面向海洋虚拟现实和可视化渲染引擎的设计与实现
21世纪是海洋世纪,随着经济全球化和新科技革命的兴起,作为应对海洋问题有效工具之一的海洋信息技术近年来得到了飞速发展。三维虚拟现实技术以其独特的沉浸感、想象力和交互性在海洋环境与海洋生命仿真中显示出强大的技术优势和广泛的应用前景。同时,发展海洋信息多维可视化,利用科学计算可视化的理论、技术与方法对海洋进行全方位直接观察、研究和探索,是当前我国建立“数字海洋”系统中急需面对的核心问题之一。海洋虚拟现实与可视化日益成为海洋信息技术产业发展的重要领域,因此专门面向海洋虚拟现实与可视化渲染引擎的设计与实现具有重要的现实意义。 本文针对海洋科研领域中的需要,设计并实现了专门面向海洋虚拟现实与多维可视化的VV-Ocean三维渲染引擎,并根据研究成果在自主研发的海洋虚拟现实与可视化VV-Ocean平台中进行海洋虚拟现实功能模块与多维数据可视化功能模块的集成与应用。论文的主要工作以及取得的研究成果如下: 1.VV-Ocean三维渲染引擎的设计与实现 设计一个专门面向海洋虚拟现实和可视化的渲染引擎,支持对三维真实场景的仿真绘制,支持对复杂多变的不同海洋数据的可视化绘制。以类型池统一规范管理数据,基于GPU以统一的可编程图形流水线替代固定的图形流水线,以此来最大限度的提高用户仿真体验与渲染效率。 2.VV-Ocean平台中海洋虚拟现实功能模块的添加 在三维渲染引擎基础之上搭建海洋虚拟现实环境,主要包括对3DS格式建筑模型文件的渲染、骨骼动画功能的支持,水面特效的实现和全球真实场景中局部水面的绘制,以及基于粒子系统的雾效和水下气泡仿真功能的实现。 3.VV-Ocean平台中海洋数据多维可视化模块添加。 对海陆地形进行二维可视化,通过对DEM地形数据分层设色实现数字地貌晕渲图的渲染;基于真实海平面高度异常数据实现全球海平面高度异常可视化,并分析其与大洋环流之间的内在联系;在渲染引擎基础之上实现其他海洋标量场、矢量场的可视化功能。 本文实现了面向海洋虚拟现实与可视化的三维渲染引擎的设计,为自主研发的VV-Ocean海洋虚拟现实与可视化平台提供底层渲染功能,并基于渲染引擎实现了一系列海洋虚拟现实与可视化的功能模块。借助渲染引擎对三维模型数据、复杂多变的海洋数据格式的支持,实现了VV-Ocean平台中虚拟现实模块渲染与可视化功能模块渲染的无缝结合,在数字海洋建设、海洋管理以及海洋使用及规范中有重要应用价值。
虚拟现实;可视化;渲染引擎;数字海洋
中国海洋大学
硕士
地图学与地理信息系统
张涛
2012
中文
TP391.9
63
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）