基于VRML虚拟校园设计与实现

基于VRML虚拟校园设计与实现

基于VRML虚拟校园设计与实现

张　倩

1,3

　刘晓青

2,3

(1.福建教育学院;福建　福州350025;2.福州职业技术学院;福建　福州　350108;

3.福州大学数学与计算机科学学院;福建　福州　350002)

张

　倩　刘晓青：基于

摘　要:文章以福建教育学院为例,介绍了利用VRML虚拟现实技术进行三维虚拟校园建模仿真的过程,重点阐述了三维场景建模、场景优化以及场景交互等在构建虚拟校园过程中涉及的关键技术,并最终实现了交互式虚拟校园漫游系统。

关键词:虚拟校园;VRML;三维建模;场景优化;交互中图分类号:TP391　　　文献标识码:A　　　文章编号:1673-9884(2009)05-0118-04

　　随着信息技术、通信技术的飞速发展,特别是

Internet的普及,为各个大学的提升信息化层次提供了良好的条件和机遇。高等院校应对这种冲击的积极响应是大规模、,逐步开展了“数字校园”为数字化的、[1]

。在整个数字校园的建设中,数字校园虚拟仿真漫游系统是数字校园建设计划的重要应用之一,虚拟校园是基于虚拟现实技术、地理信息技术将校园地理信息和其他校园信息结合,以三维可视化和虚拟现实场景界面呈现的

[2]

信息系统,是数字校园工程的重要组成部分。本文介绍了VRML虚拟现实技术构建虚拟校园相关技术,主要以几何建模、模型优化及场景交互技术为主

。

1　虚拟校园总体设计

1。

(1)三维总体模型显示与优化模块实现校园建

筑模型的构建与优化,其中包括三维总体模型的构造,纹理数据的获取、处理,三维总体模型的生成、整合及场景复杂度的优化策略。

(2)虚拟校园交互性模块实现了对三维建筑场

景进行实时控制,并实现了场景的实时切换、虚拟漫游、碰撞检测、自动导航等功能。

(3)网页发布模块实现校园三维场景嵌入网页

并通过Web站点进行发布,从而使用户可以通过网页对虚拟校园进行浏览。

2　虚拟校园实现关键技术2.1　三维场景建模

三维场景构建是虚拟现实技术实现“虚拟校园”中一项很重要的工作,它占据的工程量达整体工作的70%-80%.本文采用三维软件3DSMax软件来构建基本场景,其优势是能够快速高效地构造复杂的三维模型。利用3DSMax创建VRML场景的主要步骤如下:

(1)场景平面图数字化。

收集校园总平面图、地形图、

楼建筑图纸及学校

收稿日期:2009-08-14

作者简介:张倩(1982-),女,福建福州人,福建教育学院信息技术研修部助理工程师。

虚

拟校园设计与实现　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　福建教育学院学报二○○九年第五期　

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基于VRML虚拟校园设计与实现

区域的航拍图等能真实反映校园建筑物布局的资

张　倩　刘晓青：基于

型设置环境光、视点等参数并转化为VRML文件

。

料,资料的真实性、详实性可以使场景更加真实、比例协调。然后通过AutoCAD软件进行校正并数字化成图,如图2

。

虚

拟校园设计与实现　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　福建教育学院学报二○○九年第五期　

图4　3DSMax

建筑物纹理贴图

图2　AutoCAD

数字化校园平面图

图5　建筑物原始数码相片

2.2　场景优化

3DSMAX虽然可以高效快捷地建立复杂物体

图3　3DSMAX建筑物模型构建图

的三维模型并可以转化为VRML文件,使得整个建模过程大大简化,从而弥补了VRML建立复杂三维模型的不足。但是转化生成的代码体积比较大,内部的数据也存在冗余

[4]

(2)3DSMax模型构建

将上述经AutoCAD数字化的场景布局平面图导入3DSMax软件中,通过比例尺换算实际建筑物与模型之间比例参数,然后根据场景布局平面图中建筑物的轮廓线进行外扩、挤出、拉伸及布尔运算等操作

[3]

。VRML文件的大小不但决

定了它在网络上的传输速度,而且还影响着文件装入内存后的浏览速度。因此为保证能顺畅地漫游虚拟校园,我们必须对VRML文件进行优化,主要分为模型自身优化以及利用VRML语法特点优化两种。

2.2.1　3dsmax模型自身优化

,建立建筑物的雏形,如图3。

(3)纹理映射

通过数码相机获取校园内建筑物的纹理贴图,并运用PHOTOSHOP软件对拍摄的纹理贴图进行旋转、拉伸、修补、合成等处理,使得纹理图像满足需要。然后通过3DSMax中的材质贴图功能进行纹理映射,使上述的建筑物模型更具有真实感,如图4。图5为建筑物真实面貌。

(4)模型集成输出

在建模过程中如采用3D软件进行精细建模,势必因文件过大影响网络传输和场景绘制的效率,而直接采用照片纹理贴图,则会丢失细节信息导致难以达到真实感。在兼顾文件量与真实感的情况下,可采用二次建模方法。其步骤为:首先在3D软件中进行建筑物精细建模,赋以纹理与材质,然后对所需的纹理进行渲染输出。然后在3D软件中对精细建模的建筑物结构进行分解,

采用拉伸或放样等

重复步骤2、3对校园内各建筑物物体分别单独建模;然后将所有已建模好的建筑物进行集成及添加天空、地面、环境等背景模型,最终为校园三维模

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功能生成简单几何体的组合,最后,将上述输出的包含细节信息的纹理对几何体进行贴图,完成模型的构建。此方法可以大量减少几何模型的三角面片,达到模型优化的效果。

2.2.2　VRML文件编辑优化

VRML文件编辑优化主要是根据VRML的语法

是否与场景中的建筑物碰撞,避免发生穿墙而过现象以及自动门的开启与关闭等等,从而构建一个真实的、生动的、交互式的虚拟世界,给浏览者提供身临其境的真实感受。

下面以虚拟校园自动漫游为例对VRML的交互功能的使用进行介绍。校园自动漫游实现是通过TimerSenser感知器定时不断地触发PositionInterpo2lator和OrientationInterpolator插补器,通过ROUTE

张

　倩　刘晓青：基于

特性进行的,主要包括使用VRML中的LOD节点、代码重用机制、文件压缩机制等。

(1)使用VRML中的LOD节点

LOD节点根据人眼对同一个物体在远近不同

路由将位置和方位的变化传递到视点对象View2point的Position和Orientation域中,改变视点的位

的位置所能看到的细节详细程度不同这一视觉特性,对建筑物模型进行优化处理,为建筑物建立一组详细程度有别的几何模型,建筑物离视点越远,建立的模型包含的多边形就越少,从而加速模型绘制速度提高浏览虚拟场景的流畅性。

(2)代码重用机制

置与角度,达到自动浏览的效果。具体实现代码如下:

//定义一个起始视点DEFPointViewpoint{

0on101.5708fieldOfView1description“Point”}

//定义视点变换时间间隔DEFclockTimeSensor{

cycleInterval10loopTRUE}

//设定位置插补器控制不同时刻视点距离移动DEFroute1PositionInterpolator{

key[0,0.1,……,1]

//时间列表//位置值列表

}

//设定方向插补器控制不同时刻视点方向

//设置时间间隔//定义视点位置值//定义视点方向值//定义视点视野范围

//视点描述

在建造虚拟世界的过程中,相近对象,如篮球架、型的物体先用DEF,再通过USE引;而对相近造型的物体可以使用原型 …… 此处隐藏：3803字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……