【正文】 更為逼真。（2）圖書(shū)館周邊環(huán)境圖書(shū)館周邊環(huán)境大體上有綠化帶、樹(shù)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(diǎn)，生成大小不同的立方體，利用Transform疊加起來(lái)，形成不同層次的路面，用TextureTransform節(jié)點(diǎn)進(jìn)行紋理的映射。2）綠化。利用Box節(jié)點(diǎn)，生成立方體覆蓋于地面之上，利用TextureTransform節(jié)點(diǎn)映射綠地圖片。3）樹(shù)木。首先需要一張png格式的樹(shù)木圖片，圖片只保留樹(shù)木的形象，此操作可通過(guò)photshop摳圖實(shí)現(xiàn)。利用IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)，將圖片豎直于世界坐標(biāo)系中。利用Billboard節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)將該造型包含進(jìn)去。這樣生成的樹(shù)木就會(huì)始終正面面向觀眾。此方法避免了構(gòu)造復(fù)雜的樹(shù)木造型，且真實(shí)感較強(qiáng)。將上述構(gòu)建的對(duì)象有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，就構(gòu)建出圖書(shū)館了，如圖14所示。圖14 圖書(shū)北館運(yùn)行效果圖其他建筑物的構(gòu)建方法與圖書(shū)北館的構(gòu)建方法大致相同，此處不再一一累述。現(xiàn)在展示其余幾個(gè)標(biāo)志性建筑物的運(yùn)行效果圖。 運(yùn)行效果圖如圖15所示。圖15 圖書(shū)館南館運(yùn)行效果圖 運(yùn)行效果如圖16所示。圖16 科技樓運(yùn)行效果圖 運(yùn)行效果如圖17所示。圖17 原平體育館運(yùn)行效果圖 樹(shù)木的設(shè)計(jì)在虛擬場(chǎng)景中，樹(shù)木的添加極大地改善了場(chǎng)景的逼真程度和真實(shí)感，場(chǎng)景中的綠色樹(shù)木越多，視覺(jué)感觀效果越好。虛擬校園系統(tǒng)中一些景觀植物的設(shè)計(jì)，制作樹(shù)木場(chǎng)景最為復(fù)雜。主要是因?yàn)闃?shù)木本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)增大。所以，樹(shù)木作為自然場(chǎng)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(duì)象。如果將樹(shù)分解成大量的小段，每一段用基本幾何體來(lái)近似，這樣得到的樹(shù)木場(chǎng)景模型的多邊形數(shù)將達(dá)到一個(gè)極高的數(shù)量級(jí)，這顯然是不可取的，而且對(duì)于實(shí)時(shí)響應(yīng)要求也是不合理的。所以，想通過(guò)詳細(xì)建模的方法來(lái)表示大量的樹(shù)木是很難的。利用紋理映射來(lái)實(shí)現(xiàn)樹(shù)木的簡(jiǎn)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(lái)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(diǎn)改變時(shí)，此多邊形會(huì)繞指定的軸旋轉(zhuǎn)從而保證始終面向著視點(diǎn)。只要時(shí)刻保持二維紋理樹(shù)林圖像的法線(xiàn)矢量指向觀察者，就可以形成非常真實(shí)的三維景觀，從不同的角度觀察均可獲得樹(shù)木的較為完整的圖像。在X3D中，Billboard節(jié)點(diǎn)提供了這一功能。通過(guò)設(shè)定Billboard中axisOfRotation域，可以規(guī)定樹(shù)木的旋轉(zhuǎn)軸。以下是利用Billboard技術(shù)構(gòu)建的樹(shù)木，不論如何改變視角，樹(shù)木始終正面朝向?yàn)g覽者。如圖119所示。圖18 樹(shù)木效果圖圖19 樹(shù)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(gè)新坐標(biāo)系都是相對(duì)于另一個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)而定位的，稱(chēng)為坐標(biāo)平移。當(dāng)一個(gè)新的坐標(biāo)系相對(duì)于另一個(gè)時(shí)，我們說(shuō)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(gè)坐標(biāo)系中等等。坐標(biāo)系的這種父子關(guān)系產(chǎn)生一個(gè)坐標(biāo)系的家族樹(shù)。坐標(biāo)系樹(shù)中最上面的父坐標(biāo)系是X3D文件中的根坐標(biāo)系。每個(gè)X3D文件都有一個(gè)根坐標(biāo)系。所有其他坐標(biāo)系，根據(jù)它們?cè)谧鴺?biāo)系家族樹(shù)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(chēng)為世界坐標(biāo)系(World Coordinate System)。造型總是創(chuàng)建于一個(gè)坐標(biāo)系中。如果使用Transform節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建另一個(gè)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(diǎn)上。