【正文】 更為逼真。（2）圖書館周邊環(huán)境圖書館周邊環(huán)境大體上有綠化帶、樹木以及道路所構(gòu)成。建設(shè)方法如下：1）道路。利用Box節(jié)點，生成大小不同的立方體，利用Transform疊加起來，形成不同層次的路面，用TextureTransform節(jié)點進行紋理的映射。2）綠化。利用Box節(jié)點，生成立方體覆蓋于地面之上，利用TextureTransform節(jié)點映射綠地圖片。3）樹木。首先需要一張png格式的樹木圖片，圖片只保留樹木的形象，此操作可通過photshop摳圖實現(xiàn)。利用IndexedFaceSet節(jié)點，將圖片豎直于世界坐標(biāo)系中。利用Billboard節(jié)點節(jié)點將該造型包含進去。這樣生成的樹木就會始終正面面向觀眾。此方法避免了構(gòu)造復(fù)雜的樹木造型，且真實感較強。將上述構(gòu)建的對象有機地結(jié)合起來，就構(gòu)建出圖書館了，如圖14所示。圖14 圖書北館運行效果圖其他建筑物的構(gòu)建方法與圖書北館的構(gòu)建方法大致相同，此處不再一一累述?，F(xiàn)在展示其余幾個標(biāo)志性建筑物的運行效果圖。 運行效果圖如圖15所示。圖15 圖書館南館運行效果圖 運行效果如圖16所示。圖16 科技樓運行效果圖 運行效果如圖17所示。圖17 原平體育館運行效果圖 樹木的設(shè)計在虛擬場景中，樹木的添加極大地改善了場景的逼真程度和真實感，場景中的綠色樹木越多，視覺感觀效果越好。虛擬校園系統(tǒng)中一些景觀植物的設(shè)計，制作樹木場景最為復(fù)雜。主要是因為樹木本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作時間長、系統(tǒng)開銷增大。所以，樹木作為自然場景的重要構(gòu)成因素，一直是虛擬環(huán)境中非常重要的研究對象。如果將樹分解成大量的小段，每一段用基本幾何體來近似，這樣得到的樹木場景模型的多邊形數(shù)將達到一個極高的數(shù)量級，這顯然是不可取的，而且對于實時響應(yīng)要求也是不合理的。所以，想通過詳細(xì)建模的方法來表示大量的樹木是很難的。利用紋理映射來實現(xiàn)樹木的簡單表示是可取的捷徑。有幾種表示方法：粒子分形法和利用紋理來表示的方法、十字交叉法和公告牌(Billboard)法等。下面主要介紹本系統(tǒng)用到的公告牌(Billboard)法。公告牌技術(shù)（Billboard）是采用多邊形面模擬，當(dāng)視點改變時，此多邊形會繞指定的軸旋轉(zhuǎn)從而保證始終面向著視點。只要時刻保持二維紋理樹林圖像的法線矢量指向觀察者，就可以形成非常真實的三維景觀，從不同的角度觀察均可獲得樹木的較為完整的圖像。在X3D中，Billboard節(jié)點提供了這一功能。通過設(shè)定Billboard中axisOfRotation域，可以規(guī)定樹木的旋轉(zhuǎn)軸。以下是利用Billboard技術(shù)構(gòu)建的樹木，不論如何改變視角，樹木始終正面朝向瀏覽者。如圖119所示。圖18 樹木效果圖圖19 樹木效果圖 虛擬校園的整體拼合要把不同的模型整合在一起，必須首先深刻了解坐標(biāo)系。在X3D中，能創(chuàng)建任意數(shù)目的坐標(biāo)系。每個新坐標(biāo)系都是相對于另一個坐標(biāo)系的原點而定位的，稱為坐標(biāo)平移。當(dāng)一個新的坐標(biāo)系相對于另一個時，我們說新坐標(biāo)系是嵌入到父坐標(biāo)系中的子坐標(biāo)系。同樣地，父坐標(biāo)系也能嵌入到另一個坐標(biāo)系中等等。坐標(biāo)系的這種父子關(guān)系產(chǎn)生一個坐標(biāo)系的家族樹。坐標(biāo)系樹中最上面的父坐標(biāo)系是X3D文件中的根坐標(biāo)系。每個X3D文件都有一個根坐標(biāo)系。所有其他坐標(biāo)系，根據(jù)它們在坐標(biāo)系家族樹中的位置，直接或間接地是根坐標(biāo)系地后代。所以根坐標(biāo)系常常被稱為世界坐標(biāo)系(World Coordinate System)。造型總是創(chuàng)建于一個坐標(biāo)系中。如果使用Transform節(jié)點創(chuàng)建另一個坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中創(chuàng)建的任何造型都是被放置在新坐標(biāo)系的原點上。