数字校园及虚拟现实技术的研究

摘要

电子地图和虚拟现实技术都是近些年来随着计算机图形的发展而日渐成熟的新兴技术,而基于互联网的电子地图和虚拟现实技术已经越来越成为计算机图形学领域研究的新课题之一.随着计算机技术的快速发展,二维电子地图在存储、编辑、管理、显示地图数据中发挥了重要作用.但是独立的二维电子地图和独立的三维虚拟场景都有着自身的不足之处.二维电子地图对研究区域的宏观性和整体性有较大的优势,同时二维电子地图的符合抽象多义性,又给人们认识空间信息带来了一定的困难.三维虚拟场景有着逼真的视觉效果,具有动态性、交互性、真实性等优势,不过浏览者在三维虚拟场景中漫游时,往往容易产生方向迷失感.针对以上的问题,该课题在分析了国内外电子地图的各种形式,虚拟现实技术,地理信息系统的基础上,提出了二维电子地图和三维虚拟场景对比浏览的思路,将属性信息查询、二维电子地图和三维虚拟现实浏览场景完全整合在一个界面上,使得整个浏览系统清晰直观,便于使用操作.有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点,充分地发挥了两者的优势,同时又克服二维电子地图的缺点和三维虚拟场景漫游的方向迷失感.通过二维电子地图和三维虚拟场景互响应机制可以较好地解决两者之间的关联问题.利用微软ASP.NET的新技术为二维电子地图和三维虚拟场景互响应机制的关联建立一条便捷的通道,以及相关的信息查询途径.在课题的研究过程中,主要做了以下几个方面的工作:1)二维电子地图按浏览要求分类开发;2)二维电子地图的开发没有借助开发商的中间件,而是从底层软件作原创性开发;3)在虚拟现实场景中地形的实现使用了曲面建模,从而具有更好的真实性;4)在虚拟现实场景中设置了交互功能,浏览方式多样,并且配以动画、背景音乐、互响应按钮等多种表现形式,使之更接近真实场景;5)在同一界面上实现了二维电子地图和三维虚拟场景对比浏览,系统清晰直观;6)添加相关信息的查询功能,使得系统的开发更具有实际的使用价值.课题以华南理工大学校园为研究对象,实现了校园电子地图和虚拟现实技术的良好结合,以及相关信息分类查询,并配以动画、背景音乐、互响应按钮等多种表现形式和技术,使得整个系统的浏览生动活泼、方便快捷.克服了以前校园浏览系统表现形式单一,交互性差的通病,实践证明这是一个运行高效、交互性好的校园虚拟现实浏览系统.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2国内外研究现状

1.2.1关于电子地图

1.2.2关于虚拟现实技术

1.2.3关于网络GIS信息查询系统

1.3课题研究的意义

1.4课题研究的内容和目标

第二章课题的总体方案

2.1方案的提出

2.1.1电子地图

2.1.2校园虚拟现实景观

2.1.3校园信息查询

2.2课题的设计流程

2.3课题总体方案的实现

2.4本章小结

第三章二维电子地图的开发

3.1概述

3.2开发软件简介

3.3地图的矢量化

3.3.1建立模板地图

3.3.2绘制矢量地图

3.3.3矢量地图的完善

3.4地图的浏览分类制作

3.5电子地图浏览功能设计

3.6本章小结

第四章三维虚拟现实场景的研究及实现

4.1概述

4.2纷繁复杂的网络虚拟现实标准之争

4.3 VRML语言

4.3.1 VRML语言概述

4.3.2 VRML的基本结构

4.3.3坐标变换

4.3.4三维造型和外观控制

4.3.5内联VRML文件

4.4 3dsmax在VRML中的运用

4.4.1概述

4.4.2三维建模和材质处理

4.4.3插入VRML节点

4.4.4生成VRML文件

4.4.5调整VRML节点

4.4.6用3dsmax建立虚拟世界技巧总结

4.5网络虚拟现实中交互式技术的应用

4.5.1交互式动态虚拟场景

4.5.2交互式控制技术

4.6三维虚拟场景漫游设置

4.6.1自由漫游

4.6.2自动漫游

4.7本章小结

第五章信息查询和浏览系统的实现

5.1系统结构和功能概述

5.1.1系统总体结构

5.1.2系统功能

5.2开发软件及技术简介

5.2.1 ASP.NET软件简介

5.2.2数据库技术及数据库的建立

5.3二维地图分类浏览查询

5.4三维虚拟现实景点属性查询

5.5实现在网页中镶嵌虚拟现实场景

5.6查询系统特点

5.7本章小结

第六章数字校园系统的整体实现

6.1查询系统和地图的结合

6.2虚拟校园景观的实现

6.3二维地图和三维虚拟现实环境的结合

6.4总体界面的设计和实现

6.5本章小结

第七章系统运行实例

7.1系统运行环境

7.2系统功能概述

7.3系统的特点分析

7.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