基于網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實引擎的宏觀與微觀空間三維可視化技術研究與應用.pdf

1、空間三維可視化是虛擬現(xiàn)實(VR)技術和空間研究相結合的新發(fā)展之一，是實現(xiàn)宏觀空間與微觀空間的三維表達的必要手段之一。論文研究了網(wǎng)絡環(huán)境下虛擬現(xiàn)實技術的相關理論及其在各種環(huán)境下的解決方案，探討了虛擬現(xiàn)實技術在以“數(shù)字地球”為代表的宏觀空間與以“蛋白質與材料大分子的三維結構”為代表的的微觀空間中的應用，設計了基于網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實引擎、WebVR的空間三維可視化系統(tǒng)的構架。主要研究內(nèi)容總結如下：
　　 1.介紹了網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實與可視化技術的

2、基礎概念和發(fā)展歷程，研究現(xiàn)狀與WebVR引擎的發(fā)展背景，核心技術，應用研究以及功能和特色。介紹了WebVR技術已經(jīng)在空間科學中的應用，以及其表達空間可視化的優(yōu)勢。結合當今硬件的發(fā)展以及新型軟件對系統(tǒng)性能的需求，介紹了最新的可視化技術和傳統(tǒng)的優(yōu)化手段。在此基礎上，研究并實現(xiàn)了新技術背景下WebVR引擎的關鍵技術。
　　 2.以“數(shù)字地球”為代表的地學大空間為例，研究了WebVR引擎在宏觀空間的三維可視化中的應用。研究了多維數(shù)據(jù)融合

3、的手段和構建三維地球模型的方法，研究了支持多用戶同時在線的虛擬現(xiàn)實引擎WebVR，它將地理空間、虛擬空間與P2P覆蓋網(wǎng)絡映射，以業(yè)務化的四叉樹方法對這三個空間劃分。以Hash值標識為區(qū)域的地理編碼，并以Hash值索引用戶列表、地形數(shù)據(jù)、模型對象數(shù)據(jù)。通過改進的Kadmelia模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享。以多維互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)為核心框架，以互聯(lián)網(wǎng)虛擬現(xiàn)實(WebVR)技術為表現(xiàn)手段。
　　 3.以“動態(tài)蛋白質大分子結構”

4、為例，研究了WebVR引擎在微觀空間的三維可視化中的應用。研究了在計算機科學和可視化領域，幫助生物學家可視化，理解和操作大型和復雜的分子系統(tǒng)的進展。描述了不同分子表達的實現(xiàn)和計算，例如甘草，球棒，空間填充的范德華球與采用GPU處理表面的溶劑。介紹一個叫做Hyperball的改進的球棒表達，通過雙曲面取代了使用管道，以順利連接原子球。通過實例證明，這種方法對于表達動態(tài)現(xiàn)象尤其有用，例如非共價鍵的演變。此外它非常適合表達粗粒度模型以及彈簧網(wǎng)

5、絡。利用GPU渲染加速能力，這種方法可能常規(guī)的，準確的和交互的渲染從幾個原子到高達50多萬個原子組成的龐大分子。
　　 4.對WebVR引擎在宏觀空間和微觀空間可視化中應用進行了比較與借鑒。對于一些共同的優(yōu)化手段進行了介紹。介紹GPU加速的原理，優(yōu)勢，和在宏觀空間與微觀空間中渲染帶來的改進；介紹了基于P2P的數(shù)據(jù)分享與調(diào)度策略以及數(shù)據(jù)的流式傳輸方法；介紹了面向網(wǎng)絡環(huán)境的空間索引方法，以及其在宏觀空間和微觀空間中的具體應用。綜合這