如果Transform節(jié)點的坐標(biāo)原點是由父坐標(biāo)系的原點平移而得，在Transform節(jié)點的坐標(biāo)系中的任何造型將坐標(biāo)系一起平移，相對于父坐標(biāo)系來說是平移過的。由于整個校園場景中的各個物體是通過相對位置關(guān)系組織起來的，因此需要確定某一個物體作為基準(zhǔn)和參照來確定其它物體的位置。本系統(tǒng)以學(xué)校正門作為參考標(biāo)準(zhǔn)。拼合方法如下：，利用一個 Box 節(jié)點來作為學(xué)院的整體地表，更改其參數(shù)，使得它的大小和學(xué)校的總面積相同。，通過電子地圖（如百度地圖）測量其他建筑距參照點的距離，根據(jù)比例，用Transform節(jié)點改變實體位置。，將創(chuàng)建好的各實體整合到校園中確定的位置上，最終完成虛擬校園的整體建設(shè)。拼合時，單獨建立一個X3D文件，用于拼合各實體。在本系統(tǒng)中。，系統(tǒng)的運行界面如圖20所示。圖20 系統(tǒng)運行截圖 系統(tǒng)的測試與優(yōu)化軟件測試的目標(biāo)，就是為了更快、更早地將軟件產(chǎn)品或軟件系統(tǒng)中所存在的各種問題找出來，并促進開發(fā)各類人員盡快地解決問題，最終及時地向客戶提供一個高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品，使軟件系統(tǒng)更好地滿足用戶的需求，同時滿足軟件組織自身的要求。 系統(tǒng)測試環(huán)境為了讓本系統(tǒng)能夠在較普通的機器上順利的運行，系統(tǒng)測試所選用的計算機為中等配置，具體的配置如下：處理器：Intel(R) Core(TM) i5 M430 @ 雙核內(nèi)存：4GB硬盤空間：500GB顯卡：512MB獨立顯存網(wǎng)卡：集成10/100/1000以太網(wǎng)卡操作系統(tǒng)：Windows 7 SP1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP瀏覽器：Internet Explorer 以上插件：BS 測試結(jié)果與優(yōu)化測試的主要內(nèi)容為本系統(tǒng)的瀏覽效果。本系統(tǒng)運行的結(jié)果表明本系統(tǒng)基本能正常且良好的運行，用戶能以不同的視點從不同的角度進行瀏覽。但是測試過程中主要出現(xiàn)了以下兩個方面的問題：一是機器配置不高，造成了部分場景加載顯示時有點延遲；二是當(dāng)攝像機出現(xiàn)在場景對象較多的地方時，運行不夠流暢。針對測試過程中出現(xiàn)的問題，可對系統(tǒng)進行優(yōu)化。優(yōu)化的時候遵循了“速度優(yōu)先，兼顧細(xì)節(jié)”的原則，在保證速度的前提下，再盡可能地滿足細(xì)節(jié)需要。優(yōu)化的方法和步驟如下：1．在不影響模型外觀的情況下，盡量減少模型的面數(shù)。對于建筑物，由于其外觀多為方形，因此，盡量采用簡單的立方體模型，在一些細(xì)節(jié)的地方則可以利用新的立方體重疊在上面，這樣就不需要對原有的立方體進行分割，從而減少面數(shù)[22]。對于建筑物的門和窗戶等細(xì)節(jié)，都不在模型中刻畫，直接用一個面，而是通過貼圖的方法來實現(xiàn)門窗的效果顯示。紋理圖片大小的合理確定，盡量避免使用高像素的圖片。虛擬校園中有些表面的紋理細(xì)節(jié)差別較小，如不同路段的路面紋理，柵欄紋理等，采用子紋理進行處理，既避免了明顯的雷同，又可以節(jié)省內(nèi)存[23]。3．盡量使用 DEF 和 USE。對于相同造型的節(jié)點，第一次使用時用 DEF 屬性命名，以后就可以使用 USE 屬性引用這個命名的節(jié)點。USE 語句不會建立這個節(jié)點的副本，而是把同一個節(jié)點再次插入場景圖，這樣既可以簡化代碼，又可以使得相同的模型只需要在內(nèi)存中保留一份占用空間，有效的減小系統(tǒng)的開銷。4．?dāng)z像機的合理設(shè)置。因為虛擬化身在虛擬場景中觀察到的物體實際上是由攝像機對象來確定其所見范圍的，所以合理的設(shè)置攝像機的可視距離，減少一次進入觀察范圍的模型數(shù)目，使得每一幀顯示處理的模型在合理的范圍內(nèi)，這樣可以有效的減小系統(tǒng)的開銷。在X3D中，可通過NavigationInfo（視點導(dǎo)航）節(jié)點中的visibilityLimit閾值實現(xiàn)。