【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(diǎn)，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(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(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(shí)感較強(qiáng)。將上述構(gòu)建的對象有機(jī)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(yùn)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(yùn)行效果圖。 運(yùn)行效果圖如圖15所示。圖15 圖書館南館運(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 樹木的設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)，制作樹木場景最為復(fù)雜。主要是因?yàn)闃淠颈旧斫Y(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(dá)到一個極高的數(shù)量級，這顯然是不可取的，而且對于實(shí)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)。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(shí)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(diǎn)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?yàn)g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(diǎn)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(diǎn)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(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(diǎn)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(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，單獨(dú)建立一個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(jìn)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(jī)器上順利的運(yùn)行，系統(tǒng)測試所選用的計(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(yùn)行的結(jié)果表明本系統(tǒng)基本能正常且良好的運(yùn)行，用戶能以不同的視點(diǎn)從不同的角度進(jìn)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(jī)器配置不高，造成了部分場景加載顯示時有點(diǎn)延遲；二是當(dāng)攝像機(jī)出現(xiàn)在場景對象較多的地方時，運(yùn)行不夠流暢。針對測試過程中出現(xiàn)的問題，可對系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(shí)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(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。對于相同造型的節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)。USE 語句不會建立這個節(jié)點(diǎn)的副本，而是把同一個節(jié)點(diǎn)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(jī)的合理設(shè)置。因?yàn)樘摂M化身在虛擬場景中觀察到的物體實(shí)際上是由攝像機(jī)對象來確定其所見范圍的，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)的開銷。在X3D中，可通過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)。空間的細(xì)節(jié)層次原理是通過空間距離的遠(yuǎn)近來展現(xiàn)空間造型的各個細(xì)節(jié)。X3D中的LOD節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了這一功能，它可以對不同景物做出不同細(xì)致程度的刻畫，近景精細(xì)刻畫，遠(yuǎn)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(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，會有景物丟失的感覺；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，較遠(yuǎn)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(yuǎn)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(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(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(diǎn)，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(shí)例給出了校園場景的建設(shè)與優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了用戶在虛擬場景中的漫游。本系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行測試，運(yùn)行結(jié)果基本達(dá)到了設(shè)計(jì)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(shí)的相關(guān)知識與技術(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，用戶可以通過鼠標(biāo)和鍵盤在虛擬校園場景中漫游。 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. 需要開發(fā)更多特殊效果，如動態(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. X3D虛擬校園系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)：[碩士學(xué)位論文]. 吉林大學(xué), [2]周希望. 基于X3D的虛擬校園交互式漫游系統(tǒng)：[碩士學(xué)位論文].北京服裝學(xué)院，[3]劉光然. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù). 清華大學(xué)出版社, [4]黨保生. 虛擬現(xiàn)實(shí)及其發(fā)展趨勢. 中國現(xiàn)代教育裝備, 2007[5] 陳丁山, 喬波. 三維全景虛擬校園的研究與應(yīng)用. 福建電腦，:9697[6] 施貴剛, 程效軍. 網(wǎng)絡(luò)虛擬校模園三維建方法研究與實(shí)現(xiàn). 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), [7]張金釗, 張金銳等. X3D立體動畫與游戲設(shè)計(jì). 電子工出版社, [8] . Schafer. Advances in X3D multiuser virtual environments, Proceedings of the Seventh IEEE International Symposium on Multimedia (ISM’05), [9]胡小強(qiáng). 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用. 北京郵電大學(xué)出版社，[10]秦文虎, 狄嵐等. 虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)及可視化設(shè)計(jì). 化學(xué)工業(yè)出版社, [11]萬劍華, 鄭紅霞等. 基于 VRML的虛擬校園中的三維景觀建模. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件, : 8284[12]樊文平, 祝啟剛, 盧艷. 利用 VRML 技術(shù)解決3D GIS中的三維可視化問題. 水利科技與經(jīng)濟(jì), (4):263265[13]劉尚勤. 基于X3D的虛擬環(huán)境可視化建模技術(shù)應(yīng)用的研究：[碩士學(xué)位論文]. 江南大學(xué)，[14]況揚(yáng), 胡小強(qiáng). 虛擬校園的建造. 科技廣場, :3940[15]王衛(wèi)辰, 江曉紅. 徐州師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 虛擬校園三維仿真系統(tǒng)的開發(fā)與優(yōu)化. 2004,9(3):2931[16]趙慶展, 趙欣, 常靜. 虛擬校園全景漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn). 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, (1):124125[17]付佳. 基于 X3D 的模型簡化算法研究:[碩士學(xué)位論文]. 華中師范大學(xué). [18]張金釗, 張金銳等. X3D三維立體網(wǎng)頁設(shè)計(jì). 中國水利水電出版社, [19] Multiuser Virtual Environment Platform for Collaborative Spatial Design,27th International Conference on Distributed Computing Systems Workshops(ICDCSW39。07),2007[20]靳敏, 郁宇. 虛擬現(xiàn)實(shí)在學(xué)校建設(shè)中的應(yīng)用. 黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), : 2527.[21]李敏. 基于OpenGL的虛擬校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：[碩士論文].山東大學(xué), [22] 李建偉, 吳學(xué)偉, 苗前軍, 王金良. 虛擬現(xiàn)實(shí)演示系統(tǒng)的開發(fā). 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2006, 34(3):9394.36 / 36