基于虚拟现实技术的应急演练系统设计与开发

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于虚拟现实技术的应急演练系统设计与开发作者姓名刘鹏博学位类别工程硕士指导教师李英伟教授2016年5月中图分类号：TP391.9学校代码：10216UDC：621.39密级：公开工程硕士学位论文（应用研究型）基于虚拟现实技术的应急演练系统设计与开发硕士研究生：刘鹏博导师：李英伟教授副导师：汪国平教授申请学位：工程硕士学科专业：电子与通信工程所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ClassifiedIndex:TP39Schoolcode:10216U.D.C:621

2、.39SecretLevel:openADissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEMERGENCYDRILLINGSYSTEMBASEDONVIRTUALREALITYTECHNOLOGYSYSTEMDESIGNANDDEVELOPMENTByLiuPengboSupervisor:ProfessorLiYingweiYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于虚拟现实技术的应急演练系统的设计与开发》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读

3、硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要随着工业化社会的发展，针对紧急事件发生的培训系统应急演练的需求日趋紧迫。但是目前应急演练系统并未普及，主要面临两个关键问题：一方面受虚拟现实技术制约，在大规模三维模型的快速绘制算法上始终无法保证效率，极大的增加了系统的使用成本；另一方面当前的应急演练系统在业务逻辑表现上还不够具体，用户无法通过复杂的操作流程来进行演练系统的培训，大幅度

4、增加了演练的学习成本，导致应用场景十分有限。本文针对这两个问题进行了研究。首先，针对大规模三维场景的实时绘制问题，研究了基于可见性算法和背向面剔除算法的时空相关性背向面剔除优化算法，并研究了基于视域体剔除算法的启发优化视域体剔除算法。在背向面剔除算法原理基础上。通过将三维模型数据分割为簇，再将每簇数据分为正向区及背向区，之后根据各区继续细分为查询核来组成遍历空间树结构来简化查询过程。通过研究启发优化策略中的平面性算法和掩码算法设计了启发优化视域体剔除算法。其次，针对大规模三维模型在绘制过程中因位置重叠产生的互相遮挡状况，研究了基于遮挡剔除算法的k-d树遮挡查询

5、优化算法。通过k-d树优先遍历算法和时空相关性相结合对遮挡查询算法进行优化。节点到视点的距离越小，优先级越高；一个物体可见时，原算法假设它在下一帧可见，可以进一步利用时空相关性而假设其在今后若干帧都可见，这样可以进一步减少遮挡查询的次数。最后，设计了适用于复杂业务逻辑的应急演练系统框架，并实现了基于观察者模式且满足系统独特要求的消息收发机制。依据抽象出的复杂事物模型设计了系统的整体框架，然后基于实时绘制技术设计了系统的可视化模块。在此基础上，给出了系统运行的实际结果。关键词：虚拟现实；数据可视化；加速绘制；应急演练；三维模型；可见性-I-AbstractAbs

6、tractWiththedevelopmentofindustrialsociety,thedemandforemergencydrilltrainingsystemfortheoccurrenceofanemergencyisbecomingmoreurgent.Butthecurrentsystemisnotuniversalemergencydrills,themainfacestwokeyproblems:ontheonehandbythevirtualrealitytechnologyconstraints,fastrenderingalgorith

7、monalarge-scalethree-dimensionalmodelcannotalwaysguaranteetheefficiency,greatlyincreasingthecostofthesystem;theotherontheonehandthecurrentemergencydrillsysteminthebusinesslogicspecificperformanceisnotenough,userscannotcarryouttrainingexercisesthroughacomplexsystemofoperatingprocedur

8、es,asubstantialincr