如果Transform節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)原點(diǎn)是由父坐標(biāo)系的原點(diǎn)平移而得，在Transform節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系中的任何造型將坐標(biāo)系一起平移，相對(duì)于父坐標(biāo)系來(lái)說(shuō)是平移過(guò)的。由于整個(gè)校園場(chǎng)景中的各個(gè)物體是通過(guò)相對(duì)位置關(guān)系組織起來(lái)的，因此需要確定某一個(gè)物體作為基準(zhǔn)和參照來(lái)確定其它物體的位置。本系統(tǒng)以學(xué)校正門(mén)作為參考標(biāo)準(zhǔn)。拼合方法如下：，利用一個(gè) Box 節(jié)點(diǎn)來(lái)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(guò)電子地圖（如百度地圖）測(cè)量其他建筑距參照點(diǎn)的距離，根據(jù)比例，用Transform節(jié)點(diǎn)改變實(shí)體位置。，將創(chuàng)建好的各實(shí)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(shí)，單獨(dú)建立一個(gè)X3D文件，用于拼合各實(shí)體。在本系統(tǒng)中。，系統(tǒng)的運(yùn)行界面如圖20所示。圖20 系統(tǒng)運(yùn)行截圖 系統(tǒng)的測(cè)試與優(yōu)化軟件測(cè)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(wèn)題找出來(lái)，并促進(jìn)開(kāi)發(fā)各類(lèi)人員盡快地解決問(wèn)題，最終及時(shí)地向客戶(hù)提供一個(gè)高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品，使軟件系統(tǒng)更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，同時(shí)滿(mǎn)足軟件組織自身的要求。 系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境為了讓本系統(tǒng)能夠在較普通的機(jī)器上順利的運(yùn)行，系統(tǒng)測(cè)試所選用的計(jì)算機(jī)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(pán)空間：500GB顯卡：512MB獨(dú)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(cè)試結(jié)果與優(yōu)化測(cè)試的主要內(nèi)容為本系統(tǒng)的瀏覽效果。本系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果表明本系統(tǒng)基本能正常且良好的運(yùn)行，用戶(hù)能以不同的視點(diǎn)從不同的角度進(jìn)行瀏覽。但是測(cè)試過(guò)程中主要出現(xiàn)了以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是機(jī)器配置不高，造成了部分場(chǎng)景加載顯示時(shí)有點(diǎn)延遲；二是當(dāng)攝像機(jī)出現(xiàn)在場(chǎng)景對(duì)象較多的地方時(shí)，運(yùn)行不夠流暢。針對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的時(shí)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(mǎn)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(duì)于建筑物，由于其外觀多為方形，因此，盡量采用簡(jiǎn)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(duì)原有的立方體進(jìn)行分割，從而減少面數(shù)[22]。對(duì)于建筑物的門(mén)和窗戶(hù)等細(xì)節(jié)，都不在模型中刻畫(huà)，直接用一個(gè)面，而是通過(guò)貼圖的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)門(mén)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(jìn)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(duì)于相同造型的節(jié)點(diǎn)，第一次使用時(shí)用 DEF 屬性命名，以后就可以使用 USE 屬性引用這個(gè)命名的節(jié)點(diǎn)。USE 語(yǔ)句不會(huì)建立這個(gè)節(jié)點(diǎn)的副本，而是把同一個(gè)節(jié)點(diǎn)再次插入場(chǎng)景圖，這樣既可以簡(jiǎn)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(kāi)銷(xiāo)。4．?dāng)z像機(jī)的合理設(shè)置。因?yàn)樘摂M化身在虛擬場(chǎng)景中觀察到的物體實(shí)際上是由攝像機(jī)對(duì)象來(lái)確定其所見(jiàn)范圍的，所以合理的設(shè)置攝像機(jī)的可視距離，減少一次進(jìn)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(kāi)銷(xiāo)。