【文章內(nèi)容簡介】 ........................................ 65 Implementation of system cruise .................................................................... 65 Realization of Automatic Roaming....................................................... 65 The realization of free roaming............................................................. 67 Interface study of Virtools and database ....................................................... 68 Optimization for visiting speed ..................................................................... 69 System release and running .......................................................................... 70 Brief Summary .............................................................................................. 72 Chapter 5 Conclusions and Suggestions ...................................................................... 73 referrence ..................................................................................................................... 75 thanks ........................................................................................................................... 79 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尤其是虛擬漫游技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如數(shù)字城市、虛擬礦井、產(chǎn)品展示、教 育訓(xùn)練、建筑設(shè)計、室內(nèi)裝潢、游戲開發(fā)等等。 在分析了國內(nèi)外虛擬校園系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以山東工商學(xué)院為背景，設(shè)計開發(fā)了基于 Web 的虛擬校園漫游系統(tǒng)“虛擬山商”。課題主要研究內(nèi)容包括三維建模、場景動畫、交互控制、粒子系統(tǒng)、多媒體數(shù)據(jù)庫技術(shù)，碰撞檢測與避免、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、在線虛擬漫游等功能；預(yù)留了校園信息查詢與管理、虛擬多媒體教室等模塊的接口。整個系統(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 。根據(jù)校園地形 特點(diǎn)，研究并實(shí)現(xiàn)了不平坦地形的快速建模方法，充分運(yùn)用了貼圖技術(shù)。 整個系統(tǒng)非常逼真，具有較強(qiáng)的真實(shí)感，不僅能夠展示校園風(fēng)景和濃厚的學(xué)習(xí)、科研氛圍，對校園內(nèi)重要建筑物還進(jìn)行了簡要的文字說明，一目了然，并且具有較快的瀏覽速度，能夠滿足在線瀏覽的要求。 關(guān)鍵字： 虛擬校園，三維建模， 3D Studio Max， Virtools 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 II Abstract In recent years, Virtual cruise technology has been widely used in many fields, such s digital city, virtual mine, product exhibition, educationamp。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， Virtools 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 研究背景 目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)己經(jīng)成為計算機(jī)技術(shù)中研究、開發(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 、產(chǎn)品展示、娛樂 等各個領(lǐng)域。虛擬校園，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代教育中最早的應(yīng)用 之一 ，它實(shí)現(xiàn)了對校園三維景觀和教學(xué)環(huán)境的數(shù)字化和虛擬化，在學(xué)校的教學(xué)資源管理、環(huán)境規(guī)劃和學(xué)校發(fā)展 與宣傳 等許多方面發(fā)揮了重要的作用。 虛擬校園漫游系統(tǒng)的研究對今后虛擬校園的建設(shè)具有重要的實(shí)際意義。將學(xué)校風(fēng)光用虛擬仿真實(shí)現(xiàn)，既可以為學(xué)校樹立良好的形象 ， 提高學(xué)校的知名度，宣傳校園文 化，讓來訪者足不出戶就可瀏覽校園風(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。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三維可視化的、有聲有色的信息介紹與查詢環(huán)境。同時它還可以促進(jìn)遠(yuǎn)程教學(xué)的發(fā)展，為數(shù)字校園的建設(shè)提供一個很好的平臺。 國內(nèi)外多所大學(xué)已經(jīng)推出了各自的虛擬校園系統(tǒng)，而山東工商學(xué)院目前僅有一個在線的校園全景圖可供訪問者瀏覽，不具備三維效果，且內(nèi)容也較單一。為此，需要開發(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單介紹，還可以進(jìn)行信息查詢，并且加入在線遠(yuǎn)程教育模塊 [110,49,58,51,55,57]。整個系統(tǒng)比較龐大復(fù)雜，按照項(xiàng)目的整體規(guī)劃，分為三個階段來完成設(shè)計與開發(fā)。本文主要介紹第一階段的工作，即部分校園的建模與虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)。 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 虛擬校園概述、研究現(xiàn)狀及前景 虛擬校園概述 虛擬校園，是校園景觀和教學(xué)環(huán)境在計算機(jī)中的虛擬再現(xiàn)。