【正文】 及到每一個(gè)對(duì)象相對(duì)的坐標(biāo)系統(tǒng)，需要確定各種三維對(duì)象的相對(duì)位置和絕對(duì)位置?？傊`活、正確的使用貼圖技術(shù)，不僅可以大幅度提高開(kāi)發(fā)效率，更可以使得場(chǎng)景模型接近于真實(shí)情況，如下圖所示為利用貼圖技術(shù)制作的草地：圖31 利用貼圖設(shè)計(jì)的五教門前的草地Fig31 grassland in front of 5th teaching building 運(yùn)動(dòng)建模在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，物體的特性還涉及到位置改變、碰撞、捕獲、縮放和表面變形等，僅僅建立靜態(tài)的三維幾何體對(duì)虛擬場(chǎng)景是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如樓體的外側(cè)表面、樓內(nèi)房間的墻壁、大片的草地以及樹(shù)木等，都采用簡(jiǎn)單幾何體和貼圖相結(jié)合的建模方法。Box立方體：立方體坐標(biāo)是將貼圖分別投射在六個(gè)面上，每個(gè)面是一個(gè)平面貼圖。只有在選擇了Cap選項(xiàng)后才會(huì)在頂面與底面分別以平面式進(jìn)行投景。這種坐標(biāo)在物體造型近似柱體時(shí)非常有用。Planar平面：平面映射方式，貼圖從一個(gè)平面被投下，這種貼圖方式在物體只需要一個(gè)面有貼圖時(shí)使用。不同的對(duì)象要選擇不同的貼圖投影方式。此選項(xiàng)可使物體在渲染效果中看到貼圖。它不同于場(chǎng)景中的XYZ坐標(biāo)系，而使用的是UV或UVW坐標(biāo)系。另外，如果賦予物體的材質(zhì)中包含任何一種二維貼圖時(shí)，物體就必須具有貼圖坐標(biāo)。Color Modifier顏色修改器：改變材質(zhì)像素的顏色，具體有Output、RGB Tint（RGB染色）、Vertex Color。三維貼圖不需要貼圖坐標(biāo)。被賦予這種材質(zhì)的物體切面紋理與外部紋理是相匹配的。2D貼圖包括Bitmap（位圖）、Checker（方格）、Combustion、Gradient（漸變）、Gradient Ramp（漸變度）、Swirl（漩渦）、Tiles（平鋪）。常用的貼圖有：2D Maps二維貼圖：二維平面圖像，用于環(huán)境貼圖創(chuàng)建場(chǎng)景背景或映射在幾何體表面。但此技術(shù)對(duì)于移動(dòng)物體效果不好，并且不能用于表面復(fù)雜度較高的物體，物體復(fù)雜度越高，面平面所表現(xiàn)出的方向個(gè)數(shù)越大，該技術(shù)的可用性越低。因此，對(duì)于比如教學(xué)樓、宿舍樓的墻面、門、窗戶及其它次要景物建模時(shí)，可以配以適當(dāng)?shù)馁N圖。而對(duì)于樹(shù)木，則僅對(duì)道路兩旁較近的采用幾何建模法進(jìn)行了精細(xì)建模，遠(yuǎn)處的樹(shù)木則使用了下面將要講到的貼圖技術(shù)進(jìn)行粗略建模。這將使場(chǎng)景的復(fù)雜性因硬件的處理能力而受到限制，對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景的建模難以實(shí)現(xiàn)。幾何建模法應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)路線比較成熟，國(guó)內(nèi)外都研發(fā)了許多建模工具及控制集成軟件，這些都使得幾何建模法目前實(shí)際應(yīng)用比較廣泛。幾何建模法實(shí)現(xiàn)的虛擬場(chǎng)景大多具有精確對(duì)應(yīng)的幾何模型，得到的場(chǎng)景顯得比較細(xì)膩、逼真，同時(shí)便于用戶與虛擬場(chǎng)景中虛擬對(duì)象的交互，以及對(duì)虛擬對(duì)象的深度信息進(jìn)行直接獲取。比例變換：在物體縮放時(shí)需要用到比例變換，其變換矩陣為 (33)透視變換：視點(diǎn)在x軸、y軸、z軸上的透視變換矩陣分為別 (34) 幾何建模法幾何建模法是充分利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)進(jìn)行虛擬環(huán)境的建模和繪制。在虛擬漫游系統(tǒng)中，很少用到向左和向右的平移，若需要此種動(dòng)作，一般也是轉(zhuǎn)換為“先左轉(zhuǎn)再前進(jìn)或后退”或“先右轉(zhuǎn)再前進(jìn)或后退”的動(dòng)作。慣性坐標(biāo)系：其原點(diǎn)與物體坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，而坐標(biāo)軸與世界坐標(biāo)系的軸平行，因此，從物體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到慣性坐標(biāo)系只需要旋轉(zhuǎn)，從慣性坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系只需要平移，它簡(jiǎn)化了物體坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換[36,37,3941,43,44,46]。