[发明专利]三维视景仿真系统中的漫游模式实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维视景仿真系统中的漫游模式的设计，具体涉及一种三维视景仿真系统中的漫游模式实现方法，其尤其适用于地形地貌等大规模场景的浏览漫游。

背景技术

视景仿真系统是综合利用虚拟现实、计算机仿真和光学成像等技术，通过对目标对象的计算机三维视景仿真，为用户提供实用便捷、震撼逼真、信息丰富的可视化展示与管理的平台，其创造身临其境的空间三维视觉体验。该技术广泛应用于大型工程、城市规划、房地产项目、水油气电管网等工程信息的可视化展示与管理。漫游模式是指视景仿真系统中用户浏览场景的具体交互手段，方便合理的漫游模式设计可以提升系统的交互性和实用性。

三维视景仿真系统以仿真对象的可视化展示与管理为主要目标，与普通三维视频动画的展示方式相比，其重要的一个优势体现在便捷的人机交互性，即用户可以在任意时刻以任意视点位置和角度观察系统场景的任何一个区域。漫游模式是指用户通过键盘和鼠标等外围设备操控视点观察场景内容的具体手段，其最能体现视景仿真系统的人机交互性和实用便捷性。

目前，结合通用外部设备的常见场景漫游模式有很多种，可以划分为三大类，如下面的表1所示。

表1

通过上表对比可以发现：第一类模式操作简便，仅仅利用鼠标即可完成场景漫游的常规操作，用户上手迅速，而且该模式结合场景包围盒范围动态改变操作幅度，同时适用于宏观观察和细节审视的情况，无论场景大小都可以实现便捷迅速地浏览整个场景的内容；但是，该模式实现方法复杂，无法实现场景的快速切换而且给用户的主观沉浸感较差。第二类模式可以带给用户良好的沉浸感，用户通过键盘结合鼠标操作可以操控第一人称的视点，常用于角色扮演类的三维电子竞技游戏中；但是该模式视点与视角范围存在局限，用户只能浏览视点位置附近的情形，不能方便查看整体场景分布。第三类模式实现简单，操作简便而且定位准确；然而，其主要缺点为无法表现切换前后两点的位置关系而且缺乏生动性。

由此可见，三类模式各有自身的优缺点。总结实际开发经验可以了解到，在漫游模式设计过程中的一个突出问题就是很难同时兼顾复杂场景中宏观和微观展示的情况。

发明内容

本发明的目的是实现一种适用于大规模复杂场景漫游的场景切换模式。

本发明提供一种新的漫游模式，其通过使场景中摄像机沿着实时计算的路径“飞到”用户感兴趣的节点，而具有至少下述优点之一：用比较生动的方式完成场景观察视点的切换，与以上三类模式相比能够更加清楚地交待切换前后两点的位置关系，在关注具体感兴趣位置点的同时兼顾场景整体位置分布。

在本发明的一些实施方式中，通过如下方案实现本发明上述目的。

一种三维视景仿真系统中的漫游模式实现方法，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤一：触发场景绘制循环的中断，定义并加载新的摄像机控制器及动画路径；

步骤二：实时动态获取用户感兴趣视点位置，计算得到相应的关键节点并插入已定义动画路径的关键点列表；

步骤三：插值生成路径全部节点并插入到所述关键点列表中；

步骤四：执行包含全部关键点列表的动画路径。

在至少一个优选的实施方式中，所述方法还包括：

步骤五：通过计算列表是否执行完毕来判断是否到达终点，从而继续执行摄像机路径关键点列表或者恢复场景原有的漫游模式，完成视点切换过程。

在至少一个优选的实施方式中，通过对世界坐标系中的三维物体进行几何变换、投影、三维裁剪、视口变换而最终得到屏幕坐标系中的坐标，以在二维屏幕中显示。

在至少一个优选的实施方式中，在所述步骤二中：

采用当前视点和用户拾取位置点作为动画路径的起点和终点，

切换过程并不是直接跳转的，而是在摄像机的动画路径中增加了两个点，分别是当前和最终的观察点斜上方45度、距离底面特定距离视角、沿垂直地面方向向下的两个点。

在至少一个优选的实施方式中，在所述步骤三中，差值采样频率大于20个样本/秒。

在至少一个优选的实施方式中，所述差值采样频率为25个样本/秒。

在至少一个优选的实施方式中，摄像机沿着实时生成的关键帧动画路径完成场景切换的过程。

在至少一个优选的实施方式中，通过相交检测来实现所述用户拾取位置点的获取，所述相交检测包括：

通过外设动作触发相交检测中断；

获取指针在屏幕坐标系中的位置坐标；

以获得的指针位置为起点，垂直视口平面向里定义一条检测射线；以及