论文部分内容阅读
曾侯乙编钟被称为是“稀世珍宝”,代表着中国传统文化的巅峰成就,也是荆楚文化的重要代表。但是复杂的制作技艺和对文物的保护,让曾侯乙编钟的传承和普及也受到了限制,因此结合虚拟现实技术进行虚拟编钟展示和演奏便成为编钟文化传播的重要方法。本文根据还原的曾侯乙编钟演奏的场景和模式,利用建模工具3D Max构建场景、模型还原虚拟世界中编钟演奏的场景,从视觉、听觉、和沉浸式交互设计等方面虚拟编钟演奏系统进行了设计和实现。同时对虚拟编钟演奏系统中的碰撞检测算法进行研究和分析,设计实现了基于编钟演奏场景的碰撞检测算法,因此论文主要研究工作如下:(1)分析和研究了常见的碰撞检测算法,针对编钟演奏系统的演奏场景,结合空间划分法和层次包围盒法对虚拟编钟演奏系统中的碰撞检测算法框架进行了设计,以便快速剔除场景中不会发生碰撞的对象对,精确检测相交,提高检测效率。(2)针对演奏场景中乐器的布局确定实际的碰撞区域,对编钟的演奏场景进行划分,快速排除大量不可能发生碰撞的碰撞对,获取潜在碰撞单元;再分析碰撞演奏场景中的物体的运动情况和碰撞时物体的状态,从包围盒的构造复杂度、更新复杂度和包围紧密度分析选择合适的包围盒,并进行敲击测试,选择时间消耗和准确率都适中的包围盒,在保证碰撞检测正确率的同时,减少资源消耗。(3)结合AABB包围盒之间的相交检测、包围球之间的相交检测,根据编钟演奏场景中木槌与编钟和虎座鸟架鼓之间发生碰撞的场景,即木槌的包围球只会与AABB包围盒上的面发生碰撞的情况,改进了木槌和编钟中间的相交检测算法。并对改进后的基于演奏场景的碰撞检测算法进行测试。(4)根据设计的虚拟编钟演奏系统,对虚拟编钟演奏系统的漫游、演奏、敲击震动等基本功能进行了实现,并对实现的系统进行了基本功能、易用性、可靠性、可维护性、可移植性测试,用户可身临其境般在演奏大厅中进行编钟演奏体验。通过对编钟演奏系统的实现和碰撞检测算法的改进,虚拟编钟演奏系统具有良好的实时性和沉浸感,同时可移植性高,易用,可真实体验编钟,传播编钟文化。