當(dāng)訪問(wèn)者漫游或者切換視點(diǎn)與視角時(shí)，屏幕所顯示的內(nèi)容均應(yīng)為當(dāng)前視點(diǎn)與視角所確定的場(chǎng)景，并且不會(huì)顯示被遮擋的物體，這屬于可見(jiàn)性檢測(cè)的內(nèi)容。例如，第二教學(xué)樓2413辦公室門口相對(duì)于第二教學(xué)樓的物體坐標(biāo)系的坐標(biāo)可以描述為（－9,2）；虛擬場(chǎng)景中行人及車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)前進(jìn)2米的含義是沿其+z軸方向前進(jìn)2米，向右旋轉(zhuǎn)30度的含義是以其+y軸為旋轉(zhuǎn)軸向右旋轉(zhuǎn)30度。這樣，各模型自身的不同組成部分之間的位置和空間關(guān)系可以直接使用物體坐標(biāo)系描述，減少了計(jì)算量，提高了速度。物體坐標(biāo)系：也稱模型坐標(biāo)系或身體坐標(biāo)系，是與特定物體相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)系，可以描述模型中物體的坐標(biāo)信息和自身運(yùn)動(dòng)情況，如向左轉(zhuǎn)、向前走等等。其他所有模型的位置以及空間關(guān)系描述均使用此坐標(biāo)系。常用的坐標(biāo)系有：世界坐標(biāo)系：建立了描述其他坐標(biāo)系所需要的參考框架，用來(lái)描述其他坐標(biāo)系的信息，如每個(gè)物體的位置和方向、攝像機(jī)的位置和方向、每一點(diǎn)的地形是什么、各物體的運(yùn)動(dòng)描述等等。整個(gè)虛擬校園系統(tǒng)擁有一個(gè)全局坐標(biāo)系，所有物體的位置和方向等信息都以全局坐標(biāo)系為參考，便于計(jì)算各角色之間的距離。因此，模型質(zhì)量在很大程度上決定了作品的質(zhì)量和運(yùn)行效率。這就意味著用戶計(jì)算機(jī)的CPU和圖形處理器必須不斷地變換虛擬場(chǎng)景，并實(shí)時(shí)對(duì)其進(jìn)行渲染，這反過(guò)來(lái)就會(huì)限制模型所能包含的多邊形或面的數(shù)量。 三維建模理論基礎(chǔ)整個(gè)虛擬校園系統(tǒng)中，所有復(fù)雜地形、樓房、桌椅、電燈、電腦、窗簾、書(shū)本、汽車、行人、植物、聲音文字甚至垃圾桶等虛擬物體均采用3Ds max 8進(jìn)行建模。因此，三維場(chǎng)景模型構(gòu)造在整個(gè)系統(tǒng)中占有非常重要的地位，是虛擬校園系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的首要工作。第3章 “虛擬山商”虛擬校園系統(tǒng)的三維建模設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)三維虛擬校園系統(tǒng)的主要工作之一是運(yùn)用三維場(chǎng)景建模技術(shù)在計(jì)算機(jī)中生成逼真的、等同于現(xiàn)實(shí)世界又稍有不同的虛擬世界。在該系統(tǒng)中主要分為虛擬多媒體教室的建模和多媒體播放、控制功能的實(shí)現(xiàn)兩部分，訪問(wèn)者進(jìn)入多媒體教室可以自主進(jìn)行資源瀏覽、視頻點(diǎn)播、課件播放等操作。利用實(shí)時(shí)通信功能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教室中所能進(jìn)行的大多數(shù)教學(xué)活動(dòng)，并可以利用異步通信功能實(shí)現(xiàn)前所未有的教學(xué)活動(dòng)，如異步輔導(dǎo)與答疑、異步講座等等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將各建筑的固定的、不需要改變的信息直接使用Virtools處理，而將需要經(jīng)常修改的信息存放于SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)中，并使用Virtools對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)、將信息顯示給訪問(wèn)者以及保存信息的修改。