osg的静态航道场景与运动船舶
摘 要近几年来，随着科技的不断进步和发展，虚拟现实逐渐成为计算机研究的热点，各个行业对计算机模拟现实的需求也越来越大。三维虚拟航道动态交互系统也是其应用的一个重要领域，它对提高水运航道的信息化管理效率有着重要的意义。本文研究了三维虚拟航道动态交互系统的开发制作过程，首先，总结分析了目前虚拟现实发展的现状，结合已有的项目背景制定了系统方案，做出总体设计规划，并对其进行了可行性分析、系统开发工具分析，最终确定通过C++编程语言结合界面框架库Qt和三维渲染引擎OSG来实现系统功能。其次，对三维虚拟航道动态交互系统的三维场景进行设计，通过3DS MAX进行三维航道场景以及船舶的模型设计，并对场景进行光影的烘焙，优化场景的视觉效果，提高系统运行效率。再次，利用OSG和Qt实现系统规划功能，主要有Qt界面窗口的实现、动态水面仿真的实现、船舶动态路径的实现、天空盒的实现、雾雨雪等自然环境的模拟、不同方式的漫游、场景中物体信息的查询等。最后，对系统进行测试并发布，总结制作过程，并对该技术的进一步研究工作做出展望。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的及意义 2
1.3 研究内容及方法 2
1.4 论文架构 3
第2章 静态航道与动态船舶融合的方案分析 5
2.1 系统方案制定 5
2.1.1 系统需求分析 5
2.1.2 系统主要功能 5
2.1.3 系统体系架构 6
2.2 系统可行性分析 7
2.2.1 技术可行性分析 7
2.2.2 社会可行性分析 8
2.3 主要应用技术分析 8
2.3.1 三维建模软件分析 8
2.3.2 三维仿真引擎分析 10
2.3.3 可视化界面框架库分析 10
第3章 静态航道和动态船舶融合系统三维化设计 12
3.1 三维航道场景规划 12
3.2 三维航道和船舶建模设计 13
3.2.1 虚拟现实模型制作规则
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13
3.2.2 三维虚拟航道场景模型设计 13
3.2.3 三维船舶模型设计 17
3.3 三维航道场景烘焙 17
3.3.1 贴图烘焙技术介绍 17
3.3.2 贴图烘焙流程 18
第4章 静态航道和动态船舶虚拟交互系统程序实现 20
4.1 系统开发环境介绍 20
4.1.1 C++概述 20
4.1.2 OSG概述 20
4.1.2 Qt概述 20
4.1.3 Visual Studio 2010概述 21
4.2 界面视图窗口功能实现 21
4.2.1 界面UI设计 21
4.2.2 Qt界面功能实现 22
4.3 整合Qt和OSG 23
4.4 OSG关键功能实现 24
4.4.1 OSGOcean水面仿真 24
4.4.2 船舶动态路径的功能实现 25
4.4.3 天空盒实现 26
4.4.4 天气环境功能实现 27
4.4.5 不同形式漫游功能实现 29
4.4.6 场景物体信息查询功能实现 30
第5章 系统测试及发布 32
5.1 系统测试 32
5.2 系统发布 32
5.3 总结和展望 33
5.3.1 课题总结 33
5.3.2 前景展望 34
参考文献 35
致 谢 37
附 录 38
图目录
【图2.1】 三维虚拟航道动态交互系统主要功能 6
【图2.2】 三维虚拟航道动态交互系统体系架构图 6
【图3.1】 静态航道场景规划图12
【图3.2】 航道场景整体效果图18
【图3.3】 航道场景灯光参数 19
【图3.4】 航道场景烘焙效果图19
【图4.1】 系统视觉界面框架21
【图4.2】 新建一个Qt Application 23
【图4.3】 Qt Designer设计界面23
【图4.4】 OSG/Qt程序框架线程实现 24
【图4.5】 OSGOcean示例仿真效果 24
【图4.6】 OSGOcean程序实现流程图 25
【图4.7】 OSGOcean动态水面仿真效果 25
【图4.8】 添加动态船舶程序实现流程图 26
【图4.9】 动态船舶融入到航道场景 26
【图4.10】 天空盒展开示意图 27
【图4.11】天空盒实现效果27
【图4.12】 OSG粒子系统流程图 28
【图4.13】 OSG粒子系统对场景雨效模拟 29
【图4.14】 OSG中雾效的模拟 29
【图4.15】 漫游流程图 30
【图4.16】 碰撞检测流程图 30
【图4.17】 查询信息显示窗口 31
【图5.1】 发布程序包截图 33
表目录
【表2.1】 同类虚拟现实技术应用案例分析 7
【表2.2】 三维建模软件比较分析 9
【表2.3】 主流开源三维仿真引擎分析10
【表2.4】 常见可视化界面框架库分析11
【表3.1】 航道近景模型设计14
【表3.2】 航道远景模型设计16
【表3.3】 船舶模型设计17
【表4.1】 按键功能以及视觉效果22
【表5.1】 三维虚拟航道动态交互系统测试期间发现的Bug以及解决状态 32
第1章 绪论
本章节为绪论，主要论述了三维虚拟航道动态交互系统的研究背景、研究目和意义、研究内容和方法、以及论文的整体架构。
1.1 课题研究背景
