面向虚拟实体对象的行为建模关键技术研究

随着科学技术的日新月异,虚拟设计已经成为了虚拟现实技术应用的一个重要分支,它正有力地推动着制造业前进的步伐,然而虚拟现实中繁琐的三维实体造型是阻碍其顺利发展的瓶颈之一。如何合理地分析系统的行为特征,抽象实体对象的属性特征以及描述对象间的交互过程,一直以来是相关领域研究人员的重点研究内容。 本文,正是以上述问题作为课题研究的出发点,并尝试着以行为建模的方式进行求解。行为建模从系统或实体对象的行为角度进行剖析,以面向对象程序设计方法学(OOPM)为理论基础,并可以借助统一建模语言(UML)作为其建模与表达的手段。 任何方法的提出与总结,都是需要大量的实验性工作作为基础。为了完成本课题,作者基于图形开发引擎OpenGL和DirectX进行了大量的程序设计和仿真试验,所以,本文很大程度上是对实验性程序开发中设计方法和相关算法的抽象与阐述。 本文主要的研究内容包括基本概念的归纳、核心算法的描述、复杂问题的求解、设计方法的讨论以及相关试验结果分析五个方面。 论文首先归纳了虚拟现实技术、虚拟设计/制造、虚拟实体、行为与行为建模等基本概念,这些相关概念以及定义是其对应的技术点的理论基础;接着,讨论了面向实体对象的几何建模与描述方法,并着重分析了NUBRS曲线和曲面的造型方法,借助分形几何技术生成自然景观中的植物和地形的过程,以及光线跟踪算法在碰撞检测中的应用等等;然后,剖析了基于粒子的物理建模与仿真的过程,通过实例说明了以行为建模为驱动的程序开发过程,提出了基于物理的碰撞解决方案;进而,论文描述了行为建模在基于约束的机械运动仿真中应用时如何进行约束特征的提取以及如何解决面向交互的行为建模等问题,并给出了相应的仿真实例;最后,就虚拟环境的构建及其引擎开发过程阐明了作者的相关体会和见解。 文中首次提出了以“行为建模为驱动”的设计方法,并详细的描述了该方法在实际快速仿真中的具体过程。它是以从系统行为层进到实体对象行为的方式思考问题的,是面向对象方法的具体体现,也符合开发者的设计思维。