基于体感交互的沉浸式森林景观展示研究

发布时间：2017-05-19 06:10

  本文关键词：基于体感交互的沉浸式森林景观展示研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：森林景观展示作为一种全新的现代林业文化传达形式,无论在理论方面还是在实践方面都欠缺完整而系统的研究。针对这种情况,木文在分析了森林景观展示产生背景的基础上,归纳了森林景观展示的概念和内涵,总结了它所具有的三个性质特点,即森林景观展示的表现内容、关键技术和行业应用；建立了一套涵盖现代林业装备、当代展览展示、经典认知心理学以及通用人机工程学的森林景观展示综合评价指标体系。该体系中,笔者归纳了可用性评价体系和沉浸感评价体系两个二级指标体系。 通过对森林景观展示系统支撑硬件的全面分析和对比,发现微软开发的Kinect传感器和多通道融合无缝拼接投影系统,是当前交互性能最好、沉浸感环境营造最强的两款硬件设备。文中基于这两款硬件设备开发了相应的软件平台,通过三维场景模拟、Kinect API开发、手势定义、多Kinect同步应用集成等关键技术的研究与应用,实现了基于体感交互的沉浸式森林景观展示系统(A full-body motion sensor based Immersive Forest Landscape Display),简称IFLD系统。本系统将多个Kinect体感控制器和多通道无缝融合投影系统集成在一起,并且实现了相互转换的接口,将其应用到森林景观展示当中。能够给参与者造就一个能够完全沉浸在其中的虚拟森林景观环境,并且参与者身体上不需要佩戴硬件设备便可与虚拟环境发生交互,进行自由的人机对话,带给参与者一种全新的交互体验和完全沉醉于其中的感官享受。从应用层面上提高了用户的舒适性和易操作性；从理论层面上,丰富了森林景观展示的视觉传达形式,扩展了林业可视化的应用领域,增强了生态文明和森林文化传播的效果。 文中以建立的森林景观展示综合评价指标体系为指导,展览展示关键技术和现代林业文化传播设备为支撑,针对IFLD系统的各项指标设计了相应的实验。通过对用户进行测试,实验数据说明文中所建立的森林景观展示综合评价指标体系较为科学,能够很好的说明森林景观展示系统的各方面衡量标准,所实现的IFLD系统也具有广泛的通用性。不但适合作为以单纯的森林景观表现为内容的展示平台,而且在数字城市、地理信息统、植物生长模拟、虚拟旅游以及虚拟博物馆等多个领域的应用,也能够实现较好的效果。
【关键词】：林业可视化 虚拟现实 森林景观 体感交互 沉浸感 多通道融合
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU986
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 研究背景9-12
• 1.1.1 现代林业文化传播的客观需求9-11
• 1.1.2 数字展览展示发展的主观推动11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本文的研究目标及内容15-17
• 1.3.1 研究目标15-16
• 1.3.2 研究内容16-17
• 1.4 研究意义17-18
• 1.5 本文的技术路线18-20
• 1.6 本文的主要创新点20
• 1.7 本文的组织结构20-21
• 1.8 本章小结21-23
• 2 森林景观展示理论体系研究23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 森林景观展示的概念和内涵23-24
• 2.3 森林景观展示的性质特点24-33
• 2.3.1 森林景观展示的行业应用25-27
• 2.3.2 森林景观展示的表现形式27
• 2.3.3 森林景观展示的关键技术27-33
• 2.4 本章小结33-34
• 3 森林景观展示综合评价指标体系的构建34-64
• 3.1 引言34
• 3.2 构建评价指标体系的基本原则34-35
• 3.3 评价指标体系的确定35
• 3.4 森林景观展示中的交互性评价指标35-42
• 3.4.1 用户交互行为的有效性40-41
• 3.4.2 用户交互行为的效率41
• 3.4.3 用户交互行为的满意度41-42
• 3.5 森林景观展示中的交互设备42-48
• 3.5.1 传统交互设备42-47
• 3.5.2 Kinect体感交互设备47-48
• 3.6 森林景观展示中的沉浸感评价指标48-57
• 3.6.1 用户的认知负荷51-52
• 3.6.2 用户的视野沉浸度52-57
• 3.7 森林景观展示中的显示设备57-63
• 3.7.1 半沉浸式虚拟环境显示设备58
• 3.7.2 完全沉浸式虚拟环境显示设备58-61
• 3.7.3 多通道融合无缝拼接投影系统61-63
• 3.8 本章小结63-64
• 4 基于体感交互的沉浸式森林景观展示系统实现64-99
• 4.1 引言64
• 4.2 系统整体策划方案64-70
• 4.2.1 系统美术设计方案65-68
• 4.2.2 系统交互设计方案68-69
• 4.2.3 系统硬件集成方案69-70
• 4.3 系统美术设计方案的实现70-80
• 4.3.1 三维地形创建72-73
• 4.3.2 树木植被模型创建73-79
• 4.3.3 烘焙贴图制作79-80
• 4.4 系统交互设计方案的实现80-94
• 4.4.1 基于Kinect传感器的手势定义实现80-93
• 4.4.2 Uinty3D系统整合输出93-94
• 4.5 系统硬件集成94-97
• 4.5.1 多Kinect同步应用系统集成94-95
• 4.5.2 基于多通道融合的沉浸式系统集成95-97
• 4.6 本章小结97-99
• 5 基于体感变互的沉浸式森林景观展示系统性能测试99-109
• 5.1 引言99
• 5.2 IFLD系统交互性实验设计99
• 5.3 系统运行交互性能测试99-105
• 5.3.1 交互行为有效性测试101-102
• 5.3.2 交互行为效率测试102-103
• 5.3.3 交互行为满意度测试103-105
• 5.4 IFLD系统沉浸感实验设计105
• 5.5 系统沉浸感性能测试105-107
• 5.5.1 用户的认知负荷测试105-106
• 5.5.2 用户视野浸没度测试106-107
• 5.6 实验结果分析107-108
• 5.7 本章小结108-109
• 6 结论与展望109-111
• 6.1 本文的主要工作109-110
• 6.2 未来工作展望110-111
• 参考文献111-118
• 个人简介118-119
• 导师简介119-120
• 获得成果目录120-122
• 致谢122

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