校园场景模型设计
随着科学技术的迅猛发展，信息化数字化的程度越来越高，人们对虚拟世界的需求也越来越丰富，这就催生了虚拟现实技术。虚拟现实技术是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感器技术的基础上发展起来的一门新兴的计算机综合技术。它通过计算机生成逼真的虚拟世界，通过对虚拟世界中景物的操作让用户得到身临其境的真实感受，并可使用自然技能对虚拟世界进行交互考察，使人完全进入计算机创造的图形世界中。虚拟校园作为虚拟现实技术在教育上的基础应用，实现了对校园环境的虚拟化，在学校规划的各个方面发挥了重要作用。地形作为校园场景中最为重要的组成部分，对其建模的好坏，直接影响了整个场景的真实感。
本文介绍了虚拟校园地形的开发过程，在windows7环境下基于3DSMAX2012设计并实现。首先介绍了3DSMAX2012的部分功能；然后分析了校园地形建模的需求；随后对地形模型的建造进行了概要设计和详细设计，按照校园的布局、规划资料对校园的每块地形进行构造，重点介绍了一些复杂的场景建模如文体馆、小山丘；最后按照校园地图对每一块模型进行整合，形成完整的校园地形模型。为校园虚拟漫游系统的实现奠定了模型基础。
关键词：虚拟现实，三维地形，场景建模，校园 HM000029
With the rapid development of the science and technology, the degree of information and digitalization becomes higher and higher, so does the people’s demand for the virtual world, which facilitates the appearance of virtual reality (VR).VR is a new integrated technology which is developed on the basis of the computer graphics, computer simulation technology, human-machine interface technology, multimedia technology, and sensor technology. It helps users get rich and immersive experience through the realistic computer-generated virtual world and the operation of the virtual world scene. What’s more, natural skills are used to interact with the virtual world, which makes people immersed into the graphics world created by the computer. As a basic application of VR in education, virtual campus makes the campus’s environment virtualized which plays an important role in the construction of the school. As an important part of the campus scene, the modeling quality of the terrain has a direct impact on the realism of the entire scene.
This article describes the development process of the virtual campus terrain, which is designed in WINDOWS 7 environment and based on the 3DSMAX2012. Firstly, this article describes parts function of the 3DSMAX2012, then analyzes the demand for the modeling of the campus terrain of the Hohai University ( Changzhou). Secondly, it describes the outline and detailed design of the construction of the campus terrain. Every part of the campus terrain is constructed according to the layout and the planning information of the campus. This project highlights some complex scenarios, such as sports hall and a small hill. Finally, according to the map of the campus, every model is integrated to form the completed model of the campus terrain which lays the foundation of the virtual roaming system of campus.
Keywords: Virtual reality, 3D terrain, Scene modeling, Campus
第一章 绪论
近年来，虚拟现实技术在信息技术领域得到了快速的发展，与此同时，对虚拟场景模型的建立要求也越来越高。因此，拥有强大建模功能的3DSMAX软件常被用于对虚拟场景进行建模，这不仅极大的提高了虚拟场景的真实感，同时也推动了虚拟现实技术的发展。
第一节 课题背景与意义
