【正文】 當然不同的項目要求，設(shè)置燈光的32 類型也不一樣。 因此這種方法用得很少。第一類的透明紋理例如樓梯的欄桿、車站的站牌等，其自身的厚度可以近似為零，即從它們的頂面看，只是一個單面，對于這類透明紋理處理比較簡單， 可以直接映射上去 ；第二類例如樹木、雕塑等的透明紋理，本身的厚度不可忽略，即從任何角度看 ，都應(yīng)該出現(xiàn)一個類似柱體的透明紋理。 這時就 可以采取紋理映射技術(shù)來很好地解決問題。否則，不但影響視覺效果，還 浪費 大量 的 CPU資源 。 26 第 五 章 漫游場景生成技術(shù) 在大規(guī)模三維漫游系統(tǒng)中，三維模型的多邊形面片數(shù)量一般都很大。一般來說，在場景綠化中要注意這幾點。 對于這些東西，做些小模型，然后把小的模型復制到馬路模型中。路面的兩側(cè)有花壇、樹木、灌木、植被、路燈、 花園燈 等各種東西。 CAD 圖紙精確給出 了 建筑物各個方面的尺寸，建模時要按照這些尺寸來建。其中包括頂點 、線段、樣條線層級，每個層級下有分別由不同的卷展欄，如圖 44(a)(b)(c)所示。 (1) 建筑物建模的一般過程 建模的時候，要先仔細觀察建筑物的造型，對建筑物的幾何特點有清楚的認識。下面對三維場景庫的建造需求做 出 具體分析。 建模原則 建造模型時，要明確建模的目的和要求。這樣，就能方便地把所感興趣的對象獨立出來，單獨對它進行修改，然后再把它集成到整個三維場景中。 16 第 四 章 場景模型的建造 三維模型的幾何建模包括地形建模和建筑物建模兩部分。 模型 數(shù)據(jù)量問題 建造大規(guī)模場景，就必然要求盡量減少內(nèi)存的消耗來提高漫游速度。 幾何模型走樣 模型走樣是相對于模型的紋理走樣來說的，它是指因模型的多邊形有問題而引起的走樣 。這就意味著圖形處于不斷的“運動”狀態(tài)中。下面介紹利用 3DS Max 建模軟件在梧州學院三維場景過程中遇到的幾個關(guān)鍵問題和解決方法。 本課題的研究背景及意義 隨著計算機技術(shù)，特別是計算機圖形學、三維仿真技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛速發(fā)展，信息管理的數(shù)字化和實物模型的虛擬化已成為當今世界非常重要的技術(shù)應(yīng) 用領(lǐng)域。華盛頓大學華盛 頓技術(shù)中心的人機界面技術(shù)實驗室 (1ilT lab)，將 VR 研究引入教育、設(shè)計、娛樂和制造領(lǐng)7 域。 著名的游戲公司暴雪娛樂（ Blizzard Entertainment）所制作的一款大型多人在線角色扮演游戲 《魔獸世界》 就是最成功的一個典范，截至 2020年底，全球的魔獸世界付費用戶已超過 1150 萬人，并成功打進吉尼斯世界紀錄大全。輸入設(shè)備給VR 系統(tǒng)提供來自用戶的輸入，并允許用戶在虛擬環(huán)境中改變自己的位置、視線方5 向和視野，也允許改變虛擬環(huán)境中虛擬物體的位置和方向。 虛擬現(xiàn)實 技術(shù) 的特征 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的主要特征 包括 ：多感知性（ MultiSensory）、浸沒感（ Immersion）、交互性（ Interactivity）、構(gòu)想性（ Imagination）。系統(tǒng)設(shè)計的目的是最大限度地運用系統(tǒng) 分析的結(jié)果，設(shè)計出能最大限度地滿足要求的系統(tǒng)。隨著計算機 軟 、 硬件 的發(fā)展，三維可視化展示在越來越多的領(lǐng)域都表現(xiàn)出很大的優(yōu)點 ，虛擬現(xiàn)實技術(shù) 的發(fā)展前景 也越來越 廣闊 。系統(tǒng)對校園實景進行仿真建模，將學校的各種地理信息都收集、整理、歸納，然后按照學校建筑的地理坐標建立完整的三維模型。這就是三維實時漫游技術(shù)的魅力，也是未來數(shù)字城市、數(shù)字校園、數(shù)字小區(qū)等的發(fā)展方向。運用 VRPBUILDER 虛擬現(xiàn)實編輯器模塊實現(xiàn)地圖引擎、人機交互等功能，為用戶提供一個友好的人機界面。 最理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng) 具有一切人所具有的感知功能 [2]。 美國國防部和軍方認為：虛擬現(xiàn)實將在武器系統(tǒng)性能評價、武器操縱訓練及指揮大規(guī)模軍事演習三方面發(fā)揮重大作用。 后來美國宇航局 (NASA)的艾姆斯空間中心利用流行的液晶顯示電視和其它設(shè)備，開始研制 了 低成本的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，推動了該技術(shù)硬件的進步。 