3dsmax平台的虚拟校园三维模型的设计与实现
虚拟现实技术是当今比较热门的一项计算机应用，它利用虚拟环境营造一种逼真的氛围，并通过交互设计给人以生动的体验。虚拟校园系统是学校真实场景缩小化的三维展现平台，它是当代教育技术的一项重要应用，并将成为学校进行自我展示、招纳师生、导航游览的有利平台。以河海大学常州校区为对象，运用虚拟现实技术原理，构建校园虚拟系统。从选择设计软件开始着手，经过图像资料收集和处理、使用3ds Max2010生成三维模型（包括创建、贴图、渲染等）、Unity 3D中的漫游设计等逐步深入，最终实现对虚拟校园的展示和漫游。在该过程中主要问题是三维模型的构建和展示。本文主要完成以下内容：1)以3ds Max2010软件为平台，构建河海大学常州校区主要建筑物的三维模型，并对其进行贴图和渲染；2)在Unity 3D中搭建河海大学常州校区三维场景，营造逼真环境，以第一人称视角在场景中漫游。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
1.1 课题意义 1
1.2 课题背景 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内研究现状 3
1.4 研究内容 3
第2章 虚拟校园三维场景漫游的设计 5
2.1 需求分析 5
2.2 总体设计 5
2.2.1 材料收集与整理 6
2.2.2 模型设计 6
2.2.3 渲染设置 22
2.2.4 虚拟校园场景搭建 23
2.2.5 虚拟漫游设计 25
2.3 小结 26
第3章 虚拟校园漫游实现 28
3.1 漫游人物设置 28
3.2 物体碰撞检测设置 30
3.3 虚拟校园展示及漫游测试 30
3.4 虚拟校园场景图 30
3.5 小结 33
第4章 结论 34
4.1 遇到的问题及解决措施 34
4.2 总结 35
4.3 心得 35
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
致谢 36
参考文献 37
第1章 引言
1.1 课题意义
信息时代下，把握最新技术热点就是占得获取效益的先机。平面图和照片只能作为陈旧单调的学校展示方式，数字校园、虚拟校园的建设已经成为一种潮流。校园虚拟漫游系统，正是其中一项重要技术。它对校园场景进行立体逼真展示，无疑较以往二维图形展示更加真实、生动。它能增进学校师生对校园的熟悉和热爱，能吸引贤人志士的到来，还能作为校园规划和建设的参考。它是学校对内管理规划、对外宣传展示的好帮手，是走向数字校园、虚拟校园的关键一步。
此外，校园虚拟漫游系统的开发成本较低，技术要求在可控范围内，效益明显较高。综上所述，开发这一系统是可行的。
1.2 课题背景
虚拟现实（简称VR）技术指利用计算机生成一种可对参与者直接施加视觉、听觉和触觉感受，并允许其交互地观察和操作虚拟世界的技术。VR的基本特征是沉浸（Immersion）、交互（Interaction）、想象（Imagination），它强调人在VR系统中的主导作用，使信息处理系统符合人的需要且和人的感官一致。VR系统主要分为沉浸类、非沉浸类、分布式、增强现实四类：
（1）沉浸VR系统。系统利用头盔显示器或其他设备把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，并提供一个虚拟的感觉空间，使得参与者产生一种身在虚拟环境中，并能够全身心投入和沉浸其中的感觉。
（2）非沉浸类VR系统。系统采用立体场景显示、立体声音技术，提供空间操纵设备。使用时，用户设定好作为虚拟观察者的位置后操控虚拟对象，体验虚拟环境。
（3）分布式VR系统。以上述两种系统为基础使多个用户连接到一起，让他们共享同一个虚拟空间，可以达到一个更高境界，实现分布式虚拟现实效果。
（4）增强现实系统。系统采用穿透型的头盔显示器，将计算机图形或其他辅助信息数据与操作员观察到的实际环境叠加到一起，以协助操作员进行操作或工作[1]。
