目前,虚拟现实(VirtualReality,VR)技术发展迅速,成为学界研究的热点,越来越多的VR应用也不断涌现。其中,作为VR系统基础的三维场景的重要性日益凸显。此外,三维虚拟场景也被广泛应用于计算机动画、计算机游戏、军事仿真训练等领域。三维虚拟场景的设计可分为模型建模和场景装配两个阶段。对于目前的应用系统,装配阶段通常是通过一些三维动画制作软件装配好虚拟场景,然后再加载到应用程序中使用。应用系统的终端用户对虚拟场景的设计没有参与或参与很少。目前,很多应用对三维虚拟场景的设计有了新的需求:一方面,需要根据需求快速装配虚拟场景;另一方面,终端用户需要参与到场景装配过程中,设计师根据终端用户的实时体验和反馈调整完善所设计的虚拟场景,以便尽可能的满足最终用户的需求。为此,本文开展了三维虚拟场景快速装配方法的研究,研发了支持用户可参与协同设计三维虚拟场景的平台和系统,一方面可根据需求快速装配虚拟场景,另一方面终端用户可方便地参与到场景装配中,提高了场景装配的效率和质量。归纳的,本文的主要工作和贡献如下:1)研发了一个基于双触摸屏的三维室内虚拟场景装配系统。该系统采用了二维视图和三维视图相结合的方式。二维视图和三维视图分别显示在两个触控显示屏上。我们从简单、易学、易用等角度综合考虑设计了二维视图和三维视图的各种交互操作,将复杂的三维交互操作降为二维交互操作。用户基于两个显示屏进行二维交互操作和三维交互操作,可实现三维虚拟场景的高效装配。2)研究设计了一个支持三维虚拟场景协同设计的新型工作台。该工作台可支持基于双触摸屏的三维室内虚拟场景装配系统,设计师和用户可协同装配虚拟场景。该工作台主要由两个触控显示器和一个全息显示装置组成。全息显示装置以全息方式实时显示用户设计的三维场景,并通过附着于其上的触控膜支持设计师和用户进行三维场景操作。触控显示器支持设计师和用户在二维视图上通过简单的拖拽等触控操作进行场景装配。该工作台提供的面对面协同设计方式更有利于设计师和用户间进行交流,从而提高三维场景的设计效率。3)研究提出了一种支持用户参与的三维虚拟场景协同设计的新模式。其中,基于两个便携式平板设备设计了一种可大角度翻折(幅度可达0°-270°)的双触摸屏设备。该设备运行基于双触摸屏的三维室内虚拟场景装配系统,可提供三种支持协同设计的使用方式。系统还支持最终用户通过VR头盔设备体验设计虚拟场景,设计师通过双触摸屏设备实时观察用户VR体验情况,并通过交流实时修改该三维场景,使得修改结果更符合用户的需求。在VR体验结束后,终端用户可与设计者一起在双触摸屏设备上重放体验过程,通过面对面讨论交流对虚拟场景进行进一步的修改调整。用户测试表明,该模式可实现三维场景的有效设计,能够更好的满足用户需求。本文研发的系统平台已在虚拟博物馆设计、消防安全仿真演练、展馆设计和游戏场景设计等方面得到初步应用。