基于OpenGL的三维地形场景漫游系统

潍坊学院本科毕业设计摘要I基于OpenGL的三维地形场景漫游系统摘要：漫游系统是虚拟现实的一种表现手法，三维立体的交互性在现实中的应用也越来越广泛，游戏、建筑等一些行业都有很多应用，用户可以通过人机交互技术去体验和观察虚拟环境的情况。进入二十世纪后期，计算机软件和硬件系统的发展让大规模场景的实时动画制作成为可能。计算机科学技术的迅猛发展，使得人们的生活质量越来越高，对于视觉效果的要求也越来越高，而计算机图形学的发展为此提供了技术基础，所以，基于OpenGL的漫游系统的开发也越来越多。本文就是介绍了一个基于OpenGL的三维地形场景漫游系统，建立一个简单的地形场景，以OpenGL为基础实现其漫游。预期通过OpenGL强大的建模功能和纹理绘制功能建立一个地形场景，然后使用MicrosoftVisualStudio2008为开发工具实现其漫游的功能。关键词：虚拟现实技术；计算机图形学；OpenGL；漫游潍坊学院本科毕业设计摘要II3DterrainsceneroamingsystembasedonOpenGLAbstract：3DRoamingisanimportanttechnologyinvirtualrealitysystem,anditwasmoreandmorewidelyusedinmany3Dinteractiveapplicationslikegames,architectureroamingandsoon.Theusercanexperienceandobservethevirtualenvironmentthroughhuman-computerinteractiontechnology.Inthelate20thcentury,thedevelopmentofcomputersoftwareandhardwaremakeslargescaleanimationpossible.Atthesametime,withtherapiddevelopmentofcomputerscienceandtechnology,people'slifequalityisbecomingmoreandmorehigh,soasthepeople’srequirementtothevisualeffects.Theprogressofcomputergraphicsthereforeprovidestechnicalbasis,andthedevelopmentof3Droamingsystemisbecomingpopular.Thispaperistointroducea3DterrainsceneroamingsystembasedonOpenGL.Thesystemestablishedasimpleterrainscene,andimplementedtheroamingfunctionusingOpenGL.WiththepowerfulmodelingfunctionandtexturemapcapabilityofOpenGL,wesuccessfullyimplementa3DterrainroamingsystemontheplatformofMicrosoftVisualStudio2008.Keywords：VirtualReality;ComputerGraphics;OpenGL;Roaming潍坊学院本科毕业设计1目录1课题分析..............................................错误!未定义书签。1.1环境分析...........................................错误!未定义书签。1.2国外研究现状........................................................11.3国内研究现状........................................................22理论基础...............................................................32.1虚拟现实技术及特性................................................32.2计算机图形学......................................................42.3OpenGL及特点.....................................................43系统设计...............................................................63.1设计思想............................................................63.2生成地形............................................................63.3生成天空盒..........................................................74系统实现..............................................................84.1环境配置............................................................84.2头文件..............................................................84.3地形渲染............................................................94.4天空盒.............................................................124.5向量...............................................................184.6纹理映射...........................................