在X3D中，可通過(guò)NavigationInfo（視點(diǎn)導(dǎo)航）節(jié)點(diǎn)中的visibilityLimit閾值實(shí)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(guò)空間距離的遠(yuǎn)近來(lái)展現(xiàn)空間造型的各個(gè)細(xì)節(jié)。X3D中的LOD節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了這一功能，它可以對(duì)不同景物做出不同細(xì)致程度的刻畫(huà)，近景精細(xì)刻畫(huà)，遠(yuǎn)景初略刻畫(huà)。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(duì)比，如表1所示。所用到的方法測(cè)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(duì)比VisibilityLimit閾值對(duì)模型表達(dá)效果有較為重大的影響，值太小，稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)的景物顯示不出來(lái)，會(huì)有景物丟失的感覺(jué)；值太大，又達(dá)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(shí)，較遠(yuǎn)的景物科技樓（圖片左上角）無(wú)法顯示，如圖21所示。圖21 當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成40時(shí)效果圖當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成45時(shí)，較遠(yuǎn)的景物科技樓（圖片左上角）無(wú)法全部顯示，如圖22所示。圖22 當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成45時(shí)效果圖當(dāng)VisibilityLimit設(shè)定成50時(shí)，較遠(yuǎn)的景物科技樓（圖片左上角）可以全部顯示，經(jīng)試驗(yàn)，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(shí)效果圖經(jīng)過(guò)優(yōu)化以后，再次測(cè)試時(shí)，畫(huà)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(duì)未優(yōu)化時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、圖形圖像顯示技術(shù)等諸多高新技術(shù)的綜合運(yùn)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(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上討論了虛擬校園的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。以下是對(duì)本人所做工作的總結(jié)和展望。 總結(jié)通過(guò)不斷研究摸索，充分發(fā)揮多種創(chuàng)作工具的優(yōu)點(diǎn)，以深圳大學(xué)為對(duì)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(shí)例給出了校園場(chǎng)景的建設(shè)與優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)在虛擬場(chǎng)景中的漫游。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn)行測(cè)試，運(yùn)行結(jié)果基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。在對(duì)本課題的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，完成了以下幾個(gè)方面的工作：1. 研究了虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)知識(shí)與技術(shù)。2. 基于X3D技術(shù)，綜合運(yùn)用多種方法，完成了虛擬校園場(chǎng)景的設(shè)計(jì)與建設(shè)。3. 實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的漫游功能，用戶(hù)可以通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)在虛擬校園場(chǎng)景中漫游。 進(jìn)一步的工作雖然本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了虛擬校園的漫游功能，但由于水平與時(shí)間上的限制，離完善仍有不少差距。需要改進(jìn)與完善的地方如下：，比如添加遠(yuǎn)程教學(xué)，虛擬實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)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(kāi)發(fā)更多特殊效果，如動(dòng)態(tài)水流、雨/霧天氣效果等。3. 進(jìn)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(duì)計(jì)算機(jī)資源的占用，提高系統(tǒng)的渲染速度。【參考文獻(xiàn)】[1]張金鏑. 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