道路虛擬山商漫游子系統(tǒng)大門與圍墻花草樹(shù)木、池塘、鳥(niǎo)魚(yú)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)與池塘行人與車輛其他輔助對(duì)象教學(xué)樓宿舍樓辦公樓實(shí)驗(yàn)樓樓內(nèi)細(xì)節(jié)圖21 虛擬山商建模層次Fig 21 Modeling arrangement of Virual ShanShang 信息查詢與管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了讓訪問(wèn)者更加準(zhǔn)確、真實(shí)、全面地感受山東工商學(xué)院的校園風(fēng)光，系統(tǒng)對(duì)主要建筑和景觀進(jìn)行文字描述和介紹，并且支持信息的添加、編輯與修改。對(duì)各組模型進(jìn)行優(yōu)化組織，然后按照平面圖的位置及各模型之間的空間關(guān)系將其整合到一起，組成總體場(chǎng)景模型。首先對(duì)空心樓體進(jìn)行建模，然后對(duì)具有共同特征的建筑，選擇有代表性的進(jìn)行建模，利用它可改造得到其他建筑的模型，如果多棟宿舍樓之間單體設(shè)計(jì)差異不大，可以選擇一部分樓體進(jìn)行詳細(xì)建模，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單修改重復(fù)利用即可快速獲得另一部分樓體或者其他樓體的模型。對(duì)各區(qū)塊中的主要建筑分別進(jìn)行三維建模。具體建模步驟為：首先對(duì)校園主干道路進(jìn)行建模，利用主干道路將校園劃分成為若干區(qū)塊，確定各個(gè)區(qū)塊中的建筑和景觀。道路作為“虛擬山商”系統(tǒng)中的一個(gè)主要對(duì)象，恰好可以起到基線的作用，所以，首先在水平面內(nèi)建立虛擬校園內(nèi)的道路是一個(gè)最佳選擇，然后根據(jù)道路為參照，對(duì)校園的教學(xué)樓、宿舍樓、餐廳、體育場(chǎng)、池塘等各種建筑分別進(jìn)行建模并放置到相應(yīng)的位置上，最后拼接成為一個(gè)整體，構(gòu)成完整的虛擬校園系統(tǒng)虛擬場(chǎng)景。虛擬多媒體教室子系統(tǒng)則為訪問(wèn)者構(gòu)建了一個(gè)虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)，訪問(wèn)者可以在虛擬多媒體教室內(nèi)進(jìn)行課件瀏覽、教學(xué)視頻點(diǎn)播以及異步提問(wèn)和答疑。第四，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使訪問(wèn)者能夠在自然、親切的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高教學(xué)的生動(dòng)性、靈活性和趣味性。第二，通過(guò)聲音、文字、圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻等多媒體技術(shù)手段輔助性地介紹大學(xué)的概況、歷史、學(xué)科設(shè)置等情況，從而更真實(shí)地反映大學(xué)狀況。為了比較真實(shí)地反映校園狀況，可以通過(guò)四個(gè)方面表現(xiàn)這個(gè)虛擬世界：第一，要根據(jù)實(shí)際的自然場(chǎng)景對(duì)校園內(nèi)各個(gè)對(duì)象進(jìn)行建模，包括道路、樓群、校門、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、花草樹(shù)木、人物、車輛等等。 結(jié)構(gòu)與功能分析“虛擬山商”虛擬校園系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上可以劃分為虛擬校園漫游子系統(tǒng)、信息查詢與管理子系統(tǒng)以及虛擬多媒體教室子系統(tǒng)。訪問(wèn)者能夠自主地領(lǐng)略校園的文化、生活、教學(xué)科研氛圍。第5章對(duì)研究的總結(jié)以及下一步的工作介紹。第3章簡(jiǎn)要介紹三維建模原理與技術(shù)；重點(diǎn)介紹了“虛擬山商”虛擬校園系統(tǒng)的三維建模，包括道路、教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓等樓群的建模，以及樹(shù)木、花草、行人、小魚(yú)等對(duì)象的建模。 本文組織結(jié)構(gòu)本文內(nèi)容主要通過(guò)以下幾章來(lái)討論：第1章介紹虛擬校園的概念、應(yīng)用、研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景，以及本課題的研究背景、意義和研究思路。將西校區(qū)設(shè)計(jì)與主校區(qū)的整合工作以及遠(yuǎn)程教育模塊放在第三期工程（2009年8月至2010年3月）中，逐步完善整個(gè)系統(tǒng)?？紤]到整個(gè)校園規(guī)模較大，虛擬場(chǎng)景和物體、角色的數(shù)量較多，設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)時(shí)間也有限，因此，第一期（2008年3月至2009年1月）虛擬校園的設(shè)計(jì)以學(xué)校正門開(kāi)始通往辦公大樓、第二教學(xué)樓、第三學(xué)生餐廳、第25號(hào)學(xué)生宿舍樓以及南門的主干道路為主線，展示校園風(fēng)光，并實(shí)現(xiàn)辦公大樓、第二教學(xué)樓、第三學(xué)生餐廳和第25號(hào)學(xué)生宿舍樓的外圍效果和室內(nèi)效果。