虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的物理模擬及交互性的研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最突出的特點(diǎn)就是沉浸性和交互性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能創(chuàng)造出的動(dòng)態(tài)的、可交互的虛擬環(huán)境。其關(guān)鍵技術(shù)包括實(shí)時(shí)圖形渲染技術(shù)、視景仿真技術(shù)、三維建模技術(shù)、實(shí)時(shí)物理模擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等。這些技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算幾何、物理學(xué)、自動(dòng)控制等學(xué)科。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。 橋式起重機(jī)虛擬駕駛模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在駕駛模擬培訓(xùn)方面的應(yīng)用。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的模擬駕駛器可以使起重機(jī)駕駛員沉浸在

2、虛擬的起重機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)，利用操縱控制桿操縱虛擬起重機(jī)，吊鉤按照真實(shí)的受力狀態(tài)擺動(dòng)，從而達(dá)到訓(xùn)練的目的。因此，模擬交互狀態(tài)下起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)及吊鉤的擺動(dòng)對(duì)于本項(xiàng)目非常重要。 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的實(shí)時(shí)物理模擬技術(shù)可以很好的模擬真實(shí)操縱狀態(tài)下起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)及吊鉤的擺動(dòng)。本論文中選用三維圖形引擎Open Scene Graph（OSG）作為視景仿真和實(shí)時(shí)渲染工具，首先對(duì)OSG中相關(guān)的技術(shù)開展了研究，包括：場(chǎng)景管理及場(chǎng)景圖技術(shù)原理的研究；OSG中

3、繪圖程序框架的研究及實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫程序和交互式程序時(shí)修改繪圖程序框架的方法；虛擬攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)原理的研究及操縱虛擬攝像機(jī)方法的研究；OSG中的位置姿態(tài)類（Position Attitude Transform）的實(shí)現(xiàn)原理；OSG中基本幾何體繪制技術(shù)及變形體繪制原理。 論文主要研究實(shí)時(shí)物理模擬技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，著重研究粒子和剛體動(dòng)力學(xué)方程及矩陣形式；適合實(shí)時(shí)動(dòng)力學(xué)模擬的數(shù)值計(jì)算方法及軟件模塊解算器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；碰撞檢測(cè)技術(shù)的研究包括多種包圍盒