基于網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的宏觀與微觀空間三維可視化技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、空間三維可視化是虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)和空間研究相結(jié)合的新發(fā)展之一，是實(shí)現(xiàn)宏觀空間與微觀空間的三維表達(dá)的必要手段之一。論文研究了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)理論及其在各種環(huán)境下的解決方案，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在以“數(shù)字地球”為代表的宏觀空間與以“蛋白質(zhì)與材料大分子的三維結(jié)構(gòu)”為代表的的微觀空間中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)引擎、WebVR的空間三維可視化系統(tǒng)的構(gòu)架。主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：
　　 1.介紹了網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化技術(shù)的

2、基礎(chǔ)概念和發(fā)展歷程，研究現(xiàn)狀與WebVR引擎的發(fā)展背景，核心技術(shù)，應(yīng)用研究以及功能和特色。介紹了WebVR技術(shù)已經(jīng)在空間科學(xué)中的應(yīng)用，以及其表達(dá)空間可視化的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合當(dāng)今硬件的發(fā)展以及新型軟件對(duì)系統(tǒng)性能的需求，介紹了最新的可視化技術(shù)和傳統(tǒng)的優(yōu)化手段。在此基礎(chǔ)上，研究并實(shí)現(xiàn)了新技術(shù)背景下WebVR引擎的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 2.以“數(shù)字地球”為代表的地學(xué)大空間為例，研究了WebVR引擎在宏觀空間的三維可視化中的應(yīng)用。研究了多維數(shù)據(jù)融合

3、的手段和構(gòu)建三維地球模型的方法，研究了支持多用戶同時(shí)在線的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎WebVR，它將地理空間、虛擬空間與P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)映射，以業(yè)務(wù)化的四叉樹方法對(duì)這三個(gè)空間劃分。以Hash值標(biāo)識(shí)為區(qū)域的地理編碼，并以Hash值索引用戶列表、地形數(shù)據(jù)、模型對(duì)象數(shù)據(jù)。通過(guò)改進(jìn)的Kadmelia模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享。以多維互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)為核心框架，以互聯(lián)網(wǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)(WebVR)技術(shù)為表現(xiàn)手段。
　　 3.以“動(dòng)態(tài)蛋白質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)”

4、為例，研究了WebVR引擎在微觀空間的三維可視化中的應(yīng)用。研究了在計(jì)算機(jī)科學(xué)和可視化領(lǐng)域，幫助生物學(xué)家可視化，理解和操作大型和復(fù)雜的分子系統(tǒng)的進(jìn)展。描述了不同分子表達(dá)的實(shí)現(xiàn)和計(jì)算，例如甘草，球棒，空間填充的范德華球與采用GPU處理表面的溶劑。介紹一個(gè)叫做Hyperball的改進(jìn)的球棒表達(dá)，通過(guò)雙曲面取代了使用管道，以順利連接原子球。通過(guò)實(shí)例證明，這種方法對(duì)于表達(dá)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象尤其有用，例如非共價(jià)鍵的演變。此外它非常適合表達(dá)粗粒度模型以及彈簧網(wǎng)

5、絡(luò)。利用GPU渲染加速能力，這種方法可能常規(guī)的，準(zhǔn)確的和交互的渲染從幾個(gè)原子到高達(dá)50多萬(wàn)個(gè)原子組成的龐大分子。
　　 4.對(duì)WebVR引擎在宏觀空間和微觀空間可視化中應(yīng)用進(jìn)行了比較與借鑒。對(duì)于一些共同的優(yōu)化手段進(jìn)行了介紹。介紹GPU加速的原理，優(yōu)勢(shì)，和在宏觀空間與微觀空間中渲染帶來(lái)的改進(jìn)；介紹了基于P2P的數(shù)據(jù)分享與調(diào)度策略以及數(shù)據(jù)的流式傳輸方法；介紹了面向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的空間索引方法，以及其在宏觀空間和微觀空間中的具體應(yīng)用。綜合這