虚拟校园中景物建模与自动漫游的研究

摘要

自20世纪90年代以来，虚拟现实技术一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向，它借助计算机构建出与现实环境相近的虚拟环境。目前，很多单位都对桌面虚拟现实系统做了研究，但是都不同程度的存在模型复杂度、模型的真实感和交互性等问题。一个比较理想的桌面虚拟漫游系统，应该是用户能够在具有较强真实感的场景中实时漫游，同时能够实现相应动作交互。
　　 本课题研究的虚拟校园漫游系统是一个典型的桌面虚拟现实系统。它在校园环境规划、管理和校园文化宣传等方面能起到良好的作用。本文，通过查阅大量国内外相关资料主要研究虚拟校园环境中的对象建模及场景组织，分析和比较多种三维建模软件，确定以当前流行三维软件3DSMAX为主要建模工具，再结合VRML和Java技术，建立了一个桌面式虚拟校园漫游系统。
　　 本文在对虚拟现实技术、VRML等相关技术作了研究后，重点对虚拟漫游的实现方法进行了研究，包括三维场景的模型构建，场景优化等。采用3DSMAX和VrmlPad实现虚拟场景对象的建模，采用纹理贴图代替细节建模，减少系统开支。在场景整合时，研究VRML技术中的关键技术(如，编组节点、路由和事件)，采用场景分割、代码重用(DEF/USE)以及用Inline节点等技术实现校园场景切换和调度。为增加系统的真实感，探讨Script节点的编程交互，实现了基于VRML感知器和JavaScript对场景中对象行为的控制。
　　 在以上研究工作的基础上，设计并实现了一个以西安欧亚学院为原型的桌面式虚拟校园漫游系统，并对浏览效果进行了测试。从系统的浏览效果上看，校园场景的丰富性和交互性需进一步的提高，但这在某种程度上证明了桌面式虚拟校园漫游系统兼顾真实性与交互性的架构方案是可行的，为以后深入的研究做了良好的铺垫。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1虚拟现实技术概述

1.1.1虚拟现实的基本概念

1.1.2虚拟现实技术的特性

1.1.3虚拟现实技术的研究方向

1.1.4虚拟现实技术的应用

1.2虚拟现实技术的研究现状及发展

1.2.1 虚拟现实技术的研究现状

1.2.2虚拟现实技术的发展趋势

1.3课题的研究背景和意义

1.4课题的研究内容

1.5论文的组织结构

第二章虚拟漫游系统

2.1虚拟漫游技术

2.2虚拟漫游系统简介

2.2.1虚拟漫游系统的功能和构成

2.2.2虚拟漫游系统的分类

2.3 桌面式虚拟校园漫游系统的实现

2.3.1系统设计目标

2.3.2系统工作流程与技术路线

2.3.3 漫游系统的软硬件组成

2.4本章小结

第三章虚拟漫游实现技术的研究

3.1虚拟漫游场景建模技术

3.1.1 基于模型的构造方法

3.1.2基于图像的绘制(IBR)构造方法

3.1.3 二者的优缺点

3.1.4 国内外虚拟漫游技术研究现状

3.2虚拟漫游场景的优化技术

3.2.1 纹理映射

3.2.2 实例化

3.2.3场景消隐

3.2.4层次细节

3.2.5碰撞检测

3.3虚拟漫游系统的建模

3.3.1 OpenGL三维图形建模方法研究

3.3.2 VRML技术研究

3.4本课题的开发工具

3.4.1 建模软件-3DSMAX

3.4.2图像处理软件Photoshop

3.4.3虚拟现实软件VrmlPad

3.5本章小结

第四章虚拟校园场景的构建

4.1三维场景的建模技术

4.2场景数据库

4.2.1场景数据库构造过程

4.2.2场景数据库的层次结构

4.3场景的构建

4.3.1 3DSMAX建模

4.3.2建筑物的构建

4.3.3外部景观的构建

4.3.4辅助对象的构建

4.4模型优化

4.5本章小结

第五章校园漫游的实现

5.1 VRML的关键技术

5.1.1 核心体系

5.1.2 VRML浏览器

5.2校园场景的组织及漫游功能实现

5.2.1场景的组织

5.2.2漫游实现

5.3场景的优化

5.4系统交互功能的研究

5.5本章小结

第六章结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文