基于OSG的虚拟场景中运动控制与交互技术研究

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虚拟现实技术作为一门具有广阔应用前景的新兴科学技术,越来越受到大众的关注。沉浸性、交互性和构想性是虚拟现实系统的三大特征。然而,如果不能对虚拟场景进行实时自然的交互控制,这些特征也就无从实现。因此,虚拟场景中实时交互运动控制技术的研究,对虚拟现实技术的发展具有重要的推动作用。论文按照从理论到应用,从设计到实现的技术路线,结合物流中心立体仓库虚拟仿真系统和汽车起重机驾驶模拟器的开发,对虚拟场景中交互控制的关键技术进行了深入的研究。本论文中选用三维图形引擎OpenSceneGraph (OSG)作为视景仿真和实时渲染工具。首先对OSG中相关的技术进行了研究,叙述了常用的几种交互控制外部设备及编程接口。论文对虚拟场景中交互控制技术分两方面进行研究:对场景模型的运动控制和对相机视口的交互控制。虚拟场景中的物体运动应该尽可能地符合实际物理规律。论文描述了刚体运动的控制方法,探究了三维按钮菜单的交互技术,基于动画模型开发了一种人物角色驱动控制模式,并针对柔性物体运动的复杂性,引入物理引擎进行实时物理模拟控制。拥有良好的相机视口控制机制,既能够方便用户对虚拟场景的漫游观察,又能够增强虚拟现实系统的沉浸感。论文从分析三维图形显示原理和OSG的相机控制机制入手,研究了基于动画相机的具有平滑过渡效果的视口切换技术,开发了带有物理属性的弹性相机视点。论文最后叙述了交互控制技术在“物流中心立体仓库虚拟仿真系统”和“汽车起重机驾驶模拟器”中的应用,并且深入分析了交互硬件外部设备的接入技术。
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