本主要致力于建立大規(guī)模VR 知識庫的研究，在虛擬現(xiàn)實的游戲方面的研 究也處于領(lǐng)先地位。 它具有校園對外宣傳的功能 ， 給普通用戶搭建一個了解校園的良 好平臺 ， 使用戶可以全面直觀地了解校園 ， 對校園的各種景觀建筑的屬性進行查詢。為此，本系統(tǒng)使用的主要的解決方法有：做簡模、模型場景的優(yōu)化、合理分布模型的密度、刪除看不見的面、用紋理映射技術(shù)表現(xiàn)復雜造型等 。當各屏幕像素中的可見曲面區(qū) 域與紋理象素大小相匹配時，它們之間形成一對一的映射。進行精確的碰撞檢測 ， 對于提高虛擬環(huán)境的沉浸感有著至關(guān)重要的作用 ， 而虛擬環(huán)境自身的復雜性和實時性對碰撞檢測提出更高的要求。 ，其中包括流水、行車、太陽、天空、霧效等。 幾何建模是 利用 用計算機 產(chǎn)生 出許多各式各樣的多邊形 面片 ， 用 這些面片 拼構(gòu)成所 虛構(gòu)的模擬對象的立方體外形， 以 達到與真實物體在外觀上“形似”。模型的精確性是指模型要能精確地反映出原型的基本特征以及準確位置。第二，模型必須與原型具有某種程度的相似性。所以需要對得到的 CAD 圖紙進行整理。 第一步，先進行實地考察，也可參照效果圖，觀察樓房的結(jié)構(gòu)。得到的模型如圖 45所示。這樣，模型所包含的信息量大、三維立體感強，體現(xiàn)豐富的細節(jié)。例如，馬路上的花壇長度可能比實際花壇長度長出一些。第二類是綠化，包括樹木、灌木、植被、花壇等；第三類是路燈； 第四類是綠化帶，包括噴泉、假山、雕塑。讓樹成一條直線的情況除了出現(xiàn)在馬路邊外，在其他情況中是要避免使用的。下面就常用的幾種場景生成與顯示的優(yōu)化 策略和相關(guān)技術(shù)作一介紹和分析。例如 ，在馬路上、廣場上、大量存在著幾何形狀完全一樣的各種路燈，同種燈之間的差別僅在于所處的位置、方向、大小不一樣 （如圖 51 所示） 。 紋理映射也有好幾種不同的技術(shù)。 BillBoard 可向任意方向轉(zhuǎn)動。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。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算出的溢出色彩等。 3ds max 中的“渲染到紋理”工具可以將各種場景元素渲染或“烘焙”到紋理中，包括照明和陰影。 (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 個或多個互相垂直的交叉面技術(shù) （如圖 54所示） 。一般情況下，建筑物都使用的是不透明紋理技術(shù)，只要將從對象采集來的照片進行處理，使之成為正射圖片 后反貼回三維模型上面 。因而，實例技術(shù)在大規(guī)模場景的建造中有著十分廣泛的應(yīng)用。 多細節(jié)層次 (Levels Of Detail)技術(shù) 多細節(jié)層次 (LODs)技術(shù) 為 控制 三維場景 模型場景復雜度 提供一個十分有效的方法。對路燈的建模有兩種。然后還要對插入一些其他的植物進行點綴，比如樹木、灌木，以及月季花等。只要先建造一個花壇模型，其余的都可以重復 該 模型。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。 建筑物模型的建造根據(jù)前面對建筑物建模的需求分析，不同的建筑物有著不同的重要性，同時當前的建造進度 (已建好、未建好 )不同的建筑物也有著不同的建模要求。 第三步，建造模型。如果將一種相同的地物放在同一個層里，還可以在操作的過程中實現(xiàn)統(tǒng)改屬性的方法，避免一些公共屬性重復修改造成的時間、資源的浪費。在區(qū)域地形和建筑物都完成以后，要對區(qū)域建筑物與區(qū)域地形進行匹配并集成。原型越復雜，越需要從整體上 來 把握，概 要 模型 就 越重要。第一，它提高模型的真實感。給不了解學校的來訪者或用戶提供方便。 層次包圍盒法是碰撞檢測中普遍使用的一種方法。當物體運動時，將會產(chǎn)生嚴重的閃爍變形現(xiàn)象。這是因為直線、多邊形、色彩邊界等是連續(xù)的 ， 而光柵則是由離散的點組成 ， 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。 同時對學校的外宣、招生、校容校貌的展示起到 強有力的輔助 性作用 ，為 信息化、 數(shù)字化校園工 程建設(shè)打下基礎(chǔ) 。 