文档介绍：复旦大学
硕士学位论文
一个3D虚拟舞台灯光系统的设计与实现
姓名:翁乐炜
申请学位级别:硕士
专业:计算机应用技术
指导教师:钟亦平
20070507
摘要随着年北京奥运会和年上海世博会的临近,围绕着盛会的各种诸如庆典、开幕式、电视类综合晚会等大型展示活动将会有很多。而大型开幕式的排练一般要数千人参加,实际操作过程需要花费大量的物力和财力。如果主创人员在正式制作、合成之前,能在一个虚拟的舞台中预先观看到场景的模拟仿真效果,将能极大地提高效率,节约成本开支。另一方面,随着性价比越来越高的高性能图形显示芯片的出现,三维图形图像技术的应用范围被大大地扩展了。但将虚拟现实,特别是三维设计、交互、展现的相关技术,应用在戏剧舞台表演和大型活动布局设计领域,目前在国内还不多见。针对这一现状,本文以自主研发的虚拟舞台原型系统为基础,对舞台灯光效果的实时展现进行了研究与实现。本文设计实现了一个实时虚拟舞台灯光系统,它能实时响应多用户硬件设备下的人机交互,并能依据舞台场景的特殊要求对场景进行实时绘制。由于在舞台排练系统中,经常有数百个不同种类型的光源同时照亮一个场景的情况发生,而目前图形硬件内置的光源模型单调,不能满足舞台灯光多样性的需要。对此,本文设计了一个扩展的衷驳乒饽P汀U飧瞿P具有多个可控参数,能够灵活地调节产生出不同种类型的灯光效果。同时,针对目前硬件系统承载能力不足以应付舞台场景中如此庞大的光源数量的问题,本文提出了实时动态优先级排序更新算法,它能减少不必要的计算,动态地为每个物体选取场景中对它产生影响最大的最优光源组,从而使得虚拟舞台场景中的光源都能实时地发挥作用。通过应用该算法,本系统最多可支持龉庠赐钡懔列槟馕杼ǹ占洹为了使场景的真实感程度得到提高,本文对场景中不同的物体使用了多个光照模型方程进行绘制,并介绍了一些光影效果在虚拟场景中实时模拟的方法。依据图形硬件的发展趋势,本文所有的绘制工作都是通过着色器语言最后,本文创建了不同的场景对虚拟舞台灯光系统进行仿真测试,并对数据结果进行分析。总体来说,场景绘制达到了满意的实时帧数和效果。关键词虚拟现实实时渲染可编程图形硬件着色器编程由苯油瓿傻摹复日人学硕上学位论文一个虚拟舞台灯光系统的设计与实现
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哔嗍学./作者签名:羔进日期:墨辫作者签名:复互疰论文使用授权声明论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅:学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此了特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。规定。导师签名
,随着计算机技术,以及与之相关的网络技术、可编程图形处理器际醯姆伤俜⒄梗槟庀质导际跻殉晌8鞣矫嫜芯康娜鹊悖堑苯袷澜前十大优先发展技术之一,在军事、医疗、数字城市、文化教育、航空航天、文物保护、交通、建筑、空间技术等领域都得到广泛的应用。本章首先介绍了虚拟现实技术的基本概念、重要意义、发展历史和应用,然后介绍了本文的研究背景、主要研究工作和全文的章节组织。虚拟现实蚣俏獀,也称为虚拟环境简记为且恢只诳杉扑阈畔⒌某两浇换セ肪场>咛宓厮担褪遣捎以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用,相互影响,从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。它集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络、并行处理等技术的最新发展成果,其实时的三维空间表现能力、人机交互的操作环境以及给人带来的“身临其境”的感觉,一改过去人与计算机之间枯燥、生硬、被动的状况。带来了人机交互的新概念,新内容、新方式和新方法,使得人机交互的内容更加丰富、形象,方式更加自然、和谐⋯。虚拟现实技术的基本特征校两:虚拟现实技术追求的目标是力图使用户置身于计算机产生的三维虚拟环境中,用户与虚拟环境中的各种对象的相互作用,就如同在现实世界中的一样。换バ:交互性是系统区别于传统三维动画的特征,用户不再被动地接受计算机所给予的信息或者仅仅作为一名旁观者,而是能够借助于各种专用的三维交互设备,如头盔显示器、数据手套等来操纵虚拟物体,如同在现实环境中一样。总而言之,用户是交互的主