基于VRML數據的城市級場景渲染系統設計與實現

論文字數:12183,頁數:49

摘要

基于VRML數據的城市級場景渲染是虛擬現實、實時仿真以及交互三維設計等的重要應用，也是計算機圖形學本身的一個實際應用。本文首先介紹VRML，然后指出實現城市級城市級場景快速繪制的關鍵，最后介紹在實時繪制的場景里交互操作的實現。
本文所做的研究工作集中在四個方面：
(1) 學習了解VRML，分析VRML的節點結構，提出了一個基于C++的快速解析VRML方法。并在原有VRML文本結構基礎上實現部分數據二進制化，這種方法可以有利于文件的壓縮和更快速的解析。
根據實際項目需要，在原有VRML基礎上增加額外節點，實現在項目中的特殊需求。
(2) 利用OpenGL實現VRML的繪制。利用OpenGL的API函數對應上VRML各個節點的域進行一對一的繪制。
(3) 實現鼠標、鍵盤和其它外設（如方向盤，手柄等）在場景里漫游，為增加場景的仿真性，加入雨雪霧特效。
(4) 增加系統的可擴展性，對系統的解析器設計上進行擴展，設計實現解析的插件支持。VRML的解析為內置式解析器，增加其它三維數據格式的解析插件支持，已實現Open Flight的數據格式的插件解析支持。

 關鍵詞： VRML，OpenGL，城市級場景，繪制，外設
ABSTRACT

The city-class scene render based on VRML data is the virtual reality rendering scenes, real-time interactive three-dimensional simulation and design of critical applications, computer graphics is a practical application of their own. This paper first introduces VRML, and then pointed out that the city-class to achieve rapid large-scale mapping of the key scenes, and finally introduced in the real-time rendering of scenes in the achievement of interoperability.
In this paper, the research work done by focusing on four areas:
(1) Learn about VRML, analysis of VRML node structure, design a rapid VRML parser based on C + +. VRML in the original text based on the structure of binary data, and this method can be beneficial to file compression and more rapid resolution.
According to the actual needs of the project, the original VRML additional nodes to achieve the project's specific needs.
(2) Use OpenGL to render VRML. Use the API function corresponding VRML node in the OpenGL to one-to-one render.
(3) The realization of the mouse, keyboard and other joystick (such as steering wheel, joystick, etc.) roaming in the scene, in order to increase the simulation scenario, and adding special effects fog, rain and snow.
(4) Increase system Increase system scalability, the system is designed to extend the parser, designed to support plug-ins to achieve resolution. Analytical VRML parser for built-in to increase the other three-dimensional data analysis plug-in format support, has achieved Open Flight data analysis to support the format plug-ins.

 Keywords: VRML, OpenGL, City-class scene, Render, Joystick
目錄

摘要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
 1.1 背景 1
 1.2 VRML概述 2
 1.3 OpenGL概述 3
 1.4 研究內容 4
第2章 VRML解析技術 5
 2.1 VRML2.0文件的結構 5
 2.2 VRML2.0域說明 6
 2.2.1 SFBool 6
 2.2.2 SFColor和MFColor 6
 2.2.3 SFFloat和MFFloat 7
 2.2.4 SFInt32和MFInt32 8
 2.2.5 SFNode和MFNode 8
 2.2.6 SFRotation和MFRotation 8
 2.2.7 SFString和MFString 9
 2.2.8 SFTime和MFTime 9
 2.2.9 SFVec2f和MFVec2f 9
 2.2.10 SFVec3f和MFVec3f 10
 2.3 VRML類設計 11
 2.4 解析器詳細設計 12
 2.4.1 ReadWord 14
 2.4.2 ReadTransform和ReadGroup 15
 2.4.3 ReadShape 19
 2.5 本章小結 22
第3章 場景繪制技術 23
 3.1 VRML的繪制 23
 3.1.1 Transform的繪制 23
 3.1.2 IndexedFaceSet的繪制 25
 3.2 場景繪制加速技術 26
 3.3 本章小結 27
第4章 場景交互技術 28
 4.1 漫游實現 28
 4.1.1 四元數 29
 4.1.2 動態坐標軸 30
 4.1.3 球面上的移動 31
 4.2 外設支持 32
 4.3 本章小結 35
第5章 系統實現和可擴展性 36
 5.1 插件設計 36
 5.2 軟件界面 38
 5.3 系統整體流程 41
 5.4 本章小結 41
第6章 結論 42
 6.1 總結 42
 6.2 對未來的展望 42
致謝 44
參考文獻 45