【正文】 SodaHall的實(shí)時(shí)漫游。 虛擬校園研究現(xiàn)狀目前，許多的國(guó)外大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)都在從事虛擬場(chǎng)景漫游的研究。虛擬校園則可以將生動(dòng)形象的校園自然環(huán)境、人文環(huán)境發(fā)布在網(wǎng)上，使觀看者有一種身臨其境的美妙感覺(jué)，這種類(lèi)似于真實(shí)的感受方式更加符合我們的習(xí)慣。它利用地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)校園環(huán)境中的三維景觀和教學(xué)環(huán)境的數(shù)字化和虛擬化。為此，需要開(kāi)發(fā)一套完整的基于Web的虛擬校園系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)虛擬漫游和校園風(fēng)光展示，主要建筑物提供文字性簡(jiǎn)單介紹，還可以進(jìn)行信息查詢(xún)，并且加入在線(xiàn)遠(yuǎn)程教育模塊[110,49,58,51,55,57]。將學(xué)校風(fēng)光用虛擬仿真實(shí)現(xiàn)，既可以為學(xué)校樹(shù)立良好的形象，提高學(xué)校的知名度，宣傳校園文化，讓來(lái)訪(fǎng)者足不出戶(hù)就可瀏覽校園風(fēng)光和有關(guān)介紹信息，體驗(yàn)身臨其境的感受；還可以作為校園規(guī)劃的輔助工具，提高校園管理的現(xiàn)代化水平。關(guān)鍵字：虛擬校園，三維建模，3D Studio Max，VirtoolsAbstractIn recent years, Virtual cruise technology has been widely used in many fields, such s digital city, virtual mine, product exhibition, educationamp。課題主要研究?jī)?nèi)容包括三維建模、場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)、交互控制、粒子系統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，碰撞檢測(cè)與避免、光照、系統(tǒng)優(yōu)化等具體技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了校園任意角度的立體顯示、在線(xiàn)虛擬漫游等功能；預(yù)留了校園信息查詢(xún)與管理、虛擬多媒體教室等模塊的接口。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。分類(lèi)號(hào)：TP311 單位代碼：10422密 級(jí)： 學(xué) 號(hào)：Z0843048465碩士學(xué)位論文論文題目: 基于WEB的虛擬校園設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)The Design and Implementation of WebBasedVirtual Campus作者姓名 耿建敏 專(zhuān) 業(yè) 軟件工程 指導(dǎo)教師 范輝 教授 2009年10月10日原創(chuàng)性聲明和關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。論文作者簽名： 日期： 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。整個(gè)系統(tǒng)采用3Ds max8作為主要建模工具，而模型的整合和交互式控制等環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)采用Virtools 。training, design of building, upholster, puter game, and so on.On the basis of analysis of development and application of virtual reality at home and abroad, designs and implements a Web based virtual campus according to Shandong Institute of Business and Technology, including 3D modeling, scene animation and interactive control. The system gives solid display of the campus from any angle of view, online virtual cruise, and other functions. The system employs 3Ds max8 as key modeling software, and Virtools as the main software to merge the models and to control the models. According to the certain terrain of Shandong Institute of