【正文】 基礎(chǔ)。三維數(shù)據(jù)模型所組成的三維場景庫是三維系統(tǒng)的根基, 場景庫的建造質(zhì)量又是與實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)的演示速度與效率息息相關(guān)的, 因此, 所建模型的精準(zhǔn)與質(zhì)量的重要性可見一斑。建模并不僅僅是對(duì)實(shí)體原型的簡單模擬重建,而是以模型的精確性與簡要性為前提, 有所凸顯的建模,即在將模型的精確度控制在可接受鬧值內(nèi)的同時(shí)反映原型最突出或最令人感興趣的部分。在本文中，主要介紹的模型有居民樓、樹木、路燈、道路等。 居民樓建模聚居式的居民樓, 一般特點(diǎn)是形狀和顏色相同, 排列整齊, 差別只是坐標(biāo)位置的不同以及名稱的不同, 例如 A 座、B 座、 C 座等等此外, 這類居民樓一般細(xì)節(jié)較少、結(jié)構(gòu)簡單, 紋理的采集單元重復(fù)性高, 這就給建模工作帶來了很大的方便, 一般只需建造一個(gè)模型, 其他的利用實(shí)例化技術(shù)即可。實(shí)例化技術(shù)是利用計(jì)算是計(jì)算機(jī)的強(qiáng)項(xiàng)這一特點(diǎn)，通過物體位置的幾何變換實(shí)現(xiàn)節(jié)約內(nèi)存，加快現(xiàn)實(shí)速度的目的。這與單純的復(fù)制、粘貼不同，前者只占用一個(gè)模型的空間大小，其他模型調(diào)用的知識(shí)讀取該模型在系統(tǒng)中的地址，進(jìn)行地址映射；而后者占用的是“實(shí)際模型數(shù)目*一個(gè)模型的大小”的空間，造成了大量的內(nèi)存耗費(fèi)。此外，實(shí)例化技術(shù)可以對(duì)個(gè)體模型進(jìn)行或平移或旋轉(zhuǎn)或縮放的操作，以便得到相同結(jié)構(gòu)的物體，從而達(dá)到節(jié)約內(nèi)存空間，提高繪制速度的目的。本文所提到的居民樓，結(jié)構(gòu)上比較簡單，細(xì)節(jié)較少。在建模上，主要是建造居民樓的整體形狀，從整體上把握，構(gòu)造出概略模型。先建造建筑物內(nèi)接四邊形大小的箱體，再在這個(gè)箱體上添加凹凸部分，采用 Creator的 Roof 功能建造居民樓的房頂，形成居民樓的整體景觀，這個(gè)方法大大減少了面片數(shù)。而居民樓的細(xì)節(jié)部分，如陽臺(tái)、窗戶等需要面片數(shù)較多的部分，則通過紋理映射來實(shí)現(xiàn)。將紋理立體化處理，使之看起來更加逼真。首先建立模型的主體，箱體結(jié)構(gòu)，可以簡單構(gòu)建一個(gè)立方體來體現(xiàn)居民樓的特點(diǎn)；然后就要利用 roof 工具 建造房子的屋頂結(jié)構(gòu)以及修飾性結(jié)構(gòu)，建造完畢后，最終模型如圖 41 所示。圖 41 初步構(gòu)建居民樓模型 1由于一個(gè)小區(qū)的戶型與樓房不會(huì)完全相同，大多數(shù)房地產(chǎn)商都會(huì)選擇建造多種居民樓的樣式以供用戶選擇。本文所設(shè)計(jì)的居民樓模型主要是兩種，一種是上面圖 41 所示的高層居民樓，另一種是比較矮的單元居房。如圖 42。 兩個(gè)圖所示的居民樓模型構(gòu)造都比較簡單，這樣一是節(jié)省了運(yùn)行空間，為其他景色的建造和順暢漫游打好基礎(chǔ)，二是由于紋理效果可以表現(xiàn)出模型的立體感，節(jié)約建模時(shí)間，給以后更復(fù)雜的建模以及其他工作留出寬裕的時(shí)間。圖 42 初步構(gòu)建居民樓模型 2 樹木建模樹木在場景中是非常常見的模型，此類模型的特點(diǎn)是數(shù)量多，相似度高。若對(duì)每一片葉片的形狀、位置進(jìn)行建模，是非常難以實(shí)現(xiàn)的；此外，由于面片過多且構(gòu)建過于復(fù)雜，成型的效果也許并不真實(shí)生動(dòng)，而且，樹木自身的厚度不可忽略，也就是說，從任何角度看，都應(yīng)該是豐富的實(shí)體效果。此種情況時(shí)，多采用 Billboard 技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。Billboard 技術(shù)的本質(zhì)是用二維圖像來代替三維實(shí)體模型，構(gòu)建固定于某一點(diǎn)，可以繞點(diǎn)或軸旋轉(zhuǎn)的多邊形，實(shí)現(xiàn)面向觀測者的效果。