虚拟漫游中轮船模型设计与实现designandrealizationofshipmodelinvirtualroamin
摘 要摘 要虚拟现实技术随着网络技术和计算机三维技术的快速发展，已经得到广泛应用。虚拟漫游是虚拟现实技术在建筑设计、室内建筑装潢、房地产开发领域以及教学领域的创新应用。它的沉浸式、交互式与实时性的综合效果大大超越了传统的平弱效果图与动画播放。由于虚拟漫游技术的不断革新，三维建模成为越来越重要的需求，它为虚拟漫游提供了不可或缺的场景条件，三维模型的逼真程度直接影响到了虚拟漫游环境的真实感。为保证模型质量以及系统稳定性，必须采用恰当的建模方法，使得建立的模型不仅质量高，而且场景的复杂度低。本文的选题主要是以船舶为背景，建立船舶的三维模型，利用3DMAX建模技术实现虚拟空间的设计及建造。本文根据要求做了如下几项工作对虚拟漫游技术的特点以及现状做了一定的研究，了解其对于三维建模的模型要求以及规范，作为一定的操作约束。通过对CAD草图的研究及分析，确定三维建模的顺序以及整合方法。对三维建模技术做了系统的学习，利用 3DS MAX 软件提供的不同模型的构造方法和重复物体实例技术，构建系统的三维模型。关键词虚拟漫游；3D建模；船舶；3DSMax
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 虚拟漫游技术概述 1
1.2.1 虚拟漫游的概念与意义 1
1.2.2 虚拟漫游的分类与技术特征 2
1.2.3 虚拟漫游的发展与趋势 4
1.3 三维建模在虚拟漫游中的重要性 5
第二章 开发环境及相关技术介绍 7
2.1 建模工具简介 7
2.2 建模技术 7
2.3 系统设置 9
第三章 总体设计 10
3.1 总体设计思想 10
3.2 总体布局 10
3.3 工作流程 11
3.4 总体说明 12
第四章 详细设计 13
4.1 草图的处理 13
4.1.1 AutoCAD介绍 13
4.1.2 草图的分析 13
4.1.3 草图的前期处理和导入 19
4.2 模型创建 21
4.3 模型整合与优化 33
4.4 材质与贴图 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
4
4.5 灯光与摄影机设置 37
4.6 渲染 40
4.6.1 VRay渲染器设置 40
4.6.2 基本设置 40
4.6.3 渲染成果 42
结 论 43
致 谢 44
参 考 文 献 45
第一章 绪论
1.1 引言
虚拟漫游技术是一门融合了多门前沿科学的人机交互技术，其中包含了图形学中的数字图像处理、计算机图形技术，还包括了计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示科学、网络以及多媒体等技术，能够模拟出真实的实验环境。利用虚拟漫游技术模拟的逼真环境既可以满足教育上的认知需求，又能进行各种演练活动，达到成本低廉的真实场景的再现[1]。
总的来说，虚拟漫游是处理复杂数据的一种创新途径，用户可以做到对看不见的数据进行可视化交互。虚拟漫游能够给人们更加真实的情景再现。不管是在微观领域还是宏观领域，都为人们的探索带来了极大的方便。而对于那些不便于观察事物变化规律的局限研究中也可以通过虚拟漫游来进行模拟与操作，从而得出结论。如今，虚拟漫游技术已经被广泛应用在许多个领域里，比如模拟医疗器具与医学器官、模拟各种活动场景、建筑业用于产品开发前的模拟、三维动画、模拟三维校园、社区、城市等等[2]。
1.2 虚拟漫游技术概述
1.2.1 虚拟漫游的概念与意义
虚拟现实(Virtual reality) 技术, 简称 VR ,首先提出这个概念的是美国 VPL 公司创始人拉尼尔(Jaron Lanier)。有些人也把VR称为灵境技术或者人工环境。它综合了许多不同领域的技术，包括图形学与计算机科学, 是近年来十分热门的研究领域[3]。虚拟漫游，是VR技术的重要组成部分，在军事领域、建筑行业、旅游业、游戏、教育、文化传播、医药卫生等多种行业发展迅速。因为其具有难得的三种特性——沉浸感、交互性和构想性，所以在体验上就大大超越了那些场景转换领域老旧的技术[4]。在虚拟漫游研究领域内，虚拟建筑场景漫游成为极具代表性的一个研究方向，它是虚拟空间创建技术和虚拟漫游技术的统一。前者是基础与存在前提，后者是系统运行步骤。虚拟漫游中用户可以实现对仿真模型的交互操作，这些模型是由计算机精确而规范的创建出来的。同时，计算机在用户行为之后后台又能产生和现实世界中相同的反馈信息，使用户获取到和现实世界中相同的体验[5]。
