【正文】 7 體育館。 再 根據(jù)已獲取的數(shù)據(jù)，可以同時(shí)進(jìn)行區(qū)域地形、區(qū)域建筑物的建造。一般來說，模型的建造要遵循兩條最 基本原則：第一，數(shù)據(jù)的可靠性。首先，建 立 概要 模型，反映原型整體 的 外貌 特征。 建模要求 模型是 現(xiàn)實(shí)中 原型的模 板，是從現(xiàn)實(shí)世界抽象的對(duì)原型的模仿和描述。幾何形狀屬性，尤其是使用紋理的添加給仿真系統(tǒng)帶來許多好處。還可以將 制作 好的道路 系統(tǒng)、 水 系統(tǒng)、裝飾物 等 物體 添加在生成的地形 模型 上。 圖 31 系統(tǒng) 流程圖 14 ：用 戶可以隨意選擇校園中的景點(diǎn)和參觀路線，開啟或關(guān)閉音樂，并通過鼠標(biāo)鍵盤來漫步并且改變視點(diǎn)； ：提供常用的三維操作，包括三維放大、三維縮小、三維平移和三維環(huán)游等功能，通過三維地圖的操作可以直觀的將校園環(huán)境展現(xiàn)給用戶； ：該模塊包括查詢定位和周邊查詢，通過定位功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)校園具體地物在地圖上的定位 ，通過對(duì)周邊建筑場(chǎng)景的查詢 可以可以讓用戶迷路情況下找到想前往目的地； ，如碰撞檢測(cè)機(jī)能，杜絕 “穿墻而過”這類違背現(xiàn)實(shí)情況 的 發(fā)生 ； ，比如 霧效、太陽光暈 等 ； ，簡(jiǎn)單介紹各棟建筑的功能、場(chǎng)地信息。 13 第 三 章 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 問題描述 設(shè)計(jì)一個(gè)三維校園漫游程序，為用戶提供校園三維實(shí)景的視覺、聽覺仿真并提供基礎(chǔ)的導(dǎo)航程序。目前主要的碰撞檢測(cè)算法有 3類 ： 包圍盒層次法 [8]、 空間剖分法和距離向量法。第 一種情況是模型中存在著凹多邊形；第二種是模型中的多邊形存在著“面與面相交重疊”的問題。 例如，將一黑白方格的圖案映射到一景物表面，當(dāng)景物離視點(diǎn)很遠(yuǎn)并使景物在 屏幕上的投影只覆蓋一個(gè)像素時(shí)，則計(jì)算機(jī)在繪制 該 像素時(shí)， 該 像素的顏色將完全是黑或完全是白色。 從圖形顯示的效果來看，圖形走樣大體可以分為：紋理走樣、幾何模型走樣。 走樣 (Aliasing)問題 在光柵圖形顯示器上繪制非水平且非垂直的直線或多邊形邊界時(shí) ， 或多或少會(huì)呈現(xiàn)鋸齒狀或臺(tái)階狀外觀。由于系統(tǒng)面向的用戶是廣大的基礎(chǔ)用戶，計(jì)算機(jī)硬件配置并不高，為 達(dá)到實(shí)時(shí)的目的，至少要保證圖形的刷新頻率不低于 15 幀 /秒，最好高于 30 幀 /秒。虛擬校園的開發(fā)建設(shè)正是將學(xué)院 26 年的 發(fā)展 歷史 呈現(xiàn)于世人面前，讓外界人士 了解 校容校貌 。 當(dāng) 前 ，各個(gè) 高校 都 在大力宣傳 校園建設(shè) 和 推廣數(shù)字化校園理念 ， 但是， 僅靠傳統(tǒng)的學(xué)校網(wǎng)站、論壇（ BBS）等是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。國內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到 這一領(lǐng)域的研究工作。 在 VR 開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備 (包括觸覺反饋 )設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面， 英國 在歐洲 占據(jù)著領(lǐng)先地位 。美國宇航局 (NASA)的 Ames 實(shí)驗(yàn)室研究主要集中在以下方面：將數(shù)據(jù)手套工程化，使其成為可用性較高的產(chǎn)品；在約翰遜空間中心完成空間站操縱的實(shí)時(shí)仿真；大量運(yùn)用面向座艙的飛行模擬技術(shù)；對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲必將為人類娛樂做出新的更大的貢獻(xiàn)。 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，如地理、物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)室等等， 能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境 ， 擁有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以比擬的優(yōu)勢(shì)。 虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù) 在各個(gè)領(lǐng)域 的 應(yīng)用 虛擬現(xiàn)實(shí)作為一門嶄新的學(xué)科，它可廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)中的各個(gè)領(lǐng)域，例如軍事領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、教育領(lǐng)域、互動(dòng)娛樂領(lǐng)域等。 該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動(dòng)起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣。通過參與者與 虛擬 環(huán)境的相互作用，并借 用戶 助本身對(duì)所接觸事物的感知和認(rèn)知能力， 幫助啟發(fā)參與者的思維，以全方位的獲取環(huán)境所蘊(yùn)含的各4 種空間信息和邏輯信息。 虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或 現(xiàn)實(shí) 意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí) 現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。 第 五 章是對(duì)三維漫游場(chǎng)景生成技術(shù)的說明。