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基于草图描述的三维虚拟场景生成

作　者: 罗先辉
导　师: 霍智勇
学　校: 南京邮电大学
专　业: 教育技术学
关键词: 虚拟现实 草图描述 三维场景重建 鬼火引擎 教育机房管理
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着计算机与网络技术的发展,网络教育机房等教学设备的管理也开始利用虚拟现实技术和物联网技术向智能化和三维可视化方向发展,实现对环境状态参数进行可视化的动态标注与监控。如何基于草图描述实现快速的三维机房场景的重建并成为环境参数传感器的显示模块,是目前亟待解决的课题之一,对促进物联网技术应用,实现教育机房管理的智慧化具有重要的研究价值和意义。本文以网络远程教育服务器机房的三维虚拟场景显示模块开发为背景,对现有虚拟现实场景生成的方法和技术进行了研究,提出基于平面草图描述实现机房环境三维可视化的方案,并初步实现了一个基于多文档人机交互界面的实验性演示系统,搭建出智能机房管理的基础性显示和管理模块。本文的具体工作内容如下：(1)研究和总结了现有虚拟现实场景生成的方法与技术,提出了基于草图描述的三维场景生成方案。以服务器机房场景显示模块开发为实例,阐述了基于草图描述三维场景生成的原理与算法,根据三维场景概念模型对构建机房场景的平面草图元素进行了简化归类,并给出每一类草图元素的数学表达式。定义了创建与编辑草图的交互规则,解释了基于草图描述的三维场景生成过程。(2)结合可视化程序开发框架Qt和三维渲染引擎“鬼火”,完成了基于草图描述的三维虚拟场景生成的实验系统开发。介绍了系统开发所选用的工具与环境配置,在此基础上阐述了系统总体设计框架及主要功能模块的具体实现方法。给出了根据Bezier曲线计算绘制墙面控制点的算法；分析了三维模型文件存储格式特点及其导入时应该注意的几个问题；提出了通过三维模型AABB包围盒来控制三维模型导入时的位置与大小的方法；根据概念模型层次管理三维模型纹理素材；解决了曲线墙绘制时控制点偏离路径位置的问题；对Maya镜头观看场景的不足加以改进。(3)针对三维可视化在教育领域的应用主要体现在虚拟校园、虚拟实验等方面,而在教育资源管理中应用较少的情况。考虑到三维可视化技术用于教育资源管理不仅可以提高工作效率,而且有利于教育资源优化的因素,本文探讨了基于草图描述的三维机房场景生成的实际应用,并设计了其在教育机房监控管理中的应用方案。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
插图目录  8-9
表格目录  9-10
缩略词表  10-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 选题的背景及研究目的与意义  11-12
  1.2 三维虚拟场景生成的研究现状  12-16
  1.3 三维可视化技术在监控管理中应用的现状  16-17
  1.4 本文的研究内容和组织结构  17-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章 基于草图描述的三维场景生成原理  19-32
  2.1 场景概念模型描述的草图元素简化归类与定义  19-27
    2.1.1 三维场景的概念模型描述  21
    2.1.2 草图元素归类与数据表达  21-25
    2.1.3 草图元素的语义标记  25-27
  2.2 草图创建与编辑的交互规则  27-29
    2.2.1 几何约束定义  27
    2.2.2 草图平面交互规则描述  27-29
  2.3 草图数据驱动实时生成三维场景  29-30
  2.4 本章小结  30-32
第三章 草图元素对应的3D模型生成与外部导入  32-44
  3.1 草图元素对应的三维模型生成  32-34
  3.2 外部三维模型的导入与控制  34-39
    3.2.1 三维模型文件的存储格式分析  34-37
    3.2.2 三维模型导入的位置和大小控制  37-39
  3.3 场景模型贴图的管理与转换  39-43
    3.3.1 根据场景概念模型描述管理贴图素材  39-41
    3.3.2 贴图烘焙技术应用  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 基于草图描述的场景生成系统的设计与开发  44-62
  4.1 系统开发的工具与环境设置  44-51
    4.1.1 软件集成开发平台Qt Creator  44-47
    4.1.2 三维显示引擎Irrlic  47-50
    4.1.3 系统开发软硬件平台配置  50
    4.1.4 系统开发环境设置  50-51
  4.2 系统的总体结构设计  51-52
  4.3 系统用户交互界面设计  52-53
  4.4 系统主要模块的实现方法  53-60
    4.4.1 草图输入与编辑模块  53-57
    4.4.2 虚拟场景的显示与交互模块  57-60
  4.5 系统运行结果  60-61
  4.6 本章小结  61-62
第五章 教育机房监控管理的实际应用  62-67
  5.1 三维可视化在教育资源管理中的应用  62-63
  5.2 可视化系统在教育机房管理中的应用  63-65
    5.2.1 三维可视化管理系统在教育机房管理中应用的优势  63
    5.2.2 虚拟教育机房管理中的实际应用设计  63-65
  5.3 本章小结  65-67
第六章 总结与展望  67-69
参考文献  69-72
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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