近几年来，随着科技的不断进步和发展，各个行业对计算机模拟现实的需求越来越大，虚拟现实逐渐成为计算机研究的热点。虚拟现实（Virtual Reality,简称VR），又称为“灵境技术”，是一种可以创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。这种系统可以用于创建虚拟三维环境来模拟现实世界，其实现原理是利用虚拟的声音、图像等作用于用户的五官感受从而为用户建立一个有别于现实世界的虚拟环境，并且用户能够对虚拟世界中的物体进行交互操作，以便更好地融入到虚拟环境之中。在传统的交互中，用户通过计算机界面进行交互操作，而虚拟现实技术着力于研究如何削弱界面的存在感，其目的是为了使用户在虚拟环境中感受不到界面的存在，真正地沉浸于虚拟环境之中。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的及意义 2
1.3 研究内容及方法 2
1.4 论文架构 3
第2章 静态航道与动态船舶融合的方案分析 5
2.1 系统方案制定 5
2.1.1 系统需求分析 5
2.1.2 系统主要功能 5
2.1.3 系统体系架构 6
2.2 系统可行性分析 7
2.2.1 技术可行性分析 7
2.2.2 社会可行性分析 8
2.3 主要应用技术分析 8
2.3.1 三维建模软件分析 8
2.3.2 三维仿真引擎分析 10
2.3.3 可视化界面框架库分析 10
第3章 静态航道和动态船舶融合系统三维化设计 12
3.1 三维航道场景规划 12
3.2 三维航道和船舶建模设计 13
3.2.1 虚拟现实模型制作规则
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13
3.2.2 三维虚拟航道场景模型设计 13
3.2.3 三维船舶模型设计 17
3.3 三维航道场景烘焙 17
3.3.1 贴图烘焙技术介绍 17
3.3.2 贴图烘焙流程 18
第4章 静态航道和动态船舶虚拟交互系统程序实现 20
4.1 系统开发环境介绍 20
4.1.1 C++概述 20
4.1.2 OSG概述 20
4.1.2 Qt概述 20
4.1.3 Visual Studio 2010概述 21
4.2 界面视图窗口功能实现 21
4.2.1 界面UI设计 21
4.2.2 Qt界面功能实现 22
4.3 整合Qt和OSG 23
4.4 OSG关键功能实现 24
4.4.1 OSGOcean水面仿真 24
4.4.2 船舶动态路径的功能实现 25
4.4.3 天空盒实现 26
4.4.4 天气环境功能实现 27
4.4.5 不同形式漫游功能实现 29
4.4.6 场景物体信息查询功能实现 30
第5章 系统测试及发布 32
5.1 系统测试 32
5.2 系统发布 32
5.3 总结和展望 33
5.3.1 课题总结 33
5.3.2 前景展望 34
参考文献 35
致 谢 37
附 录 38
图目录
【图2.1】 三维虚拟航道动态交互系统主要功能 6
【图2.2】 三维虚拟航道动态交互系统体系架构图 6
【图3.1】 静态航道场景规划图12
【图3.2】 航道场景整体效果图18
【图3.3】 航道场景灯光参数 19
【图3.4】 航道场景烘焙效果图19
【图4.1】 系统视觉界面框架21
【图4.2】 新建一个Qt Application 23
【图4.3】 Qt Designer设计界面23
【图4.4】 OSG/Qt程序框架线程实现 24
【图4.5】 OSGOcean示例仿真效果 24
【图4.6】 OSGOcean程序实现流程图 25
【图4.7】 OSGOcean动态水面仿真效果 25
【图4.8】 添加动态船舶程序实现流程图 26
【图4.9】 动态船舶融入到航道场景 26
【图4.10】 天空盒展开示意图 27
【图4.11】天空盒实现效果27
【图4.12】 OSG粒子系统流程图 28
【图4.13】 OSG粒子系统对场景雨效模拟 29
【图4.14】 OSG中雾效的模拟 29
【图4.15】 漫游流程图 30
【图4.16】 碰撞检测流程图 30
【图4.17】 查询信息显示窗口 31
【图5.1】 发布程序包截图 33
表目录
【表2.1】 同类虚拟现实技术应用案例分析 7
【表2.2】 三维建模软件比较分析 9
【表2.3】 主流开源三维仿真引擎分析10
【表2.4】 常见可视化界面框架库分析11
【表3.1】 航道近景模型设计14
【表3.2】 航道远景模型设计16
【表3.3】 船舶模型设计17
【表4.1】 按键功能以及视觉效果22
【表5.1】 三维虚拟航道动态交互系统测试期间发现的Bug以及解决状态 32
第1章 绪论
本章节为绪论，主要论述了三维虚拟航道动态交互系统的研究背景、研究目和意义、研究内容和方法、以及论文的整体架构。
1.1 课题研究背景
近几年来，随着科技的不断进步和发展，各个行业对计算机模拟现实的需求越来越大，虚拟现实逐渐成为计算机研究的热点。虚拟现实（Virtual Reality,简称VR），又称为“灵境技术”，是一种可以创建和体验虚拟世界（Virtual World）的计算机系统。这种系统可以用于创建虚拟三维环境来模拟现实世界，其实现原理是利用虚拟的声音、图像等作用于用户的五官感受从而为用户建立一个有别于现实世界的虚拟环境，并且用户能够对虚拟世界中的物体进行交互操作，以便更好地融入到虚拟环境之中。在传统的交互中，用户通过计算机界面进行交互操作，而虚拟现实技术着力于研究如何削弱界面的存在感，其目的是为了使用户在虚拟环境中感受不到界面的存在，真正地沉浸于虚拟环境之中。
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