目前大多数基于几何模型的虚拟现实系统都采用三维模型加上表面纹理的方法来获得具有色彩信息的真实感效果[2]。从技术角度来说,建筑物虚拟漫游的最大难点在于建模和实时绘制。由于建筑漫游所看到的景象离人很近,因此需要绘制得非常逼真。因此建模时需要构造得非常精细,这往往需要消耗很多时间。同样,对于构造出来的如此复杂的模型,在对其进行绘制时,由于机器性能的制约往往很难达到实时效果,这也是人们很难接受的。一般来说,需要在模型的精细程度和绘制的速度方面取一个折衷值,既要保证一定的绘制质量,又不造成用户的运动不适感[3]。一般来说，虚拟漫游系统的设计分为两个部分：三维场景建模和交互式控制程序设计[4]。
本文三维建模设计部分基于建模工具3ds Max2010，它是一款三维动画渲染和制作软件。在应用范围方面，它广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。因为它有强大的建模、动画制作功能和容易上手操作的特点，所以非常适合用来设计三维模型。
交互式控制虚拟漫游设计部分基于游戏引擎Unity 3D，在其中创建第一人称视角人物手动控制角色漫游。Unity 3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。
1.3 国内外研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，就虚拟现实本身而言，它主要涉及到三个研究领域：
一是通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；
二是建立对虚拟世界的观察界面；
三是使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用[5]。
1.3.1 国外研究现状
一直以来，很多大学和科研机构都在做虚拟场景漫游的研究。美国、瑞士、德国和日本等国家都在校园虚拟信息化方面取得很大成绩。比如，目前美国大学校园的信息化建设已囊括到图书馆信息管理、教学活动、学生管理等方面。瑞士联邦政府提出了建立“瑞士虚拟校园”计划。德国的罗斯托克大学、斯图加特大学建立了模拟系统，对校园的基础设施提供相关的查询、分析和显示功能。?
1.3.2 国内研究现状
我国北京航空航天大学对于虚拟现实技术的研究处于国内领先水平，它的虚拟现实技术与系统国家重点实验室，完成了一系列漫游系统的开发。实验室自主研发了一些支撑VR理论与技术研究的硬件设备及软件平台，搭建了实时三维图形技术与平台，如2008年北京奥运会开幕式创意仿真与指挥监控、建国60周年首都国庆阅兵方案三维推演和决策、虚拟奥运博物馆、大运高速公路三维GIS系统等。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
1.1 课题意义 1
1.2 课题背景 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内研究现状 3
1.4 研究内容 3
第2章 虚拟校园三维场景漫游的设计 5
2.1 需求分析 5
2.2 总体设计 5
2.2.1 材料收集与整理 6
2.2.2 模型设计 6
2.2.3 渲染设置 22
2.2.4 虚拟校园场景搭建 23
2.2.5 虚拟漫游设计 25
2.3 小结 26
第3章 虚拟校园漫游实现 28
3.1 漫游人物设置 28
3.2 物体碰撞检测设置 30
3.3 虚拟校园展示及漫游测试 30
3.4 虚拟校园场景图 30
3.5 小结 33
第4章 结论 34
4.1 遇到的问题及解决措施 34
4.2 总结 35
4.3 心得 35
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
致谢 36
参考文献 37
第1章 引言
1.1 课题意义
信息时代下，把握最新技术热点就是占得获取效益的先机。平面图和照片只能作为陈旧单调的学校展示方式，数字校园、虚拟校园的建设已经成为一种潮流。校园虚拟漫游系统，正是其中一项重要技术。它对校园场景进行立体逼真展示，无疑较以往二维图形展示更加真实、生动。它能增进学校师生对校园的熟悉和热爱，能吸引贤人志士的到来，还能作为校园规划和建设的参考。它是学校对内管理规划、对外宣传展示的好帮手，是走向数字校园、虚拟校园的关键一步。
