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水电站电气设备虚拟系统开发与研究

作　者: 罗伟
导　师: 习华勇
学　校: 河北工程大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 虚拟现实水电站电气设备虚拟现实建模语言虚拟场景三维建模
分类号: TV736
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 13次
引　用: 1次
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内容摘要

20世纪90年代以来兴起的虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)是一种新型的综合性信息技术,利用计算机技术生成的一种人为的虚拟环境,这种环境可以通过视觉甚至听觉、触觉来感知,用户通过自己的视点直接地、多角度地对环境进行观察、发生“交互”作用,给人一种“身临其境”的感觉。经过20多年的研究探索,虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,如飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练,虚拟现实建筑物,虚拟现实游戏,虚拟现实影视艺术等等。随着计算机技术的发展,在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。将VR技术运用到水电站电气设备中,可以提供更逼真的、具有交互性的三维可视化环境,从而更好的对水电站电气设备进行展示,以方便用户对电气设备的观察和了解。本文在对虚拟现实技术的水电站电气设备进行分析和总结的基础上,提出了虚拟水电站电气设备系统的基本架构,给出了相应的展示系统设计流程,并通过实例对所提出的系统的实现过程进行了阐述。论文的主要研究内容和成果如下:论文首先通过对国内外虚拟应用现状进行调研,分析了实现水电站电气设备虚拟现实的一般技术。在比较了国内外常用的实现虚拟的四种技术(JAVA 3D技术、CULT3D技术、QuickTime VR技术、VRML技术)之后,结合课题的要求,选择VRML技术、Java及后台数据库相结合的方法来实现本系统的开发。此种方法能够提供更强的交互性、更真实的实景空间、更逼真的沉浸感,同时也更适合网上传输。从需求的角度和VRML技术特征的角度出发,本论文提出了建立水电站电气设备漫游系统的技术路线,并阐述了本课题的主要研究内容:几何体形状建模方法研究、纹理处理方法、环境光线的实现、控制观察者视点的方法、对观察者行为的感知、造型的定位与切换。确定了系统研究与实现的技术方向。其次,本文分析了VRML的工作原理及基本特性,并详细地阐述了VRML的工作模式和VRML浏览器的概念模式。同时对VRML的关键技术进行了研究,其中重点介绍了VRML浏览器的三种类型、场景图的概念、路由和事件体系、VRML的光照技术。同时总结了VRML的语法特性及功能特性、Java功能扩展,为后期的系统开发奠定了理论基础。本文利用计算机虚拟现实技术实现新疆塔尕克水电站电气设备的虚拟建模与交互、浏览,文中首先对课题的研究内容作了系统分析,在分析的基础上提出了系统的总体设计,并对水电站电气设备外观设计进行了介绍,同时给出了各设计模块的结构图,并简要介绍了本系统开发所使用的工具。本论文在完成上述研究的同时,也比较深入地探讨了如何优化VRML文件和VRML文件的渲染,并给出了具体的解决方案。论文最后给出了本文的结论,以及今后可能继续研究的方向。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-24
  1.1 引言  12-13
  1.2 虚拟现实技术概述  13-14
    1.2.1 虚拟现实技术的定义  13-14
    1.2.2 虚拟现实技术的基本特征  14
  1.3 虚拟现实系统的分类  14-17
    1.3.1 桌面式虚拟现实系统  14-15
    1.3.2 沉浸式虚拟现实系统  15
    1.3.3 分布式虚拟现实系统  15-16
    1.3.4 增强式虚拟现实系统  16-17
  1.4 虚拟现实技术的研究成果及发展趋势  17-18
    1.4.1 虚拟现实技术的研究成果  17-18
    1.4.2 虚拟现实技术的发展趋势  18
  1.5 虚拟现实的开发工具  18-20
  1.6 新疆塔尕克电站虚拟电气设备建模方案概述  20-22
    1.6.1 水电站电气设备简介  20-21
    1.6.2 电气设备建模方案  21-22
  1.7 本文主要工作  22
  1.8 论文的结构  22-23
  1.9 本文的创新点  23-24
第二章 VRML 技术分析  24-35
  2.1 VRML 技术发展回顾  24-26
    2.1.1 虚拟现实技术  24
    2.1.2 VRML 的诞生与发展  24-26
  2.2 VRML 的工作原理及基本特性  26-27
  2.3 VRML 的关键技术  27-31
    2.3.1 VRML 的文件格式  27
    2.3.2 VRML 浏览器  27-28
    2.3.3 节点  28
    2.3.4 坐标系和坐标变换  28-29
    2.3.5 场景图  29
    2.3.6 原型  29
    2.3.7 路由和事件体系  29-30
    2.3.8 脚本语言  30-31
    2.3.9 光照技术  31
  2.4 VRML 的语法特性及功能特性  31-33
    2.4.1 VRML 的语法特性  31-32
    2.4.2 VRML 的功能特性  32-33
  2.5 本章小结  33-35
第三章水电站电气设备三维模型的建立  35-52
  3.1 虚拟环境建模方法比较  35-37
    3.1.1 几何建模技术(Geometry-Based Modeling)  35
    3.1.2 基于图像的建模技术(Image-Based Modeling)  35-36
    3.1.3 混合建模技术  36-37
  3.2 建模分类及场景构建流程  37-39
  3.3 水电站电气设备虚拟系统三维模型的建立  39-43
    3.3.1 设计原则  39
    3.3.2 水电站电气设备三维模型的建立  39-43
  3.4 植物模型的构建  43-45
  3.5 汉字的显示  45-46
  3.6 水电站电气设备环境模型的构建  46-48
  3.7 水电站电气设备虚拟系统总体模型的整合及优化  48-51
    3.7.1 系统总体模型的整合  48-49
    3.7.2 系统总体模型的性能优化  49-51
  3.8 本章小结  51-52
第四章虚拟场景的交互  52-66
  4.1 引言  52
  4.2 非编程交互  52-56
    4.2.1 基于感知器的交互  52-55
    4.2.2 用其他节点进行交互的方法  55-56
  4.3 编程交互  56-65
    4.3.1 Java 的特点  56-59
    4.3.2 通过Script 节点实现Java 程序与VRML 的交互  59-64
    4.3.3 通过EAI 来控制VRML 世界  64-65
  4.4 本章小结  65-66
第五章水电站电气设备虚拟系统的漫游与查询  66-86
  5.1 系统漫游功能的实现  66-71
    5.1.1 系统漫游方式  66-67
    5.1.2 自动漫游的实现方法  67-69
    5.1.3 交互式漫游的实现方法  69-71
    5.1.4 视点记录式漫游的实现方法  71
    5.1.5 有目的漫游的实现方法  71
  5.2 视点控制  71-73
  5.3 二维导航图与三维场景的交互  73-76
    5.3.1 导航的实现  73-75
    5.3.2 悬浮地图的实现  75-76
  5.4 信息查询  76-85
    5.4.1 Anchor 节点  76-77
    5.4.2 HUD 技术  77-78
    5.4.3 ASP 技术  78-81
    5.4.4 VRML 与数据库相结合  81-83
    5.4.5 VRML 与HTML 的结合  83-85
  5.5 本章小节  85-86
第六章结论  86-88
  6.1 完成的工作  86
  6.2 研究工作展望  86-88
参考文献  88-91
致谢  91-92
作者简介  92
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果  92

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