大规模动态虚拟场景管理关键技术的研究

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1、万方数据中图分类号旦圣!!：§UDC600硕士学位论文学校代码!Q53三密级公珏大规模动态虚拟场景管理关键技术的研究ResearchonKeyTechnologiesofManagementforLarge—·scaleDynamicVirtualScenes作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：哥IJ指导教师：刘腾飞计算机科学与技术软件工程信息科学与工程学院王斌教授史秀志教授论文答辩日期加l鞋5．四答辩委员会主席—隧l军赞l中南大学二零一四年五月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，

2、所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：立娅日期：上咀牡年—皇月三垃日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构

3、送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：生l睦丝导师签名日期：五业年玉月丝日吼绌年王珥日万方数据大规模动态虚拟场景管理关键技术的研究摘要：虚拟场景的组织与管理是虚拟现实应用的基础和保障，真实感和实时性是虚拟场景管理的两个基本要求。即使在计算机硬件处理能力，特别是图形硬件性能突飞猛进的今天，在虚拟场景的真实感和实时性要求之间也必须采取某种程

4、度的折衷。在此背景下，本文提出了如何生成和管理基于井下金属矿山作业环境的大规模动态虚拟场景，使之既能满足与用户交互的实时性又能满足场景渲染的真实感。主要研究内容如下：1)对于虚拟的井下金属矿山作业场景而言，不能将整个场景一次加载到内存。因此采用基于入口划分的策略将场景划分更小的场景块，当系统运行时，只需加载当前所在场景的块。最后以块为单位，实现了大规模场景的组织管理和碰撞检测。2)综合分析了虚拟场景的组织管理方式对场景管理效率的影响，本文提出了一种改进场景图的场景管理方法，通过实施场景管理与渲染分离的策略

5、，采用场景图作为管理场景的组织方式，提高了与用户交互的效率；对于室内场景采用对象二叉树与室外场景采用对象八叉树作为碰撞检测和渲染场景的组织方式，以加速碰撞检测和渲染。3)由于碰撞检测是在运行期间进行，针对井下金属矿山作业环境中大部分物体是静态的，而碰撞检测又具有局部性，为了减少运行时的系统开销，可以对场景中物体的可碰撞性检测进行预计算而不是在运行期间进行计算，获得潜在可碰撞集，本文提出了一种获得潜在可碰撞集的方法，并在此基础上实现碰撞检测算法。对大规模虚拟场景分块后，本文引入缓存机制对加载到内存中的场景块

6、进行管理，并以场景块为并行粒度实现基于MPI技术的并行碰撞检测。演练平台应用实例已完成开发工作，并进行了严格的系统性能测试，测试结果表明平台已经能够达到预期目标，验证了该方法既能满足用户交互的实时性又能够增加渲染的沉浸感。图37幅，表5个，参考文献61篇。关键词：场景管理；场景图；对象八叉树；碰撞检测；潜在可碰撞集分类号：TP311．5万方数据ResearchonKeyTechnologiesofManagementforLarge-scaleDynamicVirtualScenesAbstract：Th

7、eorganizationandmanagementofvirtualsceneisthefoundationandwarrantyofthevirtualrealityapplication．Realismandreal-timearethetwobasicrequirementsforthevirtualscenemanagement．Evenwiththerapidgrowthofcomputerhardwareprocessingcapability,especiallytheperformanc

8、eofgraphichardware，weshouldtakecompromisebetweenrealismandreal-timerequirementsinthevirtualscenetosomedegree．Underthisbackground，thispaperproposeshowtobuildandmanagethelarge-scaledynamicvirtualscenebasedontheworkenv