此外，校园虚拟漫游系统的开发成本较低，技术要求在可控范围内，效益明显较高。综上所述，开发这一系统是可行的。
1.2 课题背景
虚拟现实（简称VR）技术指利用计算机生成一种可对参与者直接施加视觉、听觉和触觉感受，并允许其交互地观察和操作虚拟世界的技术。VR的基本特征是沉浸（Immersion）、交互（Interaction）、想象（Imagination），它强调人在VR系统中的主导作用，使信息处理系统符合人的需要且和人的感官一致。VR系统主要分为沉浸类、非沉浸类、分布式、增强现实四类：
（1）沉浸VR系统。系统利用头盔显示器或其他设备把参与者的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，并提供一个虚拟的感觉空间，使得参与者产生一种身在虚拟环境中，并能够全身心投入和沉浸其中的感觉。
（2）非沉浸类VR系统。系统采用立体场景显示、立体声音技术，提供空间操纵设备。使用时，用户设定好作为虚拟观察者的位置后操控虚拟对象，体验虚拟环境。
（3）分布式VR系统。以上述两种系统为基础使多个用户连接到一起，让他们共享同一个虚拟空间，可以达到一个更高境界，实现分布式虚拟现实效果。
（4）增强现实系统。系统采用穿透型的头盔显示器，将计算机图形或其他辅助信息数据与操作员观察到的实际环境叠加到一起，以协助操作员进行操作或工作[1]。
目前大多数基于几何模型的虚拟现实系统都采用三维模型加上表面纹理的方法来获得具有色彩信息的真实感效果[2]。从技术角度来说,建筑物虚拟漫游的最大难点在于建模和实时绘制。由于建筑漫游所看到的景象离人很近,因此需要绘制得非常逼真。因此建模时需要构造得非常精细,这往往需要消耗很多时间。同样,对于构造出来的如此复杂的模型,在对其进行绘制时,由于机器性能的制约往往很难达到实时效果,这也是人们很难接受的。一般来说,需要在模型的精细程度和绘制的速度方面取一个折衷值,既要保证一定的绘制质量,又不造成用户的运动不适感[3]。一般来说，虚拟漫游系统的设计分为两个部分：三维场景建模和交互式控制程序设计[4]。
本文三维建模设计部分基于建模工具3ds Max2010，它是一款三维动画渲染和制作软件。在应用范围方面，它广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。因为它有强大的建模、动画制作功能和容易上手操作的特点，所以非常适合用来设计三维模型。
交互式控制虚拟漫游设计部分基于游戏引擎Unity 3D，在其中创建第一人称视角人物手动控制角色漫游。Unity 3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。
1.3 国内外研究现状
计算机的发展提供了一种计算工具和分析工具，并因此导致了许多解决问题的新方法的产生。虚拟现实技术的产生与发展也同样如此，就虚拟现实本身而言，它主要涉及到三个研究领域：
一是通过计算机图形方式建立实时的三维视觉效果；
二是建立对虚拟世界的观察界面；
三是使用虚拟现实技术加强诸如科学计算技术等方面的应用[5]。
1.3.1 国外研究现状
一直以来，很多大学和科研机构都在做虚拟场景漫游的研究。美国、瑞士、德国和日本等国家都在校园虚拟信息化方面取得很大成绩。比如，目前美国大学校园的信息化建设已囊括到图书馆信息管理、教学活动、学生管理等方面。瑞士联邦政府提出了建立“瑞士虚拟校园”计划。德国的罗斯托克大学、斯图加特大学建立了模拟系统，对校园的基础设施提供相关的查询、分析和显示功能。?
1.3.2 国内研究现状
我国北京航空航天大学对于虚拟现实技术的研究处于国内领先水平，它的虚拟现实技术与系统国家重点实验室，完成了一系列漫游系统的开发。实验室自主研发了一些支撑VR理论与技术研究的硬件设备及软件平台，搭建了实时三维图形技术与平台，如2008年北京奥运会开幕式创意仿真与指挥监控、建国60周年首都国庆阅兵方案三维推演和决策、虚拟奥运博物馆、大运高速公路三维GIS系统等。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1753.html