（細(xì)節(jié)層次）技術(shù)?？臻g的細(xì)節(jié)層次原理是通過空間距離的遠近來展現(xiàn)空間造型的各個細(xì)節(jié)。X3D中的LOD節(jié)點實現(xiàn)了這一功能，它可以對不同景物做出不同細(xì)致程度的刻畫，近景精細(xì)刻畫，遠景初略刻畫。以下是使用后三種方法優(yōu)化前后系統(tǒng)的加載速度及流暢程度的結(jié)果對比，如表1所示。所用到的方法測試結(jié)果DEF、USE設(shè)置visibilityLimit使用LOD初次加載速度（秒）流暢程度否否否不流暢是否 否較不流暢否是否一般否否是一般是是是較為流暢表1 優(yōu)化前后結(jié)果對比VisibilityLimit閾值對模型表達效果有較為重大的影響，值太小，稍微遠一點的景物顯示不出來，會有景物丟失的感覺；值太大，又達不到優(yōu)化的效果。因此應(yīng)該在效果和速度間取得平衡。當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成40時，較遠的景物科技樓（圖片左上角）無法顯示，如圖21所示。圖21 當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成40時效果圖當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成45時，較遠的景物科技樓（圖片左上角）無法全部顯示，如圖22所示。圖22 當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成45時效果圖當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成50時，較遠的景物科技樓（圖片左上角）可以全部顯示，經(jīng)試驗，此值為本系統(tǒng)最佳距離，如圖23所示。圖23 當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成50時效果圖經(jīng)過優(yōu)化以后，再次測試時，畫面顯示的效果有了明顯的提高，雖然加載仍有延遲，但是相對未優(yōu)化時有很大的改觀。第五章 工作總結(jié)虛擬校園漫游系統(tǒng)是計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、圖形圖像顯示技術(shù)等諸多高新技術(shù)的綜合運用，在高校的虛擬校園建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。本文在虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上討論了虛擬校園的設(shè)計與實現(xiàn)。以下是對本人所做工作的總結(jié)和展望。 總結(jié)通過不斷研究摸索，充分發(fā)揮多種創(chuàng)作工具的優(yōu)點，以深圳大學(xué)為對象的虛擬校園漫游系統(tǒng)基本完成。本課題基于X3D標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實例給出了校園場景的建設(shè)與優(yōu)化方法，實現(xiàn)了用戶在虛擬場景中的漫游。本系統(tǒng)經(jīng)過運行測試，運行結(jié)果基本達到了設(shè)計目標(biāo)。在對本課題的研究和開發(fā)過程中，完成了以下幾個方面的工作：1. 研究了虛擬現(xiàn)實的相關(guān)知識與技術(shù)。2. 基于X3D技術(shù)，綜合運用多種方法，完成了虛擬校園場景的設(shè)計與建設(shè)。3. 實現(xiàn)了虛擬校園的漫游功能，用戶可以通過鼠標(biāo)和鍵盤在虛擬校園場景中漫游。 進一步的工作雖然本系統(tǒng)實現(xiàn)了虛擬校園的漫游功能，但由于水平與時間上的限制，離完善仍有不少差距。需要改進與完善的地方如下：，比如添加遠程教學(xué)，虛擬實驗室等項目，使得系統(tǒng)除了瀏覽功能外還兼具教學(xué)功能。2. 需要開發(fā)更多特殊效果，如動態(tài)水流、雨/霧天氣效果等。3. 進一步完善模型模型的建立，美化模型的表現(xiàn)效果，使之更為逼真。4. 優(yōu)化代碼及模型的構(gòu)建，降低系統(tǒng)對計算機資源的占用，提高系統(tǒng)的渲染速度。【參考文獻】[1]張金鏑. 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