文物虚拟挖掘真实感模拟的研究与应用

发布时间：2020-09-11 23:35

　　近年来,通过虚拟现实技术还原虚拟场景和实现交互的研究越来越多,因此关于基于虚拟现实的文物复原方面的研究也逐渐成为热点。传统的文物碎片数字化展示多为静态的图像、模型,其沉浸感和交互性还不足。本文关于在文物虚拟挖掘这一交互式模拟中,针对探铲和泥土坑基的三维模型之间的交互性进行分析,以及土壤粒子的运动状态进行研究,动态真实的模拟其交互过程,展开相关工作。本文研究工作包括:(1)对于模拟泥土被翻动挖掘时的视觉效果,泥土坑采用坑基与探铲的复合模型,并且伴随着探铲周围少量粒子颗粒。为进一步提高运行效率,针对于坑基与探铲集复合模型的渲染,提出一种较规则的大网格模型加法线贴图来构建泥土坑基,并通过有限个考古探铲集动态切割泥土坑基模型。首先依据3DMax建模方法原理构建模型并加入凹凸映射进行渲染;然后,模拟文物虚拟挖掘交互时,根据体验者握铲的姿态、位置以及力度信息,而产生一系列不同的挖掘区域块,形成一个区域块信息集合,将该区域块集合与规则坑基模型进行相交运算,使其通过一次相交实现被挖出效果,提高挖掘显示效率;同时在探铲周围渲染粒子效果。(2)针对于虚拟切割算法,主要对Delaunay三角剖分算法进行改进优化。在获取探铲与坑基之间的相交区域信息时,通过计算机图形学相关知识,先获取其相交线和相交面,再结合Delaunay三角剖分算法并对算法进行优化。首先为提高切割时三角网格拓扑结构的效率,重构新的三角网格,本文加入AIF数据结构来记录多边形网格拓扑结构;为体现真实性,通过基于凸边形重构三角形,选择将一部分有一定拓扑关联信息但却没有切割的相邻三角形加入列表中组成凸边形。其次获得相交区域,同时结合Z-Buffers算法实现挖掘后区域显示。(3)对于三维模型交互时,针对于探铲与泥土坑基之间交互变形,而产生的土壤粒子运动状态的真实感模拟,提出基于人工蜂群的变异粒子群算法进行粒子运动收敛仿真模拟。首先,基于离散元法来分析土壤的受力情况,包括土壤对探铲面的摩檫力以及重力等的影响;其次,对于探铲插入土壤后的碎土的受力、整个入土铲的受力进行了分析,为进行真实探铲与土壤之间的性能分析提供了理论。最后,为有效模拟受到铲面力后土壤块的粒子运动收敛状态,结合人工蜂群算法和优化粒子群算法,并在模拟土壤块中利用粒子团代替土壤小颗粒,提高模拟土壤运动效率。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.9;K854.1
【部分图文】：

粒子,坑基,泥土,模拟切割

图 28 两个粒子接触相互影响因素伏不平的，对于探铲模拟切割挖土作业不同会发生不同的变化，所以切割时铲面此在前一章讨论过关于泥土坑基的建模采D 引擎实时可以获取泥土坑基和探铲运获取铲面的铲尖以及铲面边缘的点来获倾斜角。利用探铲来挖掘土壤时，会随着铲面入

模型图,模型,挖掘物,控制方向

56图 35 探铲模型掘基本操作上面将探铲放入环境中后，其铲挖掘操作综合运用 Unity3D 物理引擎、、UI 设计等技术。对于基本的挖掘操作，通过编程实现探铲的运动仿真WASD 键来控制方向），探铲挖掘时的挖掘脚本主要是：ng UnityEngine;ng System.collection;lic class Dig:Behavior{lic GameObject dig;//挖掘物体lic AudioSource audio;//声音组件public Transform root;//获取物Transformvoid Start(){}void OnTriggerEnter(Collider e){//若发生碰撞

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