随着计算机科学技术以及多媒体应用技术的飞速发展,虚拟现实技术和仿真技术越来越受到人们的广泛关注。它们广泛应用于工业、国防、教育、医疗以及娱乐等方面。本文旨在应用虚拟现实技术来设计一个仿真系统,仿真智能机器人在未知环境中的自主导航。 通过对移动机器人导航仿真系统所涉及的机器人学、计算机图形学、3D数学建模以及Direct3D相关的技术与理论进行研究,本文将问题主要分成四个部分:虚拟对象模型创建、设计对象模型的着色器、碰撞检测和运动控制。本文研究内容和取得的成果如下: 1.对创建虚拟对象的数学模型的过程进行详细描述,其中包括机器人模型的创建,虚拟地形模型生成以及虚拟环境的制作三个部分。 2.利用可编程的着色器语言——HLSL(High Lever Shader Language)及其开发工具Fx Composer,编写了机器人模型、虚拟地形和天空盒的着色器(Shader),从而可以在编程过程中动态地调整对象模型的渲染参数,使虚拟场景在视觉上更具有真实感。 3.研究了相关的碰撞检测算法,比较了基于包围球、包围方盒与基于凸包的边缘包围盒三种封装模型的方法。利用基于凸包的边缘包围盒来封装对象模型,使用HS-jump算法来进行碰撞检测。 4.采用Visual Studio.NET并基于DirectX9 SDK建立了仿真系统框架、绘制了对象模型以及虚拟机器人自主避障。该三维模拟系统完全可以使用户从不同角度不同位置观看场景并与用户有着良好的交互性。 此系统实现了机器人在不同场景中运动的视觉效果,可以生动地呈现移动机器人在未知环境中的自主导航特征。