虛擬自然場(chǎng)景建模和可視化的若干問(wèn)題研究.pdf

1、本文的具體內(nèi)容包括： 第一，研究了基于L系統(tǒng)的虛擬植物生長(zhǎng)模擬。這類(lèi)模擬通常是計(jì)算和數(shù)據(jù)密集的過(guò)程。本文基于L系統(tǒng)內(nèi)在的分支結(jié)構(gòu)，利用二叉樹(shù)作為底層數(shù)據(jù)組織方式重新實(shí)現(xiàn)了一類(lèi)帶括號(hào)的隨機(jī)的上下文相關(guān)參數(shù)L系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的利用數(shù)組作為底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的L系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)在生長(zhǎng)模擬環(huán)節(jié)有更高的時(shí)空效率，且具備更好的可擴(kuò)展性。此外，利用單株植物生長(zhǎng)過(guò)程內(nèi)在的并行邏輯，研究了單株植物的并行生長(zhǎng)模擬算法，并實(shí)現(xiàn)了單株植物的sort-last并行

2、繪制算法。數(shù)值實(shí)驗(yàn)證明了多處理器架構(gòu)下我們并行算法的有效性。 第二，研究了基于不規(guī)則三角網(wǎng)的分塊地形繪制算法。隨著GPU技術(shù)的發(fā)展，地形實(shí)時(shí)繪制算法研究的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到如何充分利用GPU的渲染和計(jì)算能力，減輕CPU的實(shí)時(shí)計(jì)算負(fù)擔(dān)上。通過(guò)一個(gè)預(yù)處理過(guò)程，分塊LOD算法可達(dá)到上述目的。但現(xiàn)有算法主要是基于半規(guī)則三角網(wǎng)生成技巧設(shè)計(jì)的，與之相伴的頂點(diǎn)冗余現(xiàn)象會(huì)造成實(shí)際網(wǎng)格規(guī)模要遠(yuǎn)大于用戶的需要。本文基于Bowyer-Watson增量插點(diǎn)技巧

3、，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)健壯的Delaunay網(wǎng)格生成算法，用于生成不包含任何冗余頂點(diǎn)的不規(guī)則三角網(wǎng)。典型應(yīng)用中，新算法能使網(wǎng)格規(guī)模降低3成左右，這不僅顯著減少了預(yù)處理所產(chǎn)生的中間文件大小，也有利于提升后續(xù)的繪制效率。 第三，研究了大規(guī)模自然場(chǎng)景半沉浸式展示平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法。該平臺(tái)使用微機(jī)集群進(jìn)行并行繪制，使用投影機(jī)陣列拼接構(gòu)成大尺寸高分辨率的顯示環(huán)境，使用攝像機(jī)跟蹤手勢(shì)進(jìn)行人機(jī)交互和場(chǎng)景漫游。主要工作包括：(1)系統(tǒng)研究了新型的完全基于通用

4、硬件的大規(guī)模自然場(chǎng)景展示平臺(tái)構(gòu)建方法，包括整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)、并行繪制體系，以及投影儀的幾何和色彩校正。(2)提出和實(shí)現(xiàn)了一種基于攝像機(jī)的手勢(shì)交互方法。該方法使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行膚色分割實(shí)現(xiàn)手的檢測(cè)，使用CamShift算法進(jìn)行手的足艮蹤，使用Freeman算法進(jìn)行輪廓抽取，并根據(jù)曲率實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別。最終將手勢(shì)識(shí)別結(jié)果轉(zhuǎn)換為通用的鼠標(biāo)和鍵盤(pán)指令，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行操縱。 最后，為驗(yàn)證和展示上述研究成果，本文以顯示墻為顯示終端，將本文實(shí)現(xiàn)的虛