虛擬自然場景建模和可視化的若干問題研究.pdf

1、本文的具體內(nèi)容包括： 第一，研究了基于L系統(tǒng)的虛擬植物生長模擬。這類模擬通常是計算和數(shù)據(jù)密集的過程。本文基于L系統(tǒng)內(nèi)在的分支結(jié)構(gòu)，利用二叉樹作為底層數(shù)據(jù)組織方式重新實現(xiàn)了一類帶括號的隨機的上下文相關(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)在生長模擬環(huán)節(jié)有更高的時空效率，且具備更好的可擴展性。此外，利用單株植物生長過程內(nèi)在的并行邏輯，研究了單株植物的并行生長模擬算法，并實現(xiàn)了單株植物的sort-last并行

2、繪制算法。數(shù)值實驗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，地形實時繪制算法研究的焦點轉(zhuǎn)移到如何充分利用GPU的渲染和計算能力，減輕CPU的實時計算負擔上。通過一個預(yù)處理過程，分塊LOD算法可達到上述目的。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)計的，與之相伴的頂點冗余現(xiàn)象會造成實際網(wǎng)格規(guī)模要遠大于用戶的需要。本文基于Bowyer-Watson增量插點技巧

3、，實現(xiàn)了一個健壯的Delaunay網(wǎng)格生成算法，用于生成不包含任何冗余頂點的不規(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)模自然場景半沉浸式展示平臺的設(shè)計方法。該平臺使用微機集群進行并行繪制，使用投影機陣列拼接構(gòu)成大尺寸高分辨率的顯示環(huán)境，使用攝像機跟蹤手勢進行人機交互和場景漫游。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)模自然場景展示平臺構(gòu)建方法，包括整個系統(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)提出和實現(xiàn)了一種基于攝像機的手勢交互方法。該方法使用經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行膚色分割實現(xiàn)手的檢測，使用CamShift算法進行手的足艮蹤，使用Freeman算法進行輪廓抽取，并根據(jù)曲率實現(xiàn)手勢識別。最終將手勢識別結(jié)果轉(zhuǎn)換為通用的鼠標和鍵盤指令，對場景進行操縱。 最后，為驗證和展示上述研究成果，本文以顯示墻為顯示終端，將本文實現(xiàn)的虛