對(duì)于場(chǎng)景模型的優(yōu)化，文中給出四種常用的優(yōu)化技術(shù)的原理和應(yīng)用方法 并 著重闡述紋理映射技術(shù)，分析 各種情況下的紋理映射技術(shù)，比較 各種紋理映射技術(shù)的優(yōu)劣。所以，人們需要以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)三維可視化景物的實(shí)時(shí)交互操作就顯得尤為重要。后期用 VRPBUILDER 虛擬現(xiàn)實(shí)編輯器模塊制作地圖引擎、人機(jī)交互等功能，為用戶提供一個(gè)友好的人機(jī)界面。 梧 州 學(xué) 院 畢 業(yè) 論 文 論文題目 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維校 園 漫游系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 別 計(jì)算機(jī)科學(xué)系 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 07 計(jì)本 5 班 學(xué) 號(hào) 0700608118 學(xué)生姓名 王榮華 指導(dǎo)教師（簽名） 完成時(shí)間 年 月 I 摘要 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，它綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)來模擬人的視覺、聽覺等感覺器官功能。 關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實(shí) 漫游 三維 建模 貼圖 VRP II Virtual reality technology based on Threedimensional campus roaming System Abstract Virtual reality technology is an important branch of information science, it is utilization of puter graphics, simulation technology to simulate human vision, hearing and other sensory ans. Campus roaming system is based on threedimensional virtual reality technology development related to threedimensional visual simulation roaming the campus system. Virtual simulation system for modeling school, the school39。例如， 用戶 可以在 三維的數(shù)字化 小區(qū) 里沿著 道路 像行走一樣觀察兩邊的建筑，也可以在不同的高度、不同的遠(yuǎn)近程度的情況下查看 ，或者沿著三維數(shù)字校園里的道路參觀任何一 處自己 感興趣的場(chǎng)景。 本文 分為六章編寫： 2 第一章為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的介紹，說明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念及特征并對(duì)它 的應(yīng)用領(lǐng)域做 出 分析 ，最后還簡(jiǎn)述本課題在國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)及存在的問題 及本系統(tǒng)開發(fā)的背景和意義 。現(xiàn)階段主要使用的場(chǎng)景生成技術(shù)主要 包括可見性判定和消隱技術(shù)、多細(xì)節(jié)層次 (Levels Of Detail)技術(shù)、實(shí)例(Instance)技術(shù)、紋理映射 (Texture mapping)技術(shù)、貼圖的烘焙 等 ， 文中詳細(xì)介紹各種技術(shù)的原理和方法，并著重闡述各種情況下的紋理映射技術(shù)。而“虛擬”是 指用 計(jì)算機(jī)生成的意思。身臨其境的沉浸感和人機(jī)互動(dòng)的趣味性是虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)特征，對(duì)時(shí)空環(huán)境的現(xiàn)實(shí)構(gòu)想（即啟發(fā)思維，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實(shí)的最終目的。 （ Interactivity） 用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的逐步發(fā)展和完善，它還將更加深入的應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，發(fā)展前景十分良好。 親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動(dòng)地去交互與被動(dòng)的灌輸有本質(zhì)的差別 ，這可以 加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過程。 虛擬現(xiàn)實(shí) 技術(shù) 的國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) 早在 20 世紀(jì) 60 年代初 ， 人們就開始 著手 立體聲與三維立體顯示相結(jié)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 的 研究 ?，F(xiàn)在正致力于一個(gè)叫“虛擬行星探索” (VPE)的試驗(yàn)計(jì)劃。英國主要有四個(gè)從事 VR 技術(shù)研究的中心： Windustries(工業(yè)集團(tuán)公司 )，是國際 VR界的著名開發(fā)機(jī)構(gòu)，在工 業(yè)設(shè)計(jì)和可視化等重要領(lǐng)域占有一席之地； BritishAerospace(英國航空公司 BAe)的 Brough 分部，正在利用 VR 技術(shù)設(shè)計(jì)高級(jí)戰(zhàn)斗機(jī)座艙； Dimension International是桌面 VR 的先驅(qū)。 