错误!未定义书签。4.7摄像机.............................................................194.8控制漫游...........................................................205总结..................................................................23参考文献................................................................24附录....................................................................25致谢....................................................................26潍坊学院本科毕业设计11课题分析1.1环境分析在当下人们对于视觉享受的要求正在不断提高，虚拟现实技术正越来越多的出现在人们生活中的医药、工业、旅游等各个不同的领域，而且它也在一步步的被人们所接受，这就促进计算机图形学的不断发展，人们对于三维立体空间效果的不断适应，也使得三维立体特效的使用更加普遍，场景漫游在建筑业、旅游业、家庭内部装修等领域发挥的作用也越来越大，使得OpenGL的应用越来越普遍。虚拟三维地形场景漫游系统的开发也是未来发展的趋势。实现在三维地形场景的漫游是虚拟现实技术的重要的组成部分，是对虚拟的三维地形环境的一种实时体验和观察。地形场景漫游已经成为一个很广泛的应用领域。当前，国内外对于三维地形场景漫游的研究是以场景的创建方式来划分的。一种是原先的以几何建模为基础的虚拟漫游技术，另一种是以现实的景物为基础的虚拟漫游技术。这两种创建虚拟场景的方法都存在着各自的优点和缺点，将这两种方式结合起来建造模型的混合建模技术的基本思想是：先利用基于现实场景的建模与绘制来构造虚拟空间环境得到真实的视觉特效，同时对虚拟空间场景环境中的景物采用以几何模型的建模和绘制方法为基础来进行景物实体的创建，这样在保证了实时性和交互性的基础上，使得场景显得更加真实。这种混合建模的技术使得在目前计算机硬件水平不是很高的现在，让这种在小规模、局部范围内的三维地形场景的实时漫游成为可能。而对于较复杂的三维地形场景漫游系统的建立，就一定要实现现实中地形场景的数据在虚拟空间的存储和调用。1.2国外研究现状虚拟现实技术最先是从美国开始进行研究的，美国在虚拟现实技术上研究的进城就代表了全球范围内的虚拟现实技术发展水平。在洛杉矶和费城开发和构建的虚拟漫游系统被称为是国际上最成功地虚拟漫游系统其中之一。北卡罗来纳大学（UNC）开发创建了可以在建筑设计上使用的Walk-through漫游系统，参与者可以在虚拟的建筑环境里实现漫游功能。德国的西门子公司在公元两千年举行的汉诺世界博览会”上，采用虚拟技术完成了虚拟的二十一世纪展望馆。美国波音公司生产的波音777运输飞机使用研发的虚拟现实系统将所虚拟场景和现实空间的情景重叠，将虚拟的样板同制造中的设备相比较，并采用了全无纸化设计，操作人员可以用模板作为基础来控制待加工的大小，进一步革新优化了工序。维吉尼亚大学运用虚拟现实技术把古罗马时期的城市重新还原向全世界人们展示，潍坊学院本科毕业设计2这个项目从1997年至2007年，由美国、意大利、英国和德国的专家组成经过十年的努力，终于完成了罗马重生”这个科学项目，构造出来的的罗马古城向人们展示了大概三十个城市建筑的内部构造，这个重生的罗马古城被称为是全球范围内最大的虚拟建筑。在虚拟的古罗马城市里，参与者借助计算机可近距离观赏凯旋门上的雕刻，也可在古罗马的斗兽场内“散步”，通过这个三维动画虚拟场景，能够看到在现实中的古罗马不能看到的旅游风光，而且游览者能够在虚拟的古罗马城里面查找方位，也可以俯视整个古罗马城市也可以去游览竞技场等著名的古罗马建筑。日本的犬山古城建筑被日本人叫做国宝，日本的Cadcenter公司人员用CG技术进行了制作设计，这个虚拟现实系统恢复了犬山城的三个大部分。本系统运用Quest3D软件重现了犬山城的景象，整个画面非常优美。1.3国内研究现状我国对于虚拟现实技术的认知与探究相对要晚一点，与一些欧美国家还有一定的差距。但目前VR技术已引起国内大批的科学家工作者的高度关注，国家有关政府部门也制定了九五计划、国家高新科技研究发展计划、自然科学基金委、国家“863计划”等很多与虚拟现实技术有关的研究项目。因此，从20世纪80年代起，我国的许多研究所和重点大学都安排了有关高性能的计算机操作系统、网络计算、多媒体技术、仿真建模、先进人机接口和人工智能等研究课题，并且取得了世人瞩目的成绩。二零零五年，自然科学基金委将“虚拟奥运博物馆关键技术研究和“远程沉浸式虚拟奥运博物馆关键技术研究作为重大科研项目并鼎力支持，这两个项目分别委托给北航和浙大两所高校。实现了不管何人，在何时，只要是是在奥运场地及相关地方都可以实时、便捷的获取自己想要获取的服务或信息的功能，这是数字奥运展现给人们的美好未来。而虚拟的奥运博物馆是“数字奥运”最重要的研究项目，同时还是我国申办奥运会的重大创新。“虚拟奥运博物馆创建于北京奥林匹克运动会组织委员会的网站空间里。虚拟奥运博物馆主要向人们展现了两部分的内容：第一部分是中国古代体育文化项目和西方古代体育文化项目的区别，