具體的實(shí)現(xiàn)是，首先在 Creator 中建一單面片，且該面在俯視圖上看最好是水平方向的，不能是垂直方向，若是正垂直方向的話，場景驅(qū)動(dòng)后，將首先看到一條線，而不是面，不是純水平的面片也可以，但是效果相對(duì)水平的差一些；然后，選擇轉(zhuǎn)化鋸陣工具 ，在彈出的面板中選擇 translate,點(diǎn)擊 Add after 加入，點(diǎn) OK，；最后，將面片的屬性設(shè)置為 axis with alpha（隨視點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)） ，如圖 44，這樣，在場景中驅(qū)動(dòng)后，該面會(huì)隨視點(diǎn)移動(dòng)而始終面朝視點(diǎn)按坐標(biāo)原點(diǎn)軸向旋轉(zhuǎn)。這樣可以保證在場景驅(qū)動(dòng)后的各個(gè)方面除俯視外都可以看到一棵樹。圖 43 對(duì)模型樹的設(shè)置而小區(qū)中需要大量的樹，若進(jìn)行逐一建模，對(duì)內(nèi)存資源的消耗是非常大的，對(duì)這種情況，采用外部引用的方式，結(jié)合繁殖工具 ，手動(dòng)在地形文件上種植樹木。在對(duì)小區(qū)進(jìn)行綠化修飾的過程中，樹與樹、樹與灌木、灌木與灌木之間的協(xié)調(diào)搭配非常關(guān)鍵，此外，樹木的種類不能過于單一，以免單調(diào)，本文一共設(shè)計(jì)了 8 種不同的樹木；樹木的擺放也要根據(jù)具體的位置來決定是整體擺放還是靈巧的按需擺放，例如路邊的樹木應(yīng)該形成整齊的效果；對(duì)于樹木的疏密也要有較好的控制；樹木的高度也要搭配恰當(dāng)；此外，場景中的涼亭等的安放會(huì)增加場景的美感。 路燈建模路燈是場景中常見的裝飾物，路燈的建模工作比較簡單，這樣的建造既凸顯其真實(shí)的立體感，又減少了實(shí)時(shí)繪制的面片數(shù)，加快了運(yùn)行速度；同時(shí)，與建造居民樓時(shí)采用的方法一樣，運(yùn)用實(shí)例化技術(shù)，保證了仿真系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。路燈的顏色、材質(zhì)、光照、紋理等屬性可通過使用 Creator 的建模工具直接在描述物體形狀的多邊形中添加。這些屬性對(duì)于提高物體的真實(shí)度與逼真效果有很好的作用。本文中，設(shè)計(jì)了兩種燈，一種是路邊比較高的路燈（圖 44） ，一種是花壇中能用到的小巧的地?zé)簦▓D 45） 。圖 45 地?zé)魣D 44 路燈 道路建模道路的建造是地形建造的延續(xù)，地形建造把各種諸如馬路、湖泊等地形的答題位置描述出來。而道路建造則是街道、小路等的具體模型構(gòu)建。街道的特點(diǎn)是寬和長，而且具有規(guī)則性形狀，是道路模型中簡單的模型，只需要利用 Creator 中自帶的道路描述工具 建造即可，其路沿、路面等的表現(xiàn)都通過紋理來修飾。而路邊的修飾物如樹木、路燈等，由于重復(fù)性比較高，因此，在進(jìn)行道路的模型構(gòu)建時(shí)，此類模型都采用實(shí)例化技術(shù) 進(jìn)行內(nèi)部引用。小路的建造由于其不規(guī)則性，運(yùn)用多邊形工具描繪，然后將路面的所有面作為子面于草地上，即可避免畫面的閃爍。 流水建模在虛擬現(xiàn)實(shí)模擬的小區(qū)構(gòu)建中，水面的流動(dòng)效果會(huì)更好的添加真實(shí)感。在構(gòu)建時(shí)，建立三個(gè)相同的面片，貼以不同的紋理，在屬性中選擇動(dòng)畫屬性的 Forward 屬性，勾選 Swing 選項(xiàng)，設(shè)置紋理切換時(shí)間為 1 秒，如圖 46，將三個(gè)面重疊起來，然后按 H 鍵設(shè)置其中兩個(gè)面為隱藏屬性，最后渲染進(jìn)行查看時(shí)，即形成了流動(dòng)的水的動(dòng)畫效果。圖 46 設(shè)置水的動(dòng)畫效果 地形建模由于所構(gòu)建的場景是小區(qū)漫游場景，所以地勢比較平坦，因此，沒有導(dǎo)入相關(guān)地理數(shù)據(jù)讓 Creator 自動(dòng)生成地形，而是直接在 Z=0 的高度做一個(gè)面作為地平面，再進(jìn)行草地路面的紋理處理，并在需要的位置做路面、水面的子面并進(jìn)行紋理貼圖，模擬真實(shí)效果。 模型紋理貼圖所謂紋理（texture） ，是指那些被映射到三維模型表面的二維圖像，實(shí)用紋理可以在不增加多邊形數(shù)量的前提下，使模型對(duì)象獲得照片級(jí)的真實(shí)感視覺效果。 貼圖制作紋理可以通過數(shù)碼攝影或者掃描各種圖片獲取原始素材，然后再經(jīng)過適當(dāng)?shù)木庉嫾庸か@得。實(shí)時(shí)系統(tǒng)要映射模型數(shù)據(jù)庫中實(shí)用的紋理，必須先將相應(yīng)的紋理圖像被夾在到紋理內(nèi)存中。