基于GeoVRML交互式虚拟数字校园系统——以南开大学校园为例

摘要

“数字城市”与“数字环境”是当今GIS和信息技术领域研究的热点问题。虚拟现实技术是实现数字城市关键技术之一。高校校园是城市的缩影，有着数字城市和虚拟环境建设必要的核心技术，虚拟数字校园建设积累的技术和经验也能为数字城市提供良好的借鉴。 本文以南开大学校园为实例，结合遥感、地理信息系统和虚拟现实等技术，基于遥感影像提取人工建筑物立体模型、构建虚拟场景、实现3D地理数据网络传输，构建南开大学虚拟数字校园。 主要内容包括： 1)影像数据处理和模型提取。以2004年10月拍摄的南开大学区域高分辨率数字影像为主要数据源。经过影像正射校正处理后，从中提取南开大学DEM和主要建筑模型。结果表明此方法快速，准确，花费低，能够满足数字城市环境建模需求。而对于不能从影像上提取的小型人工建筑模型，则采用专业型3D建模软件或其它建模方式进行构建。 2)纹理数据采集、编辑及建筑模型的后处理。利用数码相机在南开大学校园实地采集各建筑的侧面纹理图像，导入PhotoShop进行编辑。为使模型更加真实、美观，将处理好的纹理图片贴面到对应的建筑模型，并对模型进行格式转换、压缩、优化等处理以适合网络传输。将模型的位置参数、存储路径等信息存入 SQL Server 2000 数据库，以备后用。 3) 虚拟场景构建。对网络环境下的虚拟场景构建技术进行探讨。将DEM、地面纹理、树木、建筑等模型在 GeoVRML环境下进行整合，构建虚拟场景。探讨运用细节层次模型(LOD)、代码重用(DEF/USE)等技术对场景进行优化。运行测试结果表明，这些技术的运用能有效提高场景运行效率。 4) 数字校园系统建设。设计了南开大学虚拟数字校园系统结构体系。借助ASP、Cortona ActiveX 控件、数据库等技术，探索虚拟场景漫游控制、虚拟场景与二维地图结合、人机交互、信息查询等功能的开发。根据已有工作成效和不足对后续工作进行展望。 结果表明，基于高分辨率数字影像能够快速完成大规模场景的数字环境建模，GeoVRML 是虚拟网络地理环境构建的有效手段。今后将在此基础上展开进一步的应用分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

第一节问题提出

第二节虚拟现实概述

1.2.1虚拟现实定义

1.2.2虚拟现实特征

1.2.3虚拟现实分类

第三节“虚拟数字校园”及其研究进展

第四节研究目的、内容和技术路线

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

1.4.3主要技术路线

第二章虚拟现实建模语言简介

第一节虚拟现实建模语言概述

2.1.1 VRML概述及发展历史

2.1.2 VRML文件格式

2.1.3 VRML特性

第二节VRML文件开发工具及浏览器

2.2.1 VRML开发工具

2.2.2 VRML浏览器

第三节地理虚拟建模语言-GeoVRML

2.3.1 GeoVRML由来及特点

2.3.2 GeoVRML实例—一个简化的三维地球

第三章数据源与数据处理

第一节数据来源

第二节遥感数据正射校正

3.2.1遥感数据正射校正原理及方法

3.2.2正射校正流程及结果

3.2.3南开大学影像裁剪

第三节建筑侧面纹理照片处理

3.3.1纹理拍摄

3.3.2建筑纹理照片处理

第四节本章小结

第四章数字建模

第一节DEM建模

4.1.1 DEM表达方法和结构模型

4.1.2 DEM数据的获取方式

4.1.3 DEM生成

4.1.4 DEM的网络表达形式

第二节三维景观模型建模与优化

4.2.1三维建模方法简介

4.2.2南开大学建筑模型提取

4.2.3南开大学建筑模型纹理贴面

4.2.4其它模型构建

4.2.5模型优化

第三节本章小结

第五章虚拟校园系统建设

第一节系统总体设计

5.1.1设计目标

5.1.2系统结构体系

第二节虚拟场景数据库建设

5.2.1数据库的建立

5.2.2 ASP与数据库的连接

第三节虚拟场景整体构建

5.3.1集成ASP与VRML

5.3.2模型的定位及场景的优化

第四节虚拟场景人机交互的实现

5.4.1 OLE Automation技术与VRML Automation

5.4.2二维地图与三维场景的交互

5.4.3虚拟漫游的控制

5.4.4三维模型查询

5.4.5意见信息反馈

第五节系统运行软硬件条件

5.5.1主要硬件设备

5.5.2主要软件

第六节本章小结

第六章结论与展望

第一节结论

第二节展望

6.2.1 X3D技术展望

6.2.2工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果