数字娱乐软件系统及关键技术探讨

数字娱乐是近年来计算机学科一个迅速发展的领域。它结合了计算机图形学、虚拟现实、人工智能、网络通讯等多项计算机技术,向用户提供逼真、生动、有趣的体验。数字娱乐产业作为一个新兴的文化产业,近年来在全球发展迅猛,而数字娱乐核心技术,不仅是这个产业的技术支柱,更可以广泛应用于国防安全、文化教育、工程设计等各个重要部分,对精神文化和国民经济的发展有着重要意义。数字娱乐产业目前在世界发达国家发展迅猛,已经成为文化产业的主导之一,相关核心技术已经过了十数年的快速发展。目前数字娱乐产业作为我国大力扶植的新兴绿色产业,迫切需要自主相关核心技术的支持。国内学界固然在计算机图形学、虚拟现实等相关领域已经具备了一定的研究基础,但仍缺乏系统、完善和可应用于产业应用的研究成果。本文基于现实中的数字娱乐产业项目工作,将数字娱乐相关技术进行有机地结合,对数字娱乐软件系统进行了科学、完善地设计构造,并对所涉及的各具体技术方面提出了卓有成效、极具实际应用价值的实现方法。本文主要创新点有如下几个方面:第一,设计并实现了数字娱乐软件系统的中间件模式和系统扩展机制,建立了完整的中间件程序开发框架和应用部署机制,该方法可便捷的实现任何第三方技术与本文工作成果的集成,既提升了本文工作成果的扩展性和通用性,同时又为搭建松散耦合、功能完备的大规模数字媒体技术开发平台提供了重要的支撑。第二,提出并实现了基于渲染循环灵活控制的通用3D渲染系统框架,并用全新或改进的方法对天空绘制、光影绘制、地形系统等3D场景功能模块进行了有效的设计实现,可支持类型广泛的3D数字媒体技术应用。在实现完备图形绘制功能的基础上,针对各种应用提供了灵活的渲染循环二次开发封装模式,建立了通用的3D图形模块框架。第三,针对大场景3D实时渲染技术困难,提出并实现了三层通用优化渲染模型,针对场景级、模型级和GPU数据流级三个层次进行渲染优化,对现有各种渲染优化技术进行了创新性的改进和集成。包括应用改进的层次化硬件遮挡查询来进行可视化裁剪;应用金字塔型栅格来对模糊物体进行可视化裁剪,以及一个全新的优化模型网格排列的算法,等等。第四,在场景管理、人工智能、物理仿真等辅助技术进行了有效的开发集成。在实现相关核心技术的基础上,针对各种应用进行了二次开发封装,建立了通用的3D数字媒体引擎框架和基础软件工具包。最后,以多个实际产业应用中的项目案例,来对本文工作的系统性、有效性进行验证,从不同类型的现实应用项目,体现了本文工作的通用性和实用性价值。【关键词】：数字娱乐虚拟现实图形渲染渲染优化人工智能物理仿真
【论文提纲】：摘要3-5Abstract5-15第一章绪论15-27第一节研究背景与意义15-16第二节数字娱乐技术研究与发展现状16-241.2.1硬件固化方式17-181.2.2软件与主机分化的出现181.2.3软件引擎的出现18-191.2.4引擎和其他中间件的分类细化19-24第三节系统定义和研究目标24-251.3.1数字娱乐软件系统定义241.3.2系统研究目标24-25第四节本文的组织25-27第二章数字娱乐软件系统体系结构27-41第一节引言27第二节数字娱乐软件系统架构27-402.2.1本文系统架构的特点28-302.2.2系统架构具体设计30-40第三节本章小结40-41第三章图形绘制技术实现41-71第一节引言41第二节PC图形技术发展现状41-483.2.1现代计算机图形学的产生41-423.2.2图形渲染流水线42-48第三节图形子模块渲染功能设计与实现48-703.3.1图形子模块的硬件平台需求48-493.3.2常用渲染功能和默认渲染循环49-673.3.3自定义渲染循环控制与应用67-70第四节本章小结70-71第四章实时图形渲染优化技术71-103第一节引言71第二节渲染优化技术综述71-784.2.1场景复杂度的优化71-744.2.2物体自身复杂度的优化74-764.2.3设备响应延迟的优化76-774.2.4模型顶点数据的优化77-78第三节通用化3D渲染优化策略78-834.3.1场景整体的优化策略78-804.3.2使用“模糊系数”对物体优化类型进行分类80-814.3.3使用三角形Strip衍生来优化模型网格排序81-83第四节多层次渲染优化设计与实现83-964.4.1优化层次设计83-844.4.2文件数据优化模块84-884.4.3场景预处理模块88-904.4.4可视化裁剪模块90-954.4.5LOD模块954.4.6数据流通讯管理模块95-96第五节优化性能测试96-1024.5.1模型文件优化测试96-1004.5.2实时渲染性能测试100-102第六节本章小结102-103第五章人工智能和物理技术103-122第一节引言103-1045.1.1AI技术的应用1035.1.2物理仿真技术的应用103-104第二节AI中的路径搜索功能设计与实现104-1155.2.13D场景的空间规划105-1065.2.2AIMap中间结果天生|教育论文网|106-1085.2.3对中间结果的路径搜索108-1105.2.4路径搜索任务调度算法110-1135.2.5路径搜索实验测试113-115第三节物理仿真功能模块115-1205.3.1物理引擎集成115-1175.3.2刚体物理模型与渲染对象之间的联动1175.3.3关节体物理模型与渲染对象之间的联动117-1195.3.4软体物理模型与渲染对象之间的联动119-120第四节本章小结120-122第六章插件式中间件122-128第一节引言122第二节插件式系统部署122-1266.2.1插件式部署的特点122-1236.2.2插件机制的实现123-126第三节本章小结126-128第七章现实应用实例128-137第一节引言128第二节第一人称视角游戏项目应用实例128-130第三节第三人称视角游戏项目应用实例130-132第四节虚拟车辆展示与驾驶项目应用实例132-1377.4.1车辆静态展示132-1347.4.2车辆驾驶模拟134-137第八章总结与展望137-140参考文献140-148致谢148-149个人简历及在学期间发表的学术论文及研究成果149-150