术等,利用VegaPrime实现了船舶虚拟机舱的漫游方法以及漫游过程中的碰撞检测技术等。开发出船舶机舱虚拟现实仿真系统,建立了逼真的船舶机舱虚拟场景,实现了人在虚拟机舱环境中的漫游,以及对虚拟场景中主要运动部件进行驱动。     

淤地坝水资源调控三维仿真系统

淤地坝对水资源调控过程是一种动态变化的过程,只用文字描述,无法给研究人员形象直观的展示,本文提出一种基于Unity3D的降雨过程与淤地坝调控水资源过程的模拟方法。采用3DsMax对淤地坝系主要模型进行三维建模,使用Unity3D引擎进行场景交互设计,采用粒子系统进行降雨的模拟,设计并实现了水资源收集仿真算法,利用多层次细节技术和剔除遮挡技术等进行渲染优化。借助这一方法,开发了淤地坝水资源调控虚拟再现仿真系统。实例表明,该方法可以形象逼真的再现降雨径流过程,还能表现淤地坝等组件对于水资源的调控过程,使展示的效果更加逼真。