整個(gè)系統(tǒng)使得用戶如親臨其境，有較強(qiáng)的交互性和沉浸感。不僅可以在校園和教學(xué)樓以及辦公樓漫游，還可以在虛擬系統(tǒng)中控制部分物體如開(kāi)關(guān)門、窗以及電燈等等。在理論與技術(shù)方面，本課題研究了不平坦地形的建模、貼圖、紋理映射、LOD建模、碰撞檢測(cè)、模型動(dòng)態(tài)載入、面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)及其他相關(guān)技術(shù)。 本課題主要研究?jī)?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。 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。GC國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)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?jī)?nèi)裝修。上海大學(xué)實(shí)現(xiàn)了寧波科技園區(qū)實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)。在我國(guó)，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(kāi)展了虛擬場(chǎng)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。SodaHall模型由1418807個(gè)多邊形構(gòu)成，模型用了406種材質(zhì)及58種不同紋理。1977年，北卡分校實(shí)現(xiàn)了由13000000個(gè)三角形構(gòu)造的一個(gè)電廠模型的實(shí)時(shí)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(jiàn)區(qū)預(yù)計(jì)算等算法大大提高了場(chǎng)景渲染的效率。其中美國(guó)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、步行器等。近年來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸改變著美國(guó)大學(xué)校園傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)、管理和生活方式，美國(guó)大學(xué)的虛擬校園建設(shè)早已經(jīng)涉及到教學(xué)活動(dòng)、科研活動(dòng)、圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò)、學(xué)校管理工作和學(xué)生日常生活的各個(gè)方面，并且己經(jīng)取得引人矚目的成績(jī)。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(shí)一個(gè)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。普通的校園網(wǎng)頁(yè)是將現(xiàn)實(shí)校園抽象成文字描述和圖片展示來(lái)讓用戶了解校園，沒(méi)有去過(guò)校園的用戶只能在腦海里想象校園原型。虛擬校園不僅可以建立基于現(xiàn)實(shí)校園的一個(gè)三維虛擬環(huán)境，還可以上傳到Internet，為遠(yuǎn)程用戶訪問(wèn)提供一個(gè)虛擬校園空間。、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(jì)算機(jī)中的虛擬再現(xiàn)。整個(gè)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(gè)階段來(lái)完成設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。國(guó)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(gè)在線的校園全景圖可供訪問(wèn)者瀏覽，不具備三維效果，且內(nèi)容也較單一。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(gè)三維可視化的、有聲有色的信息介紹與查詢環(huán)境。虛擬校園漫游系統(tǒng)的研究對(duì)今后虛擬校園的建設(shè)具有重要的實(shí)際意義。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, s