传统的信息系统大多以二维的数据结构为基础，只有平面信息能直接表现出来，并没有单独考虑高度，只是将高度作为属性信息关联在其中。为了更加逼真、有效的表现出现实世界，方便人类观察自然、欣赏景观，三维可视的信息系统以及虚拟漫游技术应运而生，并已成功运用到城市管理、环境保护、项目展示等众多领域。
虚拟校园，是虚拟现实技术在现阶段教育的基础应用，它实现了对校园环境的虚拟化，在学校的教学资源管理、环境规划和其他许多方面发挥了重要作用[1]。
虚拟校园漫游系统的研究对以后建设虚拟校园具有重要的意义。将学校的场景用虚拟仿真技术实现，可以让浏览者足不出户就可以浏览校园的风光，体验身临其境的感受，继而促进校园文化的宣传，提高学校的知名度。除此之外，它还可以作为校园规划的辅助工具，提高校园管理的现代化水平。在将其与学校有关信息结合之后，可以给学校师生提供一个可视化的、三维的、有声有色的信息介绍和查询环境。与此同时，它更可以促进远程教学的发展，为将来数字校园的建设提供了好的平台[2-3]。
第二节 虚拟校园的研究应用现状
虚拟场景漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，目前在旅游、军事、科学、建筑、航空航天、规划等领域有着广泛的应用。它具有形象、生动、融入、参与和交互等特点[4]，从而方便社会的各种人群的使用。 查看完整请+Q:351916072获取
目前国内外研究的虚拟场景漫游在实现方法上可分为两种，主要按照虚拟场
景的构造方法来区分。一种是传统的基于几何建模的虚拟漫游技术，另一种是新兴的基于实景图像的全景技术，下面分别进行介绍。
(1)基于建模的漫游技术
基于建模的虚拟漫游技术(简称建模法)以计算机图形学为基础，首先对真实场景进行抽象，用多边形构造虚拟景观(包括地形、建筑、树木等)的三维几何模型，并建立虚拟环境中的光照和材质模型，然后进行纹理映射及控制参数设定，最后通过软件控制观察者的位置、光照、消隐消息，在输出设备上实时渲染绘制视景画面，从而完成对整个场景的漫游。
建模法实现的漫游系统中虚拟景观大多具有精确对应的几何模型，得到的场景比较细腻、逼真，同时便于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互，以及对虚拟对象的深度信息进行直接获取；即使在规划设计阶段，只要有相关的建筑图纸，按照相应比例与尺寸，一样能够完成场景的构建与漫游，即能够实现虚物实化。建模法应用时间较长，技术路线比较成熟，国内外都研发了许多建模工具及控制集成软件，这些都使得建模法目前实际应用比较广泛。但是建模也存在不足：一是对复杂场景进行详细建模太过繁琐，工作量大，费时费力；二是当场景模型复杂时，实时显示的计算量较大，难以将实时交互与高质量图形环境结合起来，场景难以达到完全逼真：三是场景实时渲染绘制对计算机软硬件要求较高。随着视景建模、图形快速显示、实时交互等相关技术的发展及硬件性能的不断提高，建模法在虚拟建筑漫游领域还是很有用武之地的。
(2)基于实景图像的全景技术例
全景技术是一种基于图像绘制技术生成真实感图形的虚拟现实技术，是一种
基于图像处理的Panorama(全景摄影)技术，它是把相机环绕四周进行3600拍
摄的一组照片拼接成一个全景图像，用一个专用的播放软件在单机或Internet
上显示。一般来说，全景技术主要是通过图片或者是像片的缝合，实现对场景环
视和对物体的三维拖动显示。用户在这个虚拟实景空间中可以前进、后退、环视、
仰视、俯视、近看、远看等操作，从而实现全方位三维场景漫游的效果，具有强
烈的动感和影像透视效果。
虚拟实景空间的生成主要依赖于全景图象生成器和空间编辑器。前者负责把
多幅相互间有少量重叠区域的普通图象或连续的视频拼接为全景图象，把众多的
全景图象组织为虚拟实景空间的功能则是由空间编辑器实现，常用的处理方法有
图象透视变换、图象拼接、图象变形、图象合成与裁剪等。浏览器提供给最终用
户漫游虚拟实景空间时使用，它采用全景图象数据预调，视点空间缓冲预调、视
图变形、图象平滑过渡等一系列关键技术使得用户视点转移时场景能够平滑过
渡，从而保证了用户视觉的一致性，使用户产生在实景空间中行走的感觉。
全景技术发展十分迅速，目前主要包括以下几类：柱形全景、球形全景、立
方体全景、对象全景、球形视频等。
全景技术能生成反映真实场景的高质量的图象环境，由于不需复杂建模，漫
游效果及处理时间与场景内容的复杂度无关，不需要专业的图形加速设备，对硬
件的要求不及几何建模那么高，而且通过真实图象完全可以生成与照片一样极具
真实感的合成场景。这种基于实景的方法具有快速、简单、逼真的优点，能较好
地实现实物虚化，可以应用于旅游景点、虚拟场馆介绍以及远地空间再现等许多
校园内场景的虚拟漫游技术研究方面，是目前国际上的研究热点之一。但全景技术首先要求获得基于真实场景的实景图象(Real World Images)，因此当真实场景并不存在，或还只处于设计规划阶段时，在场景构造上它就无能为力了；而且，由于场景中的虚拟物体是图象中的二维对象，因而用户很难，甚至不能与这些二维对象进行交互；另外，获得实景图象需要高性能的照相与摄影装备，得到的大量图象文件也需要大量的存储空间，这些都使它的应用受到了一些限制。
另外，在用户界面和硬件系统方面也需要进行大量的工作进行改善。由于虚
拟世界本身的复杂性即计算实时性的要求，产生虚拟环境所需的计算量都极为巨
大，这对中心计算机的配置提出了极高的要求。
第三节 本文的主要研究内容和章节安排
本次设计针对虚拟漫游系统场景模型的地形部分进行建模。主要是对校园各个场景进行分块建模，最后将每个单块模型进行整合形成相应的地形模型。
本文的章节安排如下： 查看完整请+Q:351916072获取
(1)第二章针对本次设计使用的开发工具3DSMAX2012进行了相应的介绍。包括3DSMAX和Maya之间的比较，3DSMAX的部分建模功能，以及3DSMAX2012的新增功能。
(2)第三章基于对整个地形场景的分析，提出了校园地形建模的相关的设计方案。
(3)第四章主要是根据第三章提出的总的设计方案进行相应的落实操作。主要是对校园的每一块场景进行相应的建模操作，最后将分块建模的部分整合起来形成完整的地形模型。
