【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐步滲入人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要應(yīng)用之一,此仿真系統(tǒng)通過(guò)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向用戶提供了一種具有高逼真性及高沉浸感的虛擬世界,且可通過(guò)必要的設(shè)備與此虛擬世界進(jìn)行交互,其中,物體發(fā)生形變是交互操作中的重要表現(xiàn)之一。在對(duì)物體的形變仿真中,使用的物體模型主要有網(wǎng)格模型和點(diǎn)云模型。點(diǎn)云模型具有儲(chǔ)存小、簡(jiǎn)單靈活等特點(diǎn),因此其常被用于物體發(fā)生大形變的仿真計(jì)算中。然而在使用點(diǎn)云模型進(jìn)行大形變仿真時(shí),物體模型可能會(huì)出現(xiàn)局部稀疏甚至空洞的現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致物體模型的后期渲染效果不佳,不能滿足虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的高逼真性要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本文提出一種基于徑向基函數(shù)的點(diǎn)模型自適應(yīng)插值方法,主要研究工作如下:(1)提出一種基于徑向基函數(shù)的點(diǎn)模型自適應(yīng)插值方法。首先為三維點(diǎn)云空間建立基于二次柵格劃分的空間拓?fù)潢P(guān)系及K鄰域搜索,檢測(cè)點(diǎn)云模型中的低密度點(diǎn),并通過(guò)鄰域擴(kuò)展原則提取點(diǎn)模型的稀疏區(qū)域;然后在稀疏區(qū)域內(nèi),根據(jù)低密度點(diǎn)及其鄰域點(diǎn)構(gòu)建其矩形微切平面,并在此平面內(nèi)進(jìn)行適應(yīng)性均勻采樣;最后根據(jù)稀疏區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建徑向基函數(shù)插值曲面,并通過(guò)梯度下降法將新增的采樣點(diǎn)向該曲面進(jìn)行修正,保證模型的連續(xù)性與光滑性。(2)將基于徑向基函數(shù)的點(diǎn)模型自適應(yīng)插值方法應(yīng)用于靜態(tài)稀疏模型以及模型形變的動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中。在算法應(yīng)用過(guò)程中,首先將插值方法應(yīng)用于靜態(tài)的稀疏模型,通過(guò)對(duì)靜態(tài)稀疏模型的插值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此算法可有效地為模型的稀疏區(qū)域進(jìn)行插值,很好地豐富了點(diǎn)模型信息,且該稀疏區(qū)域在插值后可與模型的其他區(qū)域的密度保持一致,證明了基于徑向基函數(shù)的點(diǎn)模型自適應(yīng)插值方法的可行性及有效性;然后研究并設(shè)計(jì)了一種虛擬模型形變仿真系統(tǒng),并將基于徑向基函數(shù)的點(diǎn)模型自適應(yīng)插值方法集成到此系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了模型形變過(guò)程中的動(dòng)態(tài)插值,很好地解決了點(diǎn)模型發(fā)生大形變后局部出現(xiàn)稀疏的問(wèn)題,保證了模型在形變動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中的渲染效果逼真性。
[Abstract]:With the development of computer technology, virtual reality technology has gradually penetrated into every field of human life. Virtual reality simulation system is one of the important applications of virtual reality technology. This simulation system provides a virtual world with high fidelity and high immersion to users by using virtual reality technology. And it can interact with the virtual world through necessary devices, in which object deformation is one of the important manifestations of interactive operation. In the deformation simulation of objects, the main object models used are grid model and point cloud model. The point cloud model has the characteristics of small storage, simple and flexible, so it is often used in the simulation of large deformation of objects. However, when the point cloud model is used for large deformation simulation, the object model may appear the phenomenon of local sparsity or even cavitation, which leads to the poor rendering effect of the object model, which can not meet the requirement of high fidelity of the virtual reality system. In order to solve this problem, a point model adaptive interpolation method based on radial basis function is proposed. The main research work is as follows: (1) A point model adaptive interpolation method based on radial basis function is proposed. Firstly, the spatial topological relation and K neighborhood search based on quadratic grid partition are established for 3D point cloud space to detect the low density points in the point cloud model, and then the sparse region of the point model is extracted by neighborhood extension principle, and then in the sparse region, The rectangular microtangent plane is constructed according to the low density point and its adjacent points, and the adaptive uniform sampling is carried out in the plane. Finally, the radial basis function interpolation surface is constructed according to the point data in the sparse region. The new sampling points are modified to the surface by gradient descent method. The continuity and smoothness of the model are guaranteed. (2) the point model adaptive interpolation method based on radial basis function is applied to the static sparse model and the dynamic simulation of model deformation. In the application of the algorithm, the interpolation method is first applied to the static sparse model. The experimental results of the static sparse model show that the algorithm can effectively interpolate the sparse region of the model. The point model information is well enriched and the density of the sparse region can be consistent with that of other regions of the model after interpolation, which proves the feasibility and effectiveness of the point model adaptive interpolation method based on radial basis function. Then a virtual model deformation simulation system is studied and designed, and the point model adaptive interpolation method based on radial basis function is integrated into the system to realize the dynamic interpolation in the process of model deformation. The problem of local sparseness after the large deformation of the point model is well solved and the rendering effect of the model in the process of dynamic deformation simulation is guaranteed to be realistic.
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.9;O241.3

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2220392