Business and Technology, studies and implements the fast modeling method for uneven terrain useing the texture technology,employs collision, illumination, particle system, system optimization, and other technology.The system is very lifelike. Users can visit and experience the virtual campus, including the landscape, rich atmosphere of study and research. There will be literal explaination for the main buildings in the campus. And, the system can be viewed at a high speed, and can meet the requiment for online view.Keywords: Virtual Campus, 3D Modeling, 3D Studio Max，VirtoolsII 第1章 緒論 研究背景目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)己經(jīng)成為計(jì)算機(jī)技術(shù)中研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于教育、軍事、建筑、醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品展示、娛樂(lè)等各個(gè)領(lǐng)域。在將其與學(xué)校的有關(guān)信息相結(jié)合后，可以提供給師生一個(gè)三維可視化的、有聲有色的信息介紹與查詢(xún)環(huán)境。整個(gè)系統(tǒng)比較龐大復(fù)雜，按照項(xiàng)目的整體規(guī)劃，分為三個(gè)階段來(lái)完成設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。虛擬校園不僅可以建立基于現(xiàn)實(shí)校園的一個(gè)三維虛擬環(huán)境，還可以上傳到Internet，為遠(yuǎn)程用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)提供一個(gè)虛擬校園空間。虛擬校園為師生們提供了非常便利和快捷的交流環(huán)境，同時(shí)一個(gè)完善的虛擬校園系統(tǒng)集學(xué)習(xí)、工作和生活為一體，增添了師生之間交流的趣味性，有利于教師、學(xué)生之間的良好溝通。其中美國(guó)加州大學(xué)北卡分校及伯克利分校在這方面走在世界前沿，他們都擁有世界一流的漫游技術(shù)研究室，研究室里配有許多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的設(shè)備，包括功能強(qiáng)大的圖形工作站、高分辨率圖形顯示器、各種類(lèi)型的頭盔顯示器(MHD)、數(shù)據(jù)手套、步行器等。SodaHall模型由1418807個(gè)多邊形構(gòu)成，模型用了406種材質(zhì)及58種不同紋理。上海大學(xué)實(shí)現(xiàn)了寧波科技園區(qū)實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。GC國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。 本課題主要研究?jī)?nèi)容及研究思路本課題主要研究山東工商學(xué)院校園的三維建模和基于Web的校園漫游。不僅可以在校園和教學(xué)樓以及辦公樓漫游，還可以在虛擬系統(tǒng)中控制部分物體如開(kāi)關(guān)門(mén)、窗以及電燈等等?？紤]到整個(gè)校園規(guī)模較大，虛擬場(chǎng)景和物體、角色的數(shù)量較多，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)時(shí)間也有限，因此，第一期（2008年3月至2009年1月）虛擬校園的設(shè)計(jì)以學(xué)校正門(mén)開(kāi)始通往辦公大樓、第二教學(xué)樓、第三學(xué)生餐廳、第25號(hào)學(xué)生宿舍樓以及南門(mén)的主干道路為主線(xiàn)，展示校園風(fēng)光，并實(shí)現(xiàn)辦公大樓、第二教學(xué)樓、第三學(xué)生餐廳和第25號(hào)學(xué)生宿舍樓的外圍效果和室內(nèi)效果。 本文組織結(jié)構(gòu)本文內(nèi)容主要通過(guò)以下幾章來(lái)討論：第1章介紹虛擬校園的概念、應(yīng)用、研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景，以及本課題的研究背景、意義和研究思路。第5章對(duì)研究的總結(jié)以及下一步的工作介紹。 結(jié)構(gòu)與功能分析“虛擬山商”虛擬校園系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可以劃分為虛擬校園漫游子系統(tǒng)、信息查詢(xún)與管理子系統(tǒng)以及虛擬多媒體教室子系統(tǒng)。