(4)第五章是对本次设计的小结，包括对本次设计优缺点的阐述，以及对系统未来的一些展望。
(5)最后对在本次设计中起到帮助的人们给予了真诚的感谢。
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
第一节 课题背景与意义 1
第二节 虚拟校园的研究应用现状 1
第三节 本文的主要研究内容和章节安排 3
第二章 开发工具3DSMAX介绍 5
第一节3DSMAX和Maya的比较 5
第二节 3DMAX2012部分功能介绍 6
一、建模 6
二、设置材质贴图 7
第三节3DSMAX2012的新增功能的介绍 8
第三章 系统分析 11
第一节 关于校园地形的分析 11
第二节 设计方案 11
第四章 校园地形的详细设计与实现 13
第一节 常用对象的建模 13
第二节 单独地形模块的建模 18
一、文体馆部分的建模 18
二、关于文体馆旁小山丘的建模 25
三、关于球场的建模 29
第三节 场景合并 34
第五章 总结 35
第一节 设计小结 35
第二节 改进与对未来的展望 35
致谢 38
附录一 参考文献 37
附录二 论文翻译 40 查看完整请+Q:351916072获取
本文介绍了虚拟校园地形的开发过程，在windows7环境下基于3DSMAX2012设计并实现。首先介绍了3DSMAX2012的部分功能；然后分析了校园地形建模的需求；随后对地形模型的建造进行了概要设计和详细设计，按照校园的布局、规划资料对校园的每块地形进行构造，重点介绍了一些复杂的场景建模如文体馆、小山丘；最后按照校园地图对每一块模型进行整合，形成完整的校园地形模型。为校园虚拟漫游系统的实现奠定了模型基础。
关键词：虚拟现实，三维地形，场景建模，校园 HM000029
With the rapid development of the science and technology, the degree of information and digitalization becomes higher and higher, so does the people’s demand for the virtual world, which facilitates the appearance of virtual reality (VR).VR is a new integrated technology which is developed on the basis of the computer graphics, computer simulation technology, human-machine interface technology, multimedia technology, and sensor technology. It helps users get rich and immersive experience through the realistic computer-generated virtual world and the operation of the virtual world scene. What’s more, natural skills are used to interact with the virtual world, which makes people immersed into the graphics world created by the computer. As a basic application of VR in education, virtual campus makes the campus’s environment virtualized which plays an important role in the construction of the school. As an important part of the campus scene, the modeling quality of the terrain has a direct impact on the realism of the entire scene.
This article describes the development process of the virtual campus terrain, which is designed in WINDOWS 7 environment and based on the 3DSMAX2012. Firstly, this article describes parts function of the 3DSMAX2012, then analyzes the demand for the modeling of the campus terrain of the Hohai University ( Changzhou). Secondly, it describes the outline and detailed design of the construction of the campus terrain. Every part of the campus terrain is constructed according to the layout and the planning information of the campus. This project highlights some complex scenarios, such as sports hall and a small hill. Finally, according to the map of the campus, every model is integrated to form the completed model of the campus terrain which lays the foundation of the virtual roaming system of campus.