北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)行 VR 研究、最有權(quán)威的單位之一，著重研究虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出部分硬件，并提出有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán) 境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境、用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)等。 一個(gè)高校怎么才能擴(kuò)大自己的知名度 ， 給 人們以更加直觀的方法去了解學(xué)校 自身 的 真實(shí) 景觀 。 同時(shí)對(duì)學(xué)校的外宣、招生、校容校貌的展示起到 強(qiáng)有力的輔助 性作用 ，為 信息化、 數(shù)字化校園工 程建設(shè)打下基礎(chǔ) 。這給系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)提出一個(gè)考驗(yàn)：在不影響系統(tǒng)畫質(zhì)的情況下怎樣才能讓系統(tǒng)在硬件配置不高的計(jì)算機(jī)上順暢運(yùn)行。這是因?yàn)橹本€、多邊形、色彩邊界等是連續(xù)的 ， 而光柵則是由離散的點(diǎn)組成 ， 在光柵顯示設(shè)備上表現(xiàn)直線、多邊形等 ， 必須在離散位置采樣。下面針對(duì)這兩種情況分別加以分析，并提出可行的解決辦法。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的閃爍變形現(xiàn)象。針對(duì)這兩種情況，常用的解決方法有： “三角化”處理； 。 層次包圍盒法是碰撞檢測(cè)中普遍使用的一種方法。 ，包含全校所有重點(diǎn)建筑。給不了解學(xué)校的來訪者或用戶提供方便。 下面主要進(jìn)行 場(chǎng)景 建建模的介紹 ， 三維 漫游 模型 的 結(jié)構(gòu) 如圖 41 所示。第一，它提高模型的真實(shí)感。在三維 漫游 建模中，對(duì)模型主要有下面兩個(gè)要求。原型越復(fù)雜，越需要從整體上 來 把握，概 要 模型 就 越重要。建模時(shí)，收集的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息必須準(zhǔn)確可靠，否則必然造成很大偏差。在區(qū)域地形和建筑物都完成以后，要對(duì)區(qū)域建筑物與區(qū)域地形進(jìn)行匹配并集成。對(duì)于地形，要求與實(shí)際要準(zhǔn)確符合，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和地圖的比例來做，同時(shí)要做到美觀、逼真。如果將一種相同的地物放在同一個(gè)層里，還可以在操作的過程中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)改屬性的方法，避免一些公共屬性重復(fù)修改造成的時(shí)間、資源的浪費(fèi)。接下來就可以進(jìn)行 實(shí)體三維模型的 建模。 第三步，建造模型?；氐綐訔l線層級(jí)，對(duì)外輪廓進(jìn)行復(fù)制分離操作，孤立出另外的一條樣條線。 建筑物模型的建造根據(jù)前面對(duì)建筑物建模的需求分析，不同的建筑物有著不同的重要性，同時(shí)當(dāng)前的建造進(jìn)度 (已建好、未建好 )不同的建筑物也有著不同的建模要求。對(duì)標(biāo)志性建筑的建模過程中，幾何模型建得盡量詳細(xì)，所用的面片數(shù)是最多的。而道路建造則是具體把諸如馬路、人行道等各種道路修建好。對(duì)路的建模也是分成三步來建的。只要先建造一個(gè)花壇模型，其余的都可以重復(fù) 該 模型。修飾環(huán)境主要分為五類。然后還要對(duì)插入一些其他的植物進(jìn)行點(diǎn)綴，比如樹木、灌木，以及月季花等。第三，樹的疏密程度也是有講究的。對(duì)路燈的建模有兩種。雖然現(xiàn)在計(jì)算機(jī) CPU 與圖形處理器發(fā)展都很快，但是普通 PC 機(jī)還是不能運(yùn)行太大的三維場(chǎng)景。 多細(xì)節(jié)層次 (Levels Of Detail)技術(shù) 多細(xì)節(jié)層次 (LODs)技術(shù) 為 控制 三維場(chǎng)景 模型場(chǎng)景復(fù)雜度 提供一個(gè)十分有效的方法。 27 實(shí)例 (Instance)技術(shù) 實(shí)例技術(shù)在 三維 場(chǎng)景 模型的建造 中是十分重要的。因而，實(shí)例技術(shù)在大規(guī)模場(chǎng)景的建造中有著十分廣泛的應(yīng)用。因此，紋理映射技術(shù)的使用將極大降低場(chǎng)景的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)逼真度和運(yùn)行速度的平衡。一般情況下，建筑物都使用的是不透明紋理技術(shù)，只要將從對(duì)象采集來的照片進(jìn)行處理，使之成為正射圖片 后反貼回三維模型上面 。 公告牌 是增加圖形真實(shí)感的一種常用手段。 (a) 渲染前 (b)渲染后 圖 53 公告牌 (BillBoard)技術(shù) 另一種技術(shù)是作兩 個(gè)或多個(gè)互相垂直的交叉面技術(shù) （如圖 54所示） 。紋理的拼接技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)的建模中有著很廣泛的應(yīng)用。 3ds max 中的“渲染到紋理”工具可以將各種場(chǎng)景元素渲染或“烘焙”到紋理中，包括照明和陰影。 第三步 ： 選擇單個(gè)或多個(gè)模型，對(duì)其進(jìn)行貼圖烘焙。并且所烘焙出的大貼圖攜帶全部 的光影信息如亮部、暗部、陰影以及光能傳遞計(jì)算出的溢出色彩等。這種技術(shù) 可以 實(shí)現(xiàn)把費(fèi)時(shí)的光能傳遞計(jì)算應(yīng)用到動(dòng)畫中去的實(shí)用性，而且也能省去討厭的光能傳遞時(shí)動(dòng)畫抖動(dòng)的麻煩。如圖 55(a)為基元紋理， 55(b)為基元紋理拼接出草坪的表面紋理。例如作一個(gè)二叉面，則就必須繪制 2 個(gè)面。 BillBoard 可向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 52 不透明紋理映射技術(shù) 透明紋理是通過紋理技術(shù)和融合技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)的。 紋理映射也有好幾種不同的