基于Unity3D的室内建筑三维建模与交互系统实现

硕士学位论文基于Unity3D的室内建筑三维建模与交互系统实现IndoorBuilding3DModelingandInteractiveSystemImplementationBasedonUnity3D作者：李俊军导师：杨敏副教授中国矿业大学二〇一四年五月中图分类号P208学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文基于Unity3D的室内建筑三维建模与交互系统实现IndoorBuilding3DModelingandInteractiveSystemImplementationBasedonUnity3D作者李俊军导师杨敏申请学位工学硕士培养单位环境与测绘学院学科专业地图制图学与地理信息工程研究方向三维交互应用答辩委员会主席张海荣评阅人孙亚琴林卉二〇一四年五月学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。作者签名：导师签名：年月日年月日73学位论文原创性声明学位论文原创性声明学位论文原创性声明学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《基于Unity3D的室内建筑三维建模与交互系统实现》，是本人在导师指导下，在中国矿业大学攻读学位期间进行的研究工作所取得的成果。据我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日论文审阅认定书论文审阅认定书论文审阅认定书论文审阅认定书研究生李俊军在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢致谢致谢致谢光阴荏苒，硕士研究生生活即将结束，三年来无论是在学习中还是生活中都使我受益匪浅，陪伴我的老师和同学们，和你们一起度过的岁月是我最珍贵的宝藏，我要向所有帮助我、引导我的老师们和同学们表示由衷的感谢。经历一年时间的磨砺，硕士毕业论文即将完稿。回首这一年时间来收集、整理、思索、停滞、修改至最终完成的过程，我得到了许多的关怀和帮助，现在要向他们表达我最真挚的谢意。首先，要深深感谢我的导师杨敏副教授。杨老师为人谦和，平易近人。在我的论文的选题、资料的搜集和论文的完成阶段，杨老师都倾注了极大的关怀和努力。在论文的写作过程中，每当我有所疑问，杨老师总会放下繁忙的工作，不厌其烦地指导我；在我初稿完成之后，杨老师又在百忙之中抽出时间来对论文进行批改，提出许多中肯的指导意见，使我在研究和写作过程中不致迷失方向。他严谨的治学之风和对事业的孜孜追求将影响和激励我的一生。借此机会，我谨向杨老师致以深深的谢意。其次，对王行风老师、李永峰老师、张海荣老师、张华老师、孙亚琴老师以及环境与测绘学院地理空间信息科学系的所有老师们表示由衷的感谢，感谢三年来对我的教导和帮助；感谢地图制图学与地理信息工程和摄影测量与遥感硕研2011级所有同学在这三年中给予的支持和鼓励；我还要向田鹏师姐、刘照清师兄、贺致芬师妹表示衷心的感谢，由于他们热情帮助，使我能较快的掌握Unity3D软件，才让我的论文得以顺利完成；感谢我的好朋友申艳琴同学三年来与我互勉互励、共同学习；感谢同实验室孙鑫、万广通、史永凯、刘茜茜同学，在三年的学习和生活中给我提供了热情地帮助，能在这样一个良好的生活环境和积极向上的学习氛围中度过我人生中重要的三年，是我的荣幸。还要感谢我的父母，养育之恩无以为报，他们是我近二十年求学路上最坚强的后盾，在我面临人生选择的迷茫之际，为我排忧解难，他们对我无私的爱与照顾是我不断前进的动力。最后，向百忙之中评审论文专家及参加论文选题、答辩的老师表示衷心的感谢！I摘要由于虚拟仿真技术与计算机技术的快速发展，当前基于传统的二维管理系统或以视频监控为主的人员管理系统已经不能满足复杂环境下可视化、真三维的需求，人们更希望构建一个具有逼真沉浸感、能与虚拟环境交互、具备构想创造性的虚拟仿真环境。因此，复杂环境下的三维虚拟交互系统研究与应用成为当前虚拟仿真技术研究的热点。本文以室内三维虚拟交互系统设计与开发为主线，以中国矿业大学环境与测绘学院办公楼室内定位应用为研究实例，根据室内虚拟系统实时性与交互性的特点要求，从系统建设的功能需求，体系结构的构建，系统框架设计，系统开发平台优选，关键算法与模型实现等几方面展开研究，并实现了原型系统的开发和实例验证。首先在分析虚拟环境精细化模型构建基础上，结合室内虚拟环境建模特征和建模技术指标，构建室内虚拟场景精细化建模技术流程和一种基于树状层次结构的室内建模方法，借助虚拟建模软件3dsMax构建室内三维虚拟场景，对构建完成的虚拟场景做后期精细化处理；分析虚拟环境实时显示原理，研究虚拟场景加速显示技术，选择虚拟场景优化策略，对室内虚拟场景做优化处理，完成室内真实精细三维GIS环境的最终虚拟模拟。其次，结合Unity3D引擎，利用C#开发语言，针对室内虚拟交互系统中设置的功能如自由交互式漫游、自动寻径漫游、室内人员动态管理、导航查询等，通过研究虚拟场景实时渲染原理、场景中实体操纵原理以及鼠标拾取算法等关键技术的探讨，开发了具有实时性和交互性的室内虚拟交互系统。实现接收实时定位数据的方法、过程、以及定位数据的查询和显示功能并提供实现功能的关键代码，为虚拟交互系统提供新的解决方案。最后，以中国矿业大学环境与测绘学院行政办公楼室内定位应用为系统测试实例，完成了原型系统的开发与实现，测试及系统评估，为以后的虚拟仿真系统提供参考。该论文有图68幅，表9个，参考文献78篇。