Keywords: Virtual reality, 3D terrain, Scene modeling, Campus
第一章 绪论
近年来，虚拟现实技术在信息技术领域得到了快速的发展，与此同时，对虚拟场景模型的建立要求也越来越高。因此，拥有强大建模功能的3DSMAX软件常被用于对虚拟场景进行建模，这不仅极大的提高了虚拟场景的真实感，同时也推动了虚拟现实技术的发展。
第一节 课题背景与意义
传统的信息系统大多以二维的数据结构为基础，只有平面信息能直接表现出来，并没有单独考虑高度，只是将高度作为属性信息关联在其中。为了更加逼真、有效的表现出现实世界，方便人类观察自然、欣赏景观，三维可视的信息系统以及虚拟漫游技术应运而生，并已成功运用到城市管理、环境保护、项目展示等众多领域。
虚拟校园，是虚拟现实技术在现阶段教育的基础应用，它实现了对校园环境的虚拟化，在学校的教学资源管理、环境规划和其他许多方面发挥了重要作用[1]。
虚拟校园漫游系统的研究对以后建设虚拟校园具有重要的意义。将学校的场景用虚拟仿真技术实现，可以让浏览者足不出户就可以浏览校园的风光，体验身临其境的感受，继而促进校园文化的宣传，提高学校的知名度。除此之外，它还可以作为校园规划的辅助工具，提高校园管理的现代化水平。在将其与学校有关信息结合之后，可以给学校师生提供一个可视化的、三维的、有声有色的信息介绍和查询环境。与此同时，它更可以促进远程教学的发展，为将来数字校园的建设提供了好的平台[2-3]。
第二节 虚拟校园的研究应用现状
虚拟场景漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，目前在旅游、军事、科学、建筑、航空航天、规划等领域有着广泛的应用。它具有形象、生动、融入、参与和交互等特点[4]，从而方便社会的各种人群的使用。 查看完整请+Q:351916072获取
目前国内外研究的虚拟场景漫游在实现方法上可分为两种，主要按照虚拟场
景的构造方法来区分。一种是传统的基于几何建模的虚拟漫游技术，另一种是新兴的基于实景图像的全景技术，下面分别进行介绍。
(1)基于建模的漫游技术
基于建模的虚拟漫游技术(简称建模法)以计算机图形学为基础，首先对真实场景进行抽象，用多边形构造虚拟景观(包括地形、建筑、树木等)的三维几何模型，并建立虚拟环境中的光照和材质模型，然后进行纹理映射及控制参数设定，最后通过软件控制观察者的位置、光照、消隐消息，在输出设备上实时渲染绘制视景画面，从而完成对整个场景的漫游。
建模法实现的漫游系统中虚拟景观大多具有精确对应的几何模型，得到的场景比较细腻、逼真，同时便于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互，以及对虚拟对象的深度信息进行直接获取；即使在规划设计阶段，只要有相关的建筑图纸，按照相应比例与尺寸，一样能够完成场景的构建与漫游，即能够实现虚物实化。建模法应用时间较长，技术路线比较成熟，国内外都研发了许多建模工具及控制集成软件，这些都使得建模法目前实际应用比较广泛。但是建模也存在不足：一是对复杂场景进行详细建模太过繁琐，工作量大，费时费力；二是当场景模型复杂时，实时显示的计算量较大，难以将实时交互与高质量图形环境结合起来，场景难以达到完全逼真：三是场景实时渲染绘制对计算机软硬件要求较高。随着视景建模、图形快速显示、实时交互等相关技术的发展及硬件性能的不断提高，建模法在虚拟建筑漫游领域还是很有用武之地的。
(2)基于实景图像的全景技术例
全景技术是一种基于图像绘制技术生成真实感图形的虚拟现实技术，是一种
基于图像处理的Panorama(全景摄影)技术，它是把相机环绕四周进行3600拍
摄的一组照片拼接成一个全景图像，用一个专用的播放软件在单机或Internet
上显示。一般来说，全景技术主要是通过图片或者是像片的缝合，实现对场景环
视和对物体的三维拖动显示。用户在这个虚拟实景空间中可以前进、后退、环视、
仰视、俯视、近看、远看等操作，从而实现全方位三维场景漫游的效果，具有强