它利用地理信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對真實(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。虛擬校園不僅可以建立基于現(xiàn)實(shí)校園的一個三維虛擬環(huán)境，還可以上傳到 Inter，為遠(yuǎn)程用戶訪問提供一個虛擬校園空間。 虛擬校園與早期的校園網(wǎng)頁相比更加生動、逼真。普通的校園網(wǎng)頁是將現(xiàn)實(shí)校園抽象成文字描述和圖片展示來讓用戶了解校園，沒有去過校園的用戶只能在腦海里想象校園原型。虛擬校園則可以將生動形象的校園自然環(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，這種類似于真實(shí)的感受方式更加符合我們的習(xí)慣。 虛擬校園為師生們提供了非常便利和快捷的交流環(huán)境，同時一個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。 1993年美國制定了國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的行動綱領(lǐng)，大大推動了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在美國大學(xué)校園的應(yīng)用與發(fā)展。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸改變著美國大學(xué)校園傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)、管理和生活方式，美國大學(xué)的虛擬校園建設(shè)早已經(jīng)涉及到教學(xué)活動、科研活動、圖書館網(wǎng)絡(luò)、學(xué)校管理工作和學(xué)生日常生活的各個方面，并且己經(jīng)取得引人矚目的成績。 虛擬校園研究現(xiàn)狀 目前，許多的國外大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)都在從事虛擬場景漫游的研究。其中美國加州大學(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、各種類型的頭盔顯示器 (MHD)、數(shù)據(jù)手套、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 步行器等。 加州大學(xué)北卡分校的漫游技術(shù)研究室把建筑漫游作為自己的主要研究方向，到目前為止，他們完成的實(shí)時漫游大型建筑己達(dá)十個以上，其中至少有三項(xiàng)是在建筑施工前進(jìn)行的事前仿真，讓用戶和設(shè)計者在工程開始之前，就可以對整個設(shè)計做出評估并反復(fù)修正設(shè)計方案。 1977 年，北卡分校實(shí)現(xiàn)了由13000000 個三角形構(gòu)造的一個電廠模型的實(shí)時交互漫游，他們采用的紋理盒消除模型 、細(xì)節(jié)層次模型、可見區(qū)預(yù)計算等算法大大提高了場景渲染的效率。 1996年，加州伯克利分校在 SGI 工作站也實(shí)現(xiàn)了本校新樓 SodaHall 的實(shí)時漫游。SodaHall 模型由 1418807 個多邊形構(gòu)成，占據(jù) 的硬盤空間，模型用了406種材質(zhì)及 58種不同紋理。由于研究小組采用了高效的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、多級動態(tài) LOD 技術(shù)、場景調(diào)度算法、實(shí)時可視區(qū)域判定算法及計算處理等多種技術(shù)使得 SodaHall 的實(shí)時仿真率 (每秒鐘刷新頻率 )恒定在每秒 20幀左右。 在我國，清華大學(xué)、武漢大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、杭州大學(xué)、浙江大學(xué) 、西南交通大學(xué)等許多大學(xué)都己經(jīng)開展 了 虛擬場景漫游技術(shù)的研究，在視景技術(shù)、三維圖形算法、建模方法 、仿真技術(shù) 等方面都取得了重要成果，并在城市規(guī)劃與建筑領(lǐng)域得到了初步的實(shí)際應(yīng)用。 武漢理工大學(xué)開發(fā)出了一套校園虛擬全景漫游系統(tǒng)，由該校網(wǎng)絡(luò)信息中心與藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院數(shù)碼藝術(shù)系方興工作室共同開發(fā)研制，歷時四個月，橫跨余家頭、東、西院三個校區(qū)，共拍攝校園場景 20余處，拍攝照片 800多張，制作360 度全景漫游。上海大學(xué)實(shí)現(xiàn)了寧波科技園區(qū)實(shí)時漫游系統(tǒng)。清華大學(xué)土木系的“ vRGROUP”小組使用 SPuerscPae 公司的 VRT虛擬 環(huán)境軟件包于 1998 年開發(fā)了“清華北大藍(lán)旗營教師住宅小區(qū)”虛擬環(huán)境漫游系統(tǒng)。北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與可視化新技術(shù)研究室，完成了虛擬的恒昌花園及其房內(nèi)裝修。浙江大學(xué) CADamp。GC 國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時漫游系統(tǒng)。西南交通大學(xué)在虛擬校園漫游系統(tǒng)的研究方面也有長足的進(jìn)展。 虛擬校園的發(fā)展前景 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬地理環(huán)境學(xué)科的日新月異，虛擬校園山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 將增添更加豐富的內(nèi)容，例如 :網(wǎng)上虛擬課堂、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬社團(tuán)等。虛擬校園今后的發(fā)展方向是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的信息化手 段和先進(jìn)的工具一計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對學(xué)校與教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)有關(guān)的所有信息資源進(jìn)行全面的數(shù)字化，用科學(xué)規(guī)范的管理對這些信息資源進(jìn)行整合和集成，形成統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的資源管理和統(tǒng)一的權(quán)限控制，把學(xué)校建設(shè)成面向校園內(nèi)外，也面向社會的一個超越時間、超越空間的虛擬校園，提高傳統(tǒng)校園的效率，擴(kuò)展傳統(tǒng)校園的功能，最終實(shí)現(xiàn)教育過程的全面信息化，從而達(dá)到提高教育管理水平的目的。 本課題主要研究內(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。三維建模部