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原文传递基于OpenSceneGraph的隧道照明布设仿真器系统实现

论文题名：	基于OpenSceneGraph的隧道照明布设仿真器系统实现
关键词：	隧道照明;布设仿真器系统;虚拟现实;OpenSceneGraph技术;人机交互
摘要：	随着我国公路交通事业的快速发展,高速公路网规划的不断完善,以及高速公路信息化管理的发展趋势,公路设计行业对于传统的设计手段也提出了新的要求。在基于二维平面的线性设计、结构设计、布局设计的基础上,应更加突出公路实体与环境的融合,强调公路交通系统对于感官的和谐性。基于此,本文针对隧道机电工程中的照明设计部分,使用虚拟现实技术和计算机三维可视化技术,进行了三维环境下照明设计平台的开发,实现了基于OpenSceneGraph的隧道照明布设仿真器系统。该系统可完成三维环境下对隧道照明工程的设计任务,实现了隧道灯具的实时布设与观察,并根据布设情况进行照明仿真,可模拟灯具布设后的隧道照明环境。　　本文首先对平台开发涉及的两部分基础理论知识予以介绍,分别为隧道照明理论与OSG相关技术基础。隧道照明理论主要包括驾驶员视觉特点及影响因素,隧道照明区段的划分,灯具特性与布设等,这是本系统具备应用价值的理论依据;其次对平台开发中使用到的OSG及计算机图形学相关内容予以介绍,包括视图、OSG场景组织原理、OpenGL着色语言和计算机光照计算等,这些作为平台开发涉及的技术层面的基础。　　而后,对系统中隧道内照明效果模拟进行了详细的探讨。针对隧道地面和墙壁照明部分使用着色器技术进行渲染。根据极对称轴照明器特性,采用了圆锥体与隧道模型取交的方法获得照明渲染范围,对相交得出的地面形状进行近似圆形处理,并利用聚光灯衰减原理,使用聚光衰减效果值作为混合因子对该圆面进行插值着色;对交得的墙面部分将平面着色计算扩展到空间球体进行衰减着色,最终形成逼真的明暗过渡照明效果。针对这种着色方法中存在的多灯照明效果边缘相交问题给出控制着色范围的解决方法。最后利用对同类等距灯具分组的方法,实现了隧道全线灯具照明序列的排列。除此之外,系统辅助以OSG内置光源进行光照计算,为隧道模型两端分别添加一个OSG内置位置性光源,为灯具布设的观察提供亮度。OpenSceneGraph内置光源与shader着色器配合使用构成了系统中的隧道整体的照明结构。　　最后介绍了平台人机交互功能的实现,主要包括基于CEGUI的灯具布设控制,系统操作器的实现与切换。在总结OSG环境下用户交互事件处理机理与步骤的基础上,基于CEGUI分析系统功能并构建菜单界面,通过面板界面输入相关灯具布设参数,实现对隧道灯具的实时布设;针对系统中模拟行车环境与全局观察灯具布设情况的两种要求,实现了一个行车操作器,添加了轨迹球操作器,并完成了CEGUI下双操作器的切换功能。　　本系统搭建了三维环境下隧道照明工程设计平台,可对实际照明项目进行三维设计与仿真。平台实现了实时交互功能与照明效果仿真,系统运行稳定且效果良好,可作为照明工程三维设计软件与展示平台。
作者：	蔡超
专业：	交通信息工程及控制
导师：	许宏科
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文