基于虚拟现实技术的风洞模型表面压力三维显示

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虚拟现实技术是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术,采用三维图形生成技术、高分辨率显示技术和多传感交互技术,生成一个逼真的三维虚拟环境。虚拟现实技术的应用前景是非常广阔的,它最开始被研究是因为军事和航空航天领域的需求,但近年来,虚拟现实技术已应用于建筑设计和工业等方面。它正在改变着我们的生活。风洞模型指风洞实验中能够研究空气动力学特性的模型,比如飞行器、汽车、高楼、船舶等模型。这些模型被安装在风洞内,用于研究模型周围气体流动以及模型与气体的相互作用,从而了解实际物体的空气动力学特性。表面压力是指风洞实验其中一项重要实验(风洞测量压力实验)所要获得的数值,通过数值了解风洞模型表面压力空气动力特性分布。风洞测量压力实验使用的模型表面上都会有数排压力孔,压力孔被连接在风洞模型内部的电子压力扫描阀上,压力数值从电子扫描阀的计算机终端显示出来。本文分析了三维图形引擎的结构和工作流程,通过一个比较完整的三维图形引擎设计,实现了风洞模型表面压力分布的三维显示。主要工作如下:(1)研究应用程序编程接口DirectX和OpengGL,并对它们进行比较和分析,给出适合本文研究的接口,为进一步实现风洞模型表面压力分布的三维显示提供基础。(2)研究当前三维图形引擎的设计方法、模块划分和流程设计,结合数学模块设计,给出本文三维图形引擎的总体设计方法。(3)结合3D的几何变换和数据结构,研究图形渲染引擎中四种不同的光源类型和两种着色模式,以及研究纹理映射、z缓存和光栅化等基本3D流水线的构建步骤,建立一个简单的图形渲染引擎。(4)结合风洞模型的实际情况,分析风洞模型文件3DS数据格式并研究读取这种格式的方法,设置风洞模型表面压力孔和颜色范围并且构建整个虚拟场景,在这些基础上对场景进行渲染实现风洞模型表面压力分布的三维显示。本文通过研究基于虚拟现实技术的风洞模型表面压力分布三维显示技术,使模型型号公司参加实验人员在得到风洞实验数据的同时又能直观观察出整个模型表面受压力情况的大致变化,更好的对风洞模型表面压力空气动力特性分布进行研究,从而提高实际物体外型设计的效率。
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