基于虚拟现实的水利水电工程施工动态仿真可视化研究

【摘要】：水利水电工程建设是一项复杂而庞大的系统工程,投资额大,技术要求高,因受自然条件限制影响,不确定因素众多,采用计算机技术动态的、实时的、交互的对具有时空特性的工程数据集合进行可视化分析成为信息科学的研究热点,是水利水电工程科学与现代计算机科学技术相结合的必然产物。虚拟现实在信息可视化上的独特优势受到了信息科学领域和工程界的关注。它的兴起,为人机交互界面的发展开创了新的研究领域,为工程界大规模的数据可视化提供了新的描述方法。目前在飞行仿真、军事训练、交互式GIS、虚拟购物、医疗、游戏、娱乐等领域取得了广泛的应用。本文针对大型室外虚拟场景的高效图形绘制、虚拟环境声生成等关键技术进行了论述和研究。分别对大型水利水电工程施工场区真实感地形模拟、动态模型对象建模、场景绘制管理、LOD处理、碰撞检测、拾取与反馈以及特效等技术细节进行了研究;在对施工虚拟场景进行描述的基础上与坝体施工仿真相结合,动态的展示整个施工场区的施工条件变化以及坝体的施工现状,开发出了具有临场感的施工场区可视化平台,为水利水电工程设计、施工、管理提供一种全新的环境。 【关键词】：虚拟现实 可视化 施工仿真 图形渲染 地理信息系统
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TV512
【目录】：

• 引言9-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究意义和目的10
• 1.2 本课题研究现状10-13
• 1.2.1 计算机在水利水电工程中的应用10-11
• 1.2.2 可视化技术及国内外发展状况11-12
• 1.2.3 水电工程中的可视化技术12-13
• 1.3 本文研究内容13-15
• 1.3.1 基于虚拟现实的图形可视化技术13
• 1.3.2 水电工程施工平面布置13-14
• 1.3.3 水电工程坝体施工仿真可视化14-15
• 第2章 虚拟现实技术概述15-22
• 2.1 虚拟现实发展概况15-16
• 2.2 虚拟现实系统组成16-22
• 2.2.1 虚拟现实技术的特点及分类17
• 2.2.2 虚拟现实的原理、特点17-18
• 2.2.3 虚拟现实系统的分类18-22
• 第3章 虚拟场景的几何建模22-42
• 3.1 三维场景对象分类23-24
• 3.2 数字地形模拟24-31
• 3.2.1 数字高程模型建模25-31
• 3.3 基本模型库建立31-42
• 3.3.1 静态模型建模31
• 3.3.2 动态模型建模31-38
• 3.3.3 模型构网算法总结38-42
• 第4章 真实感图形绘制42-54
• 4.1 图形绘制管道42-44
• 4.1.1 3D图形API42-43
• 4.1.2 绘制流程43-44
• 4.2 场景管理技术44-47
• 4.2.1 多层次模型生成与绘制44-45
• 4.2.2 场景结构管理45-47
• 4.3 碰撞检测技术47-50
• 4.3.1 碰撞检测基本算法47-49
• 4.3.2 场景对象的拾取与反馈49-50
• 4.4 场景特效50-54
• 4.4.1 粒子系统50-52
• 4.4.2 公告板技术52
• 4.4.3 天空体52-53
• 4.4.4 景深处理53-54
• 第5章 虚拟环境声处理54-57
• 5.1 基本理论54-55
• 5.2 三维真实感立体声实现55-57
• 第6章 VR技术在水利水电工程中的综合应用57-87
• 6.1 地学可视化57-60
• 6.1.1 地图学中的可视化57-58
• 6.1.2 基于VR & GIS的新地图学58-60
• 6.2 水利水电工程施工总平面布置60-65
• 6.2.1 施工总布置基本原则60
• 6.2.2 施工场地选择60-61
• 6.2.3 区域规划61
• 6.2.4 分区布置61-62
• 6.2.5 施工场区道路三维可视化辅助设62-65
• 6.3 构皮滩水电站拱坝混凝土施工仿真研究65-87
• 6.3.1 研究目的65-66
• 6.3.2 施工仿真现状66-68
• 6.3.3 坝体浇筑施工过程模拟的基本原理68-75
• 6.3.4 坝体施工仿真VR系统模型75-79
• 6.3.5 虚拟场景绘制79-80
• 6.3.6 施工场区漫游80-81
• 6.3.7 施工场地平面布置81
• 6.3.8 仿真过程与信息查询81-87
• 第7章 结论与展望87-89
• 7.1 本文主要成果87-88
• 7.2 进一步工作与展望88-89
• 参考文献89-93
• 致谢93

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