烈的动感和影像透视效果。
虚拟实景空间的生成主要依赖于全景图象生成器和空间编辑器。前者负责把
多幅相互间有少量重叠区域的普通图象或连续的视频拼接为全景图象，把众多的
全景图象组织为虚拟实景空间的功能则是由空间编辑器实现，常用的处理方法有
图象透视变换、图象拼接、图象变形、图象合成与裁剪等。浏览器提供给最终用
户漫游虚拟实景空间时使用，它采用全景图象数据预调，视点空间缓冲预调、视
图变形、图象平滑过渡等一系列关键技术使得用户视点转移时场景能够平滑过
渡，从而保证了用户视觉的一致性，使用户产生在实景空间中行走的感觉。
全景技术发展十分迅速，目前主要包括以下几类：柱形全景、球形全景、立
方体全景、对象全景、球形视频等。
全景技术能生成反映真实场景的高质量的图象环境，由于不需复杂建模，漫
游效果及处理时间与场景内容的复杂度无关，不需要专业的图形加速设备，对硬
件的要求不及几何建模那么高，而且通过真实图象完全可以生成与照片一样极具
真实感的合成场景。这种基于实景的方法具有快速、简单、逼真的优点，能较好
地实现实物虚化，可以应用于旅游景点、虚拟场馆介绍以及远地空间再现等许多
校园内场景的虚拟漫游技术研究方面，是目前国际上的研究热点之一。但全景技术首先要求获得基于真实场景的实景图象(Real World Images)，因此当真实场景并不存在，或还只处于设计规划阶段时，在场景构造上它就无能为力了；而且，由于场景中的虚拟物体是图象中的二维对象，因而用户很难，甚至不能与这些二维对象进行交互；另外，获得实景图象需要高性能的照相与摄影装备，得到的大量图象文件也需要大量的存储空间，这些都使它的应用受到了一些限制。
另外，在用户界面和硬件系统方面也需要进行大量的工作进行改善。由于虚
拟世界本身的复杂性即计算实时性的要求，产生虚拟环境所需的计算量都极为巨
大，这对中心计算机的配置提出了极高的要求。
第三节 本文的主要研究内容和章节安排
本次设计针对虚拟漫游系统场景模型的地形部分进行建模。主要是对校园各个场景进行分块建模，最后将每个单块模型进行整合形成相应的地形模型。
本文的章节安排如下： 查看完整请+Q:351916072获取
(1)第二章针对本次设计使用的开发工具3DSMAX2012进行了相应的介绍。包括3DSMAX和Maya之间的比较，3DSMAX的部分建模功能，以及3DSMAX2012的新增功能。
(2)第三章基于对整个地形场景的分析，提出了校园地形建模的相关的设计方案。
(3)第四章主要是根据第三章提出的总的设计方案进行相应的落实操作。主要是对校园的每一块场景进行相应的建模操作，最后将分块建模的部分整合起来形成完整的地形模型。
(4)第五章是对本次设计的小结，包括对本次设计优缺点的阐述，以及对系统未来的一些展望。
(5)最后对在本次设计中起到帮助的人们给予了真诚的感谢。
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
第一节 课题背景与意义 1
第二节 虚拟校园的研究应用现状 1
第三节 本文的主要研究内容和章节安排 3
第二章 开发工具3DSMAX介绍 5
第一节3DSMAX和Maya的比较 5
第二节 3DMAX2012部分功能介绍 6
一、建模 6
二、设置材质贴图 7
第三节3DSMAX2012的新增功能的介绍 8
第三章 系统分析 11
第一节 关于校园地形的分析 11
第二节 设计方案 11
第四章 校园地形的详细设计与实现 13
第一节 常用对象的建模 13
第二节 单独地形模块的建模 18
一、文体馆部分的建模 18
二、关于文体馆旁小山丘的建模 25
三、关于球场的建模 29
第三节 场景合并 34
第五章 总结 35
第一节 设计小结 35
第二节 改进与对未来的展望 35
致谢 38
附录一 参考文献 37
附录二 论文翻译 40 查看完整请+Q:351916072获取
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