虚拟漫游技术的理念是通过虚拟产生一种如同“身临其境”的能够交互的三维空间环境，而且通过操作者进入这种环境，观察和参与该场景中物体的走向与相互作用。因此，将虚拟漫游技术应用于仿真研究领域，不仅可以使得该领域内的电脑仿真方法得到改进与进步，而且可以增加设计与试验的逼真性、实效性和经济性。
1.2.2 虚拟漫游的分类与技术特征
虚拟漫游系统中根据不同的展现与交互形式，可以分为以下几类：
1.沉浸式系统
沉浸式漫游系统将使用者完全放置在虚拟场景中，用户会有一种自己就存在于虚拟世界中的体验[6]。其特点是：利用穿戴设备把使用者的视觉与听觉与外界的环境相隔开来，只提供虚拟世界中的视觉与听觉；同样，在触觉方面也是通过设备，例如数据手套，把用户的感觉隔离开，产生虚拟环境中触觉。
2.桌面式系统
桌面漫游系统通过个人电脑或PC工作站来进行仿真模拟，将显示器的屏幕作为用户第一人称视角来观察世界，用户坐在显示器前，通过显示屏幕来浏览全方位的虚拟世界。用到的可穿戴设备主要是立体眼镜以及其他交互设备[7]。主要的运用领域还是在游戏方面。
3.增强式虚拟漫游系统
增强式漫游系统可以简化称为增强现实，在这种系统中既能让使用者感知到外在世界，同时也可以看到叠加在外在世界上的虚拟物体，增强现实是把真实场景和虚拟场景结合起来的一种复杂研究，既能够降低组成复杂环境的花费，也能够实现对真实物体进行操作，真正达到了亦真亦幻的境界[8]。在增强现实中，虚拟物体携带的信息通常是使用者没办法通过其自身感官直接了解到的深层次的，使用者可以通过虚拟物体所携带的数据来加强对真实世界的了解。
4.分布式虚拟漫游系统
分布式漫游系统的形成的背景是信息网络化的全面发展，它融合了虚拟漫游技术与网络技术，它的原理是将处于不同实际世界位置的多个用户或多个场景，使用网络环境组合成能够共同处理数据的系统。分布式漫游系统的目的是扩大地理位置范围，缩小其距离感，使每个使用者在一个更大虚拟环境中，进行更多的通过网络的交互，来达到协同工作的目的[9]。
分布式虚拟漫游系统的特点：
① 各用户具有共享的虚拟工作空间。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 虚拟漫游技术概述 1
1.2.1 虚拟漫游的概念与意义 1
1.2.2 虚拟漫游的分类与技术特征 2
1.2.3 虚拟漫游的发展与趋势 4
1.3 三维建模在虚拟漫游中的重要性 5
第二章 开发环境及相关技术介绍 7
2.1 建模工具简介 7
2.2 建模技术 7
2.3 系统设置 9
第三章 总体设计 10
3.1 总体设计思想 10
3.2 总体布局 10
3.3 工作流程 11
3.4 总体说明 12
第四章 详细设计 13
4.1 草图的处理 13
4.1.1 AutoCAD介绍 13
4.1.2 草图的分析 13
4.1.3 草图的前期处理和导入 19
4.2 模型创建 21
4.3 模型整合与优化 33
4.4 材质与贴图 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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4.5 灯光与摄影机设置 37
4.6 渲染 40
4.6.1 VRay渲染器设置 40
4.6.2 基本设置 40
4.6.3 渲染成果 42
结 论 43
致 谢 44
参 考 文 献 45
第一章 绪论
1.1 引言