北京航空航天大學計算機系是國內(nèi)最早進行 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)算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán) 境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境、用于飛行員訓練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等?，F(xiàn)在正致力于一個叫“虛擬行星探索” (VPE)的試驗計劃。 親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸有本質(zhì)的差別 ，這可以 加速和鞏固學生學習知識的過程。 （ Interactivity） 用戶對模擬環(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（包括實時性）。而“虛擬”是 指用 計算機生成的意思。 本文 分為六章編寫： 2 第一章為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的介紹，說明虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念及特征并對它 的應(yīng)用領(lǐng)域做 出 分析 ，最后還簡述本課題在國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)及存在的問題 及本系統(tǒng)開發(fā)的背景和意義 。 關(guān)鍵詞： 虛擬現(xiàn)實 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。后期用 VRPBUILDER 虛擬現(xiàn)實編輯器模塊制作地圖引擎、人機交互等功能，為用戶提供一個友好的人機界面。對于場景模型的優(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。 虛擬現(xiàn)實中的“現(xiàn)實”是泛指在物理意義上或 現(xiàn)實 意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實際上可實 現(xiàn)的，也可以是實際上難以實現(xiàn)的或根本無法實現(xiàn)的。 該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以建立各種虛擬實驗室，如地理、物理、化學、生物實驗室等等， 能夠為學生提供生動、逼真的學習環(huán)境 ， 擁有傳統(tǒng)實驗室難以比擬的優(yōu)勢。美國宇航局 (NASA)的 Ames 實驗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時仿真；大量運用面向座艙的飛行模擬技術(shù)；對哈勃太空望遠鏡的仿真。國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到 這一領(lǐng)域的研究工作。虛擬校園的開發(fā)建設(shè)正是將學院 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 。 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 ， 或多或少會呈現(xiàn)鋸齒狀或臺階狀外觀。 例如，將一黑白方格的圖案映射到一景物表面，當景物離視點很遠并使景物在 屏幕上的投影只覆蓋一個像素時，則計算機在繪制 該 像素時， 該 像素的顏色將完全是黑或完全是白色。目前主要的碰撞檢測算法有 3類 ： 包圍盒層次法 [8]、 空間剖分法和距離向量法。 圖 31 系統(tǒng) 流程圖 14 ：用 戶可以隨意選擇校園中的景點和參觀路線，開啟或關(guān)閉音樂，并通過鼠標鍵盤來漫步并且改變視點； ：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現(xiàn)對校園具體地物在地圖上的定位 ，通過對周邊建筑場景的查詢 可以可以讓用戶迷路情況下找到想前往目的地； ，如碰撞檢測機能，杜絕 “穿墻而過”這類違背現(xiàn)實情況 的 發(fā)生 ； ，比如 霧效、太陽光暈 等 ； ，簡單介紹各棟建筑的功能、場地信息。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。首先，建 立 概要 模型，反映原型整體 的 外貌 特征。 再 根據(jù)已獲取的數(shù)據(jù)，可以同時進行區(qū)域地形、區(qū)域建筑物的建造。 AutoCAD 提供數(shù)據(jù)的分層管理功能，可以將數(shù)據(jù)根據(jù)屬性進行細致準確的分層。將調(diào)查到的樓房的數(shù)據(jù)記錄下來。 23 圖 48 體育館模型 至此， 就完成 了 體育館的三維 簡體 模型的建立。