紋理內(nèi)存是專門用于加載和儲(chǔ)存紋理圖像的內(nèi)存空間，大多數(shù)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)都有專門的紋理內(nèi)存，也有的實(shí)時(shí)系統(tǒng)就直接將紋理圖像加載到系統(tǒng)內(nèi)存中。為了能夠更有效地利用紋理內(nèi)存并保證實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠正確進(jìn)行紋理映射，紋理圖像在兩個(gè)方向上的尺寸必須是 2 的次冪大小，比如 16183641128256 等等，但不要求長、寬相同。如果使用的紋理圖像不滿足這個(gè)要求，則在映射紋理之前，實(shí)時(shí)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將該紋理圖像調(diào)整至最近一個(gè)較大的 2 次冪形式，雖然這樣做并不會(huì)影響紋理的最終映射效果，但是會(huì)降低紋理內(nèi)存的利用效率。為了能夠在 Vega Prime 中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染和漫游時(shí)紋理不發(fā)生變形和丟失，將紋理文件轉(zhuǎn)化為 Vega 中支持的文件格式RGB、RGBA、INT、INTA 或 BMP。所以，本文所涉及到的紋理均經(jīng)過圖像處理軟件的處理，將尺寸、像素和格式精確的處理好。 貼圖方法在 Creator 中使用紋理，首先要將所需的紋理圖像調(diào)入紋理調(diào)板中，指定當(dāng)前紋理，然后選擇目標(biāo)面，使用紋理工具箱中的紋理映射工具或?qū)傩怨ぞ呦渲械脑O(shè)置紋理工具將當(dāng)前紋理映射到多邊形上。如果需要，還可以使用調(diào)整紋理工具箱 中的工具對(duì)紋理映射關(guān)系進(jìn)行精細(xì)的調(diào)整和設(shè)置。Creator 還提供了紋理映射調(diào)板，用以保存和重用紋理映射信息。當(dāng)貼圖步驟全部完成時(shí)，我們可以看到逼真的三維視景模仿的效果，下圖為貼圖完畢的河流（圖 47）和柳樹（圖 48） 。圖 47 貼圖后的河流模型圖 48 貼圖后的柳樹模型 Vega Prime 應(yīng)用程序的基本框架及其實(shí)現(xiàn)Vega Prime 應(yīng)用程序包含兩部分：一是 acf 應(yīng)用程序配置文件。使用Lynx 圖形配置程序建立 ACF 文件的配置，可以快速定制已有可用模塊，節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。 ；二是用 C++編程的應(yīng)用程序。以 Visual Studio 2022．NET 平臺(tái)為基礎(chǔ)，使用 VGS 和 Vega Prime API 創(chuàng)建擁有高級(jí)自定義功能的應(yīng)用程序。 快速定制虛擬小區(qū)漫游系統(tǒng) ACF 文件在使用 LynX 配置 ACF 文件前，需要了解三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的概念和Vega Prime 本身的一些概念，其中包括：屏幕(Screen)：屏幕指的是 Vega Prime 應(yīng)用程序運(yùn)行平臺(tái)與圖形生成硬件系統(tǒng)設(shè)備相連的顯示終端。窗口(Willdows)：窗口在 Vega Prime 中代表的是一條渲染管道(Pipeline)，渲染管道指的是可視化仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的整個(gè)渲染流程。通道(Channel) ：通道代表了用戶以觀察場景的特定視角，表現(xiàn)為窗口中的一個(gè)矩形區(qū)域，實(shí)際上所有實(shí)時(shí)渲染都是通過通道進(jìn)行的。一個(gè)窗口中可以包含任意多條通道，他們在窗口中的位置甚至可以重疊。觀察者(Observer)：用戶通過觀察者的視角，本質(zhì)上是通過通道來觀察場景。場景(Scene)：場景就是所有載入的模型對(duì)象的集合。模型對(duì)象(Object) ：模型對(duì)象包括靜態(tài)模型對(duì)象(例如山、水、建筑等)和動(dòng)態(tài)對(duì)象(可運(yùn)動(dòng)的人、車、飛機(jī)等)。在 LynX 中，可以方便的載入和設(shè)置除屏幕外，所有上述內(nèi)容的相關(guān)參數(shù)。