基于地理信息系统、三维建模和三维引擎技术，将虚拟校园和无人机巡航相结合，拓展虚拟现实的应用范围，搭建一个具有创新意义的虚拟场景。以计算机图形学为设计思想，将GIS技术和强大的建模技术完美结合，按照地理位置分布信息将校园的建筑、绿化、地形三维可视化，开发真实三维地理信息场景。在此基础上，搭建3种虚拟漫游模式，创建交互控制界面，并为用户提供人机交互体验，还原无人机的飞行航迹。测试结果表明，场景交互操控流畅，各模式间实现快速切换，实现了的系统跨平台交互。关键词 无人机巡航，三维引擎技术，交互控制，GIS
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究与发展现状 1
1.3 论文主要研究内容和技术路线 2
2 无人机巡航虚拟校园的技术综述 2
2.1 空间三维信息获取技术 2
2.2 三维建模平台 3
2.3 虚拟现实开发平台 4
3 系统需求分析及总体设计 5
3.1 用户需求分析 5
3.2 系统功能需求分析 5
3.3 系统总体架构 6
4 虚拟校园的详细设计与实现 7
4.1 建模数据采集 7
4.2 建筑物三维建模 9
4.3 地形建模 12
4.4 人物模型 12
5 系统漫游与交互设计 15
5.1 漫游控制 15
5.2 碰撞检测 20
5.3 界面设计 21
5.4 模式与场景切换 21
5.5 小地图与监控器 22
5.6 背景音乐 23
5.7 人物动画制作 23
5.8 无人机巡航模式设计 24
6 系统调试与发布 26
6.1 测试硬件环境 26
6.2 测试结果展示 26
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录1 操作说明 32
附录2 软件代码 35
1 绪论
1.1 研究背景与意义
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/> 随着图像处理技术和虚拟现实技术水平的提升，其应用范围不断的扩大与深化。由于二维场景在空间分析方面存在局限性，三维场景不仅能够解决二维场景缺乏垂直方向信息的问题，还能够模拟、表达、控制、分析与实体相关的信息。传统的无人机飞行缺少直观性，将虚拟现实技术与无人机相结合，在三维虚拟场景展示飞行过程中无人机的第一视角。实时渲染的视景不仅能够使操控者得到真实有效的视觉感受和准确的飞行数据，还能用于飞行航迹规划以解决恶劣天气下因无人机摄像头不能采集清晰的图像失去方向而导致炸机的问题。系统根据回显飞行数据实现飞行航迹重现，即使在超出操控者视距的情况下，也能在有效范围内实现对飞行航路的直观感受。
本课题将虚拟现实技术应用到无人机上，将操作人员、飞行平台和飞行规划方案等在视景环境中联系起来，搭建一个多模式多应用的虚拟校园场景。
1.2 国内外研究与发展现状
1.2.1 国外研究与发展现状
20世纪80年代初，“虚拟现实”的概念提出，即新型传感器与计算机图形处理技术相结合的一种创新的人机交互手段。1958年，美国康维尔公司对宇宙神（Atlas）洲际导弹的仿真宣告了计算机和仿真混合技术的诞生[1]。虚拟现实交互强调人与虚拟环境的互动，用户能够实时传递信息给虚拟环境，并将反馈信息返还给用户。
国外开展飞行仿真技术的研究起步较早，致力于各种虚拟现实原型设备的开发，通常应用于飞行制造和仿真培训。美国国家航空航天局（NASA）早期应用MATLAB和SIMULINK开发了一款飞行器仿真系统，该系统涉及飞行轨道预设置、飞行姿态控制、空间站环境仿真等领域[2]。21世纪初，NASA联合微软举办《目的地：火星》(Destination: Mars)展览 ，该项目利用2012年好奇号火星探测器拍摄的真实火星数据和图像制作成 VR 内容，帮助大众实现了太空漫游的梦想[3]。
英国在虚拟现实技术方面处于欧洲国家的领先地位，英国宇航系统公司British Aerospace(BAe) 的Brough分部利用虚拟仿真技术实现了虚拟战斗机座舱显示，代替了传统的模拟器用于座舱内飞行员培训，随后开展了触觉反馈和分布式并行处理技术的研究[4]。日本千叶大学通过WIFI无线网络或借助DSP技术和无线电技术实现无人机地面控制系统通讯，将两台采用XBEE模块的无线数传电台分别连接至地面站控制系统和ArduPilot mega（APM）无人机控制系统的IMU。控制系统由传感器获取定位信息和飞行数据，在系统建立无线通信后，数据可以实时发送给地面控制系统，同时也可以返还控制信息给无人机[5]。
1.2.2 国内研究与发展现状
目前，我国一些科研机构和各大重点高校也展开了无人机飞行仿真的研究。国家科防大学研发了银河仿真工作站，在Windows NT操作系统下通过YHSIM仿真编程建模平台，采用高性能芯片和精简指令系统（RISC），仿真程序经过编译后转换为机器识别指令。其时间精度相比于前两代机型提高为微秒级，仿真帧时间达到了十分之一毫秒级，成功解决了系统的时延问题[6]。由中国科学院研究生院研发的对地观测小卫星视景分布式交互视景仿真平台，观察者可以从任意角度观察卫星姿态。通过研究AGI公司开发的Satellite Tool Kit（STK）卫星解析软件，利用Creator建立多个卫星通道三维模型以及VEGA Prime实现场景驱动[7]。2008年，北京航空航天大学虚拟现实新技术国家重点实验室建立，研发了我国第一个基于广域专用计算机网络的可支持异地分布式虚拟现实应用。北航还利用OpenGL和GL Studio开发软件平台开发了虚拟座舱系统，并且成功将其应用于实际分布式飞行仿真任务[8]。
1.3 论文主要研究内容和技术路线

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