第二，通過(guò)聲音、文字、圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻等多媒體技術(shù)手段輔助性地介紹大學(xué)的概況、歷史、學(xué)科設(shè)置等情況，從而更真實(shí)地反映大學(xué)狀況。虛擬多媒體教室子系統(tǒng)則為訪(fǎng)問(wèn)者構(gòu)建了一個(gè)虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)，訪(fǎng)問(wèn)者可以在虛擬多媒體教室內(nèi)進(jìn)行課件瀏覽、教學(xué)視頻點(diǎn)播以及異步提問(wèn)和答疑。具體建模步驟為：首先對(duì)校園主干道路進(jìn)行建模，利用主干道路將校園劃分成為若干區(qū)塊，確定各個(gè)區(qū)塊中的建筑和景觀。首先對(duì)空心樓體進(jìn)行建模，然后對(duì)具有共同特征的建筑，選擇有代表性的進(jìn)行建模，利用它可改造得到其他建筑的模型，如果多棟宿舍樓之間單體設(shè)計(jì)差異不大，可以選擇一部分樓體進(jìn)行詳細(xì)建模，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單修改重復(fù)利用即可快速獲得另一部分樓體或者其他樓體的模型。道路虛擬山商漫游子系統(tǒng)大門(mén)與圍墻花草樹(shù)木、池塘、鳥(niǎo)魚(yú)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)與池塘行人與車(chē)輛其他輔助對(duì)象教學(xué)樓宿舍樓辦公樓實(shí)驗(yàn)樓樓內(nèi)細(xì)節(jié)圖21 虛擬山商建模層次Fig 21 Modeling arrangement of Virual ShanShang 信息查詢(xún)與管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了讓訪(fǎng)問(wèn)者更加準(zhǔn)確、真實(shí)、全面地感受山東工商學(xué)院的校園風(fēng)光，系統(tǒng)對(duì)主要建筑和景觀進(jìn)行文字描述和介紹，并且支持信息的添加、編輯與修改。利用實(shí)時(shí)通信功能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教室中所能進(jìn)行的大多數(shù)教學(xué)活動(dòng)，并可以利用異步通信功能實(shí)現(xiàn)前所未有的教學(xué)活動(dòng)，如異步輔導(dǎo)與答疑、異步講座等等。第3章 “虛擬山商”虛擬校園系統(tǒng)的三維建模設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)三維虛擬校園系統(tǒng)的主要工作之一是運(yùn)用三維場(chǎng)景建模技術(shù)在計(jì)算機(jī)中生成逼真的、等同于現(xiàn)實(shí)世界又稍有不同的虛擬世界。 三維建模理論基礎(chǔ)整個(gè)虛擬校園系統(tǒng)中，所有復(fù)雜地形、樓房、桌椅、電燈、電腦、窗簾、書(shū)本、汽車(chē)、行人、植物、聲音文字甚至垃圾桶等虛擬物體均采用3Ds max 8進(jìn)行建模。因此，模型質(zhì)量在很大程度上決定了作品的質(zhì)量和運(yùn)行效率。常用的坐標(biāo)系有：世界坐標(biāo)系：建立了描述其他坐標(biāo)系所需要的參考框架，用來(lái)描述其他坐標(biāo)系的信息，如每個(gè)物體的位置和方向、攝像機(jī)的位置和方向、每一點(diǎn)的地形是什么、各物體的運(yùn)動(dòng)描述等等。物體坐標(biāo)系：也稱(chēng)模型坐標(biāo)系或身體坐標(biāo)系，是與特定物體相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系，可以描述模型中物體的坐標(biāo)信息和自身運(yùn)動(dòng)情況，如向左轉(zhuǎn)、向前走等等。例如，第二教學(xué)樓2413辦公室門(mén)口相對(duì)于第二教學(xué)樓的物體坐標(biāo)系的坐標(biāo)可以描述為（－9,2）；虛擬場(chǎng)景中行人及車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)前進(jìn)2米的含義是沿其+z軸方向前進(jìn)2米，向右旋轉(zhuǎn)30度的含義是以其+y軸為旋轉(zhuǎn)軸向右旋轉(zhuǎn)30度。慣性坐標(biāo)系：其原點(diǎn)與物體坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，而坐標(biāo)軸與世界坐標(biāo)系的軸平行，因此，從物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到慣性坐標(biāo)系只需要旋轉(zhuǎn)，從慣性坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系只需要平移，它簡(jiǎn)化了物體坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換[36,37,3941,43,44,46]。