虚拟漫游技术是一门融合了多门前沿科学的人机交互技术，其中包含了图形学中的数字图像处理、计算机图形技术，还包括了计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示科学、网络以及多媒体等技术，能够模拟出真实的实验环境。利用虚拟漫游技术模拟的逼真环境既可以满足教育上的认知需求，又能进行各种演练活动，达到成本低廉的真实场景的再现[1]。
总的来说，虚拟漫游是处理复杂数据的一种创新途径，用户可以做到对看不见的数据进行可视化交互。虚拟漫游能够给人们更加真实的情景再现。不管是在微观领域还是宏观领域，都为人们的探索带来了极大的方便。而对于那些不便于观察事物变化规律的局限研究中也可以通过虚拟漫游来进行模拟与操作，从而得出结论。如今，虚拟漫游技术已经被广泛应用在许多个领域里，比如模拟医疗器具与医学器官、模拟各种活动场景、建筑业用于产品开发前的模拟、三维动画、模拟三维校园、社区、城市等等[2]。
1.2 虚拟漫游技术概述
1.2.1 虚拟漫游的概念与意义
虚拟现实(Virtual reality) 技术, 简称 VR ,首先提出这个概念的是美国 VPL 公司创始人拉尼尔(Jaron Lanier)。有些人也把VR称为灵境技术或者人工环境。它综合了许多不同领域的技术，包括图形学与计算机科学, 是近年来十分热门的研究领域[3]。虚拟漫游，是VR技术的重要组成部分，在军事领域、建筑行业、旅游业、游戏、教育、文化传播、医药卫生等多种行业发展迅速。因为其具有难得的三种特性——沉浸感、交互性和构想性，所以在体验上就大大超越了那些场景转换领域老旧的技术[4]。在虚拟漫游研究领域内，虚拟建筑场景漫游成为极具代表性的一个研究方向，它是虚拟空间创建技术和虚拟漫游技术的统一。前者是基础与存在前提，后者是系统运行步骤。虚拟漫游中用户可以实现对仿真模型的交互操作，这些模型是由计算机精确而规范的创建出来的。同时，计算机在用户行为之后后台又能产生和现实世界中相同的反馈信息，使用户获取到和现实世界中相同的体验[5]。
虚拟漫游技术的理念是通过虚拟产生一种如同“身临其境”的能够交互的三维空间环境，而且通过操作者进入这种环境，观察和参与该场景中物体的走向与相互作用。因此，将虚拟漫游技术应用于仿真研究领域，不仅可以使得该领域内的电脑仿真方法得到改进与进步，而且可以增加设计与试验的逼真性、实效性和经济性。
1.2.2 虚拟漫游的分类与技术特征
虚拟漫游系统中根据不同的展现与交互形式，可以分为以下几类：
1.沉浸式系统
沉浸式漫游系统将使用者完全放置在虚拟场景中，用户会有一种自己就存在于虚拟世界中的体验[6]。其特点是：利用穿戴设备把使用者的视觉与听觉与外界的环境相隔开来，只提供虚拟世界中的视觉与听觉；同样，在触觉方面也是通过设备，例如数据手套，把用户的感觉隔离开，产生虚拟环境中触觉。
2.桌面式系统
桌面漫游系统通过个人电脑或PC工作站来进行仿真模拟，将显示器的屏幕作为用户第一人称视角来观察世界，用户坐在显示器前，通过显示屏幕来浏览全方位的虚拟世界。用到的可穿戴设备主要是立体眼镜以及其他交互设备[7]。主要的运用领域还是在游戏方面。
3.增强式虚拟漫游系统
增强式漫游系统可以简化称为增强现实，在这种系统中既能让使用者感知到外在世界，同时也可以看到叠加在外在世界上的虚拟物体，增强现实是把真实场景和虚拟场景结合起来的一种复杂研究，既能够降低组成复杂环境的花费，也能够实现对真实物体进行操作，真正达到了亦真亦幻的境界[8]。在增强现实中，虚拟物体携带的信息通常是使用者没办法通过其自身感官直接了解到的深层次的，使用者可以通过虚拟物体所携带的数据来加强对真实世界的了解。
4.分布式虚拟漫游系统
分布式漫游系统的形成的背景是信息网络化的全面发展，它融合了虚拟漫游技术与网络技术，它的原理是将处于不同实际世界位置的多个用户或多个场景，使用网络环境组合成能够共同处理数据的系统。分布式漫游系统的目的是扩大地理位置范围，缩小其距离感，使每个使用者在一个更大虚拟环境中，进行更多的通过网络的交互，来达到协同工作的目的[9]。
分布式虚拟漫游系统的特点：
① 各用户具有共享的虚拟工作空间。
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