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机械三维模型的实时交互式显示

作者：莫燕 Publish: 2003-10-16 Hits:-

【中文题名】

机械三维模型的实时交互式显示

【英文题名】

Real Time and Interactive Display of Mechanical 3D Model

【学科专业】

机械电子工程

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2003-10-16

【中关键词】

虚拟现实,三维模型,OpenGL,法向量,简化模型,多分辨率模型

【英关键词】

Virtual reality,3D model,OpenGL,Normal vector,Simplified model,Multi-resolution model,

【分类导航】

工业技术>机械、仪表工业>机械设计、计算与制图>机械模型>>

【论文摘要】

虚拟现实技术在近年来得到迅速发展，已经与多媒体技术及计算机网络技术并称为现代三大计算机技术。本文介绍了虚拟现实的概念，虚拟现实系统所具有的基本特点，以及虚拟现实的关键技术和研究内容。通过深入系统地分析虚拟现实技术在国内外的研究现状和发展趋势，提出本课题的研究工作重点是建立三维模型系统，实现三维几何实体模型的调入、显示及交互。在不影响模型显示质量的前提下，对其进行静态和动态的简化处理，以减小绘制过程所需的计算机资源，提高交互的实时性，为充分利用低档计算机尤其是PC机来实现虚拟现实系统开辟一条新的途径。模型构造是虚拟现实技术中最基本的也是必不可少的一项技术，Windows包含的OpenGL是目前国际上公认的三维图形工业标准，但是复杂的物体模型不可能单纯依赖于利用OpenGL基本函数以及实例库提供的基本几何体来构造，而且建立三维模型库不仅工作量巨大，应用程序也不具有普遍适用性。本文中以面向对象语言VC++实现了OpenGL与3DS文件之间的接口，可以直接显示3DS模型。充分利用丰富的3DS公共资源，来降低虚拟现实系统的开发难度。如何充分利用PC机来处理复杂的几...

【论文题纲】

第一章文献综述	9-29
1.1 虚拟现实技术与虚拟现实系统	9-11
1.1.1 虚拟现实技术的发展	10
1.1.2 虚拟现实的关键技术和研究内容	10-11
1.2 环境建模技术	11-13
1.2.1 基于计算机图形学的三维几何模型建模和绘制方法	12-13
1.2.2 基于图象的建模和绘制方法	13
1.2.3 混合建模和绘制方法	13
1.3 基于图象的绘制技术	13-17
1.3.1 基于图象的绘制技术的实现方法	14-15
1.3.2 光场重建技术	15-16
1.3.3 表面反射属性的重建	16-17
1.4 混合式建模和绘制技术	17-19
1.4.1 混合建模技术的相关问题	18-19
1.4.1.1 有效地获取模型数据	18-19
1.4.1.2 三维场景的生成	19
1.5 多分辨率模型和三维几何压缩	19-23
1.5.1 网格简化方法	20-22
1.5.2 模型简化算法	22-23
1.5.2.1 Schroeder的顶点删除法	22
1.5.2.2 Turk的重新布点法	22
1.5.2.3 Hoppe的能量函数法	22-23
1.5.2.4 Hinker的合并共面多边形法	23
1.6 三维交互	23-27
1.6.1 三维交互设备	24-26
1.6.1.1 浮动鼠标	25
1.6.1.2 数据手套	25
1.6.1.3 手持式操作器	25
1.6.1.4 力矩球	25-26
1.6.2 三维交互方式	26-27
1.6.2.1 直接操作	26
1.6.2.2 三维控件	26-27
1.7 课题的提出	27-29
1.7.1 研究目标	27-28
1.7.2 研究内容	28
1.7.3 研究方法及路线	28-29
第二章三维模型的读取和绘制	29-47
2.1 三维图形数据文件格式简介	29-42
2.1.1 3DS文件格式	30-38
2.1.1.1 3DS文件格式总览	30-32
2.1.1.2 3D编辑器块	32-37
(1) 物体定义块(0x4000)的子块信息	33-37
(2) 材质定义块(0xAFFF)的子块信息	37
2.1.1.3 关键帧块	37-38
2.1.2 DXF文件格式	38-40
2.1.3 Wavefront文件格式	40-41
2.1.4 各种3D数据模型的相互转换	41-42
2.2 在OpenGL中读取和操作3DS模型文件	42-47
2.2.1 数据结构	42-44
2.2.2 数据处理	44-47
2.2.2.1 顶点法向量	44-45
(1) 三角形面的法向量	44-45
(2) 权值计算	45
2.2.2.2 显示列表	45-47
第三章三维模型的简化及多分辨率表示	47-69
3.1 三维模型简化技术概论	47-49
3.1.1 模型简化技术的重要性	47-48
3.1.2 模型简化方法的比较	48-49
3.2 基于法向的三维模型简化方法	49-58
3.2.1 基本原理	49-50
3.2.2 基本定义	50-51
3.2.3 简化算法描述	51-55
3.2.3.1 边列表数据结构	51-52
3.2.3.2 边收缩操作后新顶点的选择	52
3.2.3.3 控制顶点的法向变化	52-54
3.2.3.4 边收缩操作合法性检查	54-55
(1) 控制面的法向变化	54
(2) 控制狭长三角片的生成	54-55
3.2.4 简化结果	55-58
3.3 三维模型的实时连续多分辨率表示	58-67
3.3.1 网格中边长与视点的关系	59-60
3.3.2 视点与模型间的距离	60
3.3.3 算法描述	60-64
3.3.3.1 算法细节	61-62
3.3.3.2 排序算法	62-63
3.3.3.3 顶点数据操作	63-64
3.3.3.4 绘制过程	64
3.3.4 实验结果	64-67
3.4 总结	67-69
3.4.1 程序运行界面简介	67-68
3.4.1.1 工具栏功能简介	67-68
3.4.2 程序运行效率分析	68-69
第四章研究工作的发展	69-72
4.1 本文所做的工作	69-70
4.2 进一步工作的展望	70-72
参考文献	72-76
致谢	76

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.91297



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