此外，LynX 還為我們提供了包括運(yùn)動(dòng)模式(Motion Mode)、環(huán)境(Environment)、燈光(Light)、輸入設(shè)備(Input Device)、應(yīng)用程序(Application)在內(nèi)的全套缺省解決方案，用戶只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可完成一個(gè)簡單的 Vega Prime 應(yīng)用程序。然而在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及到編程控制，因此只簡單的配置了 ACF 文件，以便使用 VGS 和 Vega PrimeAPI 編程。 C++應(yīng)用程序框架的實(shí)現(xiàn)在本系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，使用了基于 Visual Studio 2022 NET 平臺(tái)的c++語言編程，并采用了 Win32 控制臺(tái)模式。一個(gè)典型的、基于 Vega Prime 的應(yīng)用程序應(yīng)該有如下結(jié)構(gòu)：incIudevpAppmint main(int argc，char 4argv[]){vp：：initialize(argc，argv)： ／／初始化 Vega PrimevpApp*app=new vpApp；／／創(chuàng)建一個(gè) vpApp 實(shí)例app 一define(argv[1]) ；／／載入 ACFapp 一configure() ；／／配置應(yīng)用程序app 一runO；∥運(yùn)行時(shí)間循環(huán)app 一unrefO；∥ 減少應(yīng)用實(shí)例計(jì)數(shù)vp：：shutdown()；／／關(guān)閉 vegaprimereturn 0：} 虛擬小區(qū)漫游系統(tǒng)交互控制的實(shí)現(xiàn)交互控制是虛擬漫游系統(tǒng)中的重要一環(huán)。通過人機(jī)交互控制，用戶在使用過程中可以主動(dòng)的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)也能得到系統(tǒng)適時(shí)的響應(yīng)，有利于增強(qiáng)用戶的感官體驗(yàn)。 基于 Vega Pr ime 的交互控制接口概述在設(shè)計(jì)中，需要用戶在鼠標(biāo)的點(diǎn)擊或者鍵盤的敲擊下，來完成對(duì)漫游系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制并得到響應(yīng)?；?Vega Prime 的交互控制接口主要由 Vega Prime Input Devices 模塊和實(shí)現(xiàn)。該模塊包含以下控制類：（1）輸入數(shù)據(jù)消息訂閱類class vplnputSourceMatrix：：Subscriber (矩陣輸入數(shù)據(jù)訂閱)class vplnputSourceInteger：：Subscriber (整型輸入數(shù)據(jù)訂閱 ) class vplnputSourceFloat：：Subscriber (浮點(diǎn)型輸入數(shù)據(jù)訂閱)class vplnputSourceBoolean：：Subscriber(邏輯型輸入數(shù)據(jù)訂閱)2．輸入設(shè)備控制類class vplnput(輸入控制)class vplnputComposite(復(fù)合輸入設(shè)備 )class vplnputController(控制設(shè)備：立體鼠標(biāo)、操縱桿等)class vplnputKeyboard(鍵盤)class vplnputMouse(鼠標(biāo) )class vplnputPinchGloves(數(shù)據(jù)手套)3．輸入數(shù)據(jù)控制類class vplnputSourceBoolean(邏輯數(shù)據(jù)輸入)class vplnputSourceFloat(浮點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入)class vplnputSourceInteger(整型數(shù)據(jù)輸入)class vplnputSourceMatrix(矩陣數(shù)據(jù)輸入)4．跟蹤儀輸入控制類class vplnputTracker(位置跟蹤儀 ) 虛擬小區(qū)漫游系統(tǒng)交互控制的實(shí)現(xiàn)本文涉及的交互控制為對(duì)環(huán)境的交互控制，通過敲擊鍵盤上不同的按鍵來改變不同的天氣狀況。在這里，要在小區(qū)漫游系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，加以交互控制，需要在Vega Pr