关键词：虚拟室内环境；实体建模；实时性；交互性；算法IIAbstractAbstractAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofVirtualRealityandcomputertechnology,traditional2Dmanagementsystemandpersonalmanagementsystembasedonvisualsurveillancecannotmeetthedemandofvisualizationandreal3Dincomplexenvironment.Peopledesiretoconstructavirtualsimulationenvironmentwithrealisticimmersive,virtualinteractionandcreation.Sothestudyandapplicationof3Dvirtualinteractionsystemincomplexenvironmentbecomesthehotspotforthecurrentstudyofvirtualsimulationtechnology.Thispapertakesthedesignanddevelopmentofindoor3Dvirtualinteractionsystemasthemainline,andusesSchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformatics,CUMTofficebuildingasstudyingexample.Accordingtothedemandofrealtimeandinteractionofvirtualsystem,thepapermainlystudythefunctionalrequirements,constructionofarchitecture,frameworkdesign,preferreddevelopmentplatform,keyalgorithmsandimplementationofthemodel,etc.Thesystemalsorealizethedevelopmentandvalidationoftheprototypesystem.First,onthebasisofanalyzingtheconstructionofinenessmodelinvirtualenvironment,combiningwiththeindoorvirtualenvironmentmodelingandmodelingtechnologyindex,thepaperconstructsthetechnologyprocessoffinenessmodelofvirtualindoorsceneandindoormodelingmethodbasedontreehierarchicalstructure.Withhelpfrom3dsMaxsoftware,thearticleconstructsindoor3Dvirtualsceneandhandlesthecompletedvirtualscenefine.Analyzingthevirtualenvironmentreal-timedisplayprinciple,studyingaccelerateddisplaytechnology,thesystemselectsscenariooptimizationstrategytooptimizeindoorvirtualsceneandthencompletesindoorfineness3DGISenvironmentsimulation.Second,combinedwithUnity3Dengine,aimedatsettingsfeaturesuchas,freeinteractiveroaming,automaticroutingroaming,indoorpersonneldynamicmanagement,navigationqueryandsoon,wedeveloparealtimeandinteractionindoorvirtualinteractionsystemtostudythekeytechnologyofreal-timerenderingprinciple,entitymanipulationprinciple,MousepickingalgorithmusingC#developmentlanguage.Thevirtualsystemcouldnotonlyreceiverealtimepositioningdata,queryanddisplaypositioningdata,butalsoprovidenewsolution.Ifweneedthekeycode,wecouldgetit.Finally,theindoorlocationexampleofSchoolofEnvironmentScienceandSpatialIIIInformatics,CUMTofficebuildingcompletethedevelopmentandimplementationofprototype,testandevaluation,andprovidereferenceforfuturevirtualsimulationsystem.Thedissertationhas68figures,9tables,78re