比例變換：在物體縮放時(shí)需要用到比例變換，其變換矩陣為 (33)透視變換：視點(diǎn)在x軸、y軸、z軸上的透視變換矩陣分為別 (34) 幾何建模法幾何建模法是充分利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)進(jìn)行虛擬環(huán)境的建模和繪制。幾何建模法應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)路線(xiàn)比較成熟，國(guó)內(nèi)外都研發(fā)了許多建模工具及控制集成軟件，這些都使得幾何建模法目前實(shí)際應(yīng)用比較廣泛。而對(duì)于樹(shù)木，則僅對(duì)道路兩旁較近的采用幾何建模法進(jìn)行了精細(xì)建模，遠(yuǎn)處的樹(shù)木則使用了下面將要講到的貼圖技術(shù)進(jìn)行粗略建模。但此技術(shù)對(duì)于移動(dòng)物體效果不好，并且不能用于表面復(fù)雜度較高的物體，物體復(fù)雜度越高，面平面所表現(xiàn)出的方向個(gè)數(shù)越大，該技術(shù)的可用性越低。2D貼圖包括Bitmap（位圖）、Checker（方格）、Combustion、Gradient（漸變）、Gradient Ramp（漸變度）、Swirl（漩渦）、Tiles（平鋪）。三維貼圖不需要貼圖坐標(biāo)。另外，如果賦予物體的材質(zhì)中包含任何一種二維貼圖時(shí)，物體就必須具有貼圖坐標(biāo)。此選項(xiàng)可使物體在渲染效果中看到貼圖。Planar平面：平面映射方式，貼圖從一個(gè)平面被投下，這種貼圖方式在物體只需要一個(gè)面有貼圖時(shí)使用。只有在選擇了Cap選項(xiàng)后才會(huì)在頂面與底面分別以平面式進(jìn)行投景。如樓體的外側(cè)表面、樓內(nèi)房間的墻壁、大片的草地以及樹(shù)木等，都采用簡(jiǎn)單幾何體和貼圖相結(jié)合的建模方法。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，不僅要涉及到絕對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)，還要涉及到每一個(gè)對(duì)象相對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)，需要確定各種三維對(duì)象的相對(duì)位置和絕對(duì)位置。物體的運(yùn)動(dòng)建模主要有幾種方法：關(guān)鍵幀方法采用關(guān)鍵幀方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)建模主要利用插值技術(shù)，即只需要定義物體在起始幀、關(guān)鍵幀、結(jié)束幀處的位置、旋轉(zhuǎn)角度以及其它屬性，而相鄰關(guān)鍵幀之間的過(guò)渡動(dòng)作完全由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算并插值。關(guān)于固定參考坐標(biāo)系,求解末端效應(yīng)器的位置,而與引起運(yùn)動(dòng)的力和力矩?zé)o關(guān)。逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法在一定程度上減輕了正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法的繁瑣工作。為此,人們對(duì)關(guān)節(jié)軸進(jìn)行了大量的特殊安排,以便在動(dòng)畫(huà)進(jìn)行過(guò)程中得到唯一解。逆動(dòng)力學(xué)問(wèn)題更有用,它確定產(chǎn)生系統(tǒng)中規(guī)定運(yùn)動(dòng)的力和力矩。而諸如車(chē)輛運(yùn)動(dòng)、樹(shù)葉飄落之類(lèi)的動(dòng)作則不需要使用3Ds max建模，可以將車(chē)輛、樹(shù)葉等模型導(dǎo)入Virtools作品后使用BB、屬性、參數(shù)運(yùn)算等來(lái)實(shí)現(xiàn)。 模型分割虛擬環(huán)境的幾何體和物理建模所得到的是一個(gè)非常復(fù)雜的模型，大量的多邊形使得繪制速度大大減慢，另外，由于內(nèi)存需求過(guò)大而導(dǎo)致的內(nèi)存交換也降低了交互速度。該方法對(duì)于大型建筑模型非常適用。在“虛擬山商”系統(tǒng)的建模中，多次對(duì)較大模型進(jìn)行了單元分割，提高了系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)速度。與原模型相比，每個(gè)模型均保留一定層次的細(xì)節(jié)，當(dāng)從近處觀察物體時(shí)，采用精細(xì)的模型，而當(dāng)從遠(yuǎn)處觀察物體時(shí)，則采用較粗糙的模型，這樣對(duì)于一個(gè)較復(fù)雜場(chǎng)景而言，可以減少場(chǎng)景的復(fù)雜程度，同時(shí)對(duì)于生成的真實(shí)圖像的質(zhì)量的損失還可以在用戶(hù)給定的閾值以?xún)?nèi)，而生成圖像的速度也可以大幅度地提高。 系統(tǒng)建模方