摘 要:本文以上海工程技術(shù)大學(xué)數(shù)字校園項(xiàng)目為案例,通過(guò)對(duì)虛擬環(huán)境下場(chǎng)景制作技法的研究,詳細(xì)說(shuō)明了虛擬校園場(chǎng)景的構(gòu)造過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬漫游。
關(guān)鍵詞:數(shù)字校園 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
中圖分類號(hào):TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2013)01(a)-0033-01
隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展,利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜場(chǎng)景的虛擬漫游已成為可能。數(shù)字校園是基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等高新技術(shù),將校園地理空間信息和其屬性信息相結(jié)合,構(gòu)建一個(gè)逼真、具有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)的虛擬校園景觀,用戶可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)這個(gè)全新的校園景觀,通過(guò)終端計(jì)算機(jī)在虛擬校園中漫游,而且可以進(jìn)行查詢、分析、評(píng)價(jià)等操作,使用戶足不出戶也可以有身臨其境的感覺(jué)。
1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念和特性
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality,簡(jiǎn)稱VR)是一種由計(jì)算機(jī)全部或部分生成多種感覺(jué)環(huán)境,給參與者提供各種感官信息,使之產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué),以便更好地體驗(yàn)、接受和認(rèn)識(shí)客觀事物的技術(shù),它可分為沉浸式和非沉浸式兩種。
2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的場(chǎng)景建模的研究
采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)“虛擬場(chǎng)景” 中,三維場(chǎng)景建模是一項(xiàng)很重要的工作,場(chǎng)景建模實(shí)際上就是對(duì)實(shí)體對(duì)象按“虛擬場(chǎng)景”的呈現(xiàn)、可視化、漫游等要求,對(duì)其對(duì)等實(shí)體大量相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、組織和存儲(chǔ)供其使用的過(guò)程。主要通過(guò)場(chǎng)景總平面圖、 地形圖、樓建筑圖紙及功能區(qū)域的航拍圖、衛(wèi)星遙感圖來(lái)獲得數(shù)字化地圖數(shù)據(jù)。場(chǎng)景總平面圖通常以AutoCAD格式存儲(chǔ),在處理中盡量簡(jiǎn)化多余的層面只保留對(duì)建模有用的層、面、體處理過(guò)的數(shù)據(jù);紋理對(duì)于增加虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感有至關(guān)重要的作用, 紋理數(shù)據(jù)是指來(lái)自實(shí)地拍攝的數(shù)碼照片和用于地表物體的紋理及簡(jiǎn)單映射幾何模型的紋理數(shù)據(jù)庫(kù)等。
基于實(shí)景的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的生成過(guò)程具體包括實(shí)景獲取,用第三方軟件建模,場(chǎng)景材質(zhì)設(shè)置和真實(shí)感貼圖,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)初始化,模型對(duì)象化導(dǎo)入與實(shí)時(shí)呈現(xiàn)等5個(gè)方面。
首先要對(duì)室外實(shí)景進(jìn)行建模,對(duì)于室外模型,要反映現(xiàn)實(shí)中的上海工程技術(shù)大學(xué),所以對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。首先精確地采集了上海工程技術(shù)大學(xué)的建筑數(shù)據(jù),從學(xué)校相關(guān)部門找其相關(guān)的平面結(jié)構(gòu)圖。然后對(duì)實(shí)景進(jìn)行數(shù)碼拍照,拍照要從不同的角度,力求反映物體的各個(gè)細(xì)節(jié)。
為了提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率,可以采用多層次細(xì)節(jié)模型(Level Of Detail LOD) 機(jī)制。通過(guò)采用這種機(jī)制,為每個(gè)物體手工建立繁、簡(jiǎn)不同的模型,在遠(yuǎn)距離觀察時(shí)就用相對(duì)簡(jiǎn)單的模型,而當(dāng)近距離觀察時(shí)則使用相對(duì)復(fù)雜的模型,這樣做可以有效地達(dá)到系統(tǒng)的逼真性和速度之間的均衡。
3 虛擬現(xiàn)實(shí)建模中的圖像貼圖
程序貼圖雖然具有能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)生成人工化的痕跡的缺點(diǎn),但同時(shí)這類貼圖卻又具有占用內(nèi)存較少的優(yōu)點(diǎn),因而它在Maya的內(nèi)部被大量使用,并通過(guò)一種數(shù)學(xué)機(jī)制進(jìn)行運(yùn)算。程序貼圖可分二維程序紋理和三維程序紋理兩大類,但使用二維程序紋理,就必須要?jiǎng)?chuàng)建UV坐標(biāo),或者也可進(jìn)行投影貼圖,而使用三維程序紋理的話,則因?yàn)橘N圖過(guò)程是根據(jù)貼圖在三維空間的位置自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的,所以不需要?jiǎng)?chuàng)建UV坐標(biāo)。
圖像貼圖分為顏色貼圖和凹凸貼圖,具有外觀逼真,但占用內(nèi)存較多的特點(diǎn),特別是當(dāng)涉及圖片數(shù)量過(guò)多時(shí),整個(gè)過(guò)程則變得極為繁瑣、麻煩,而且特別容易出錯(cuò),在筆者做的校園中,就涉及到數(shù)量相當(dāng)多的路燈、數(shù)木、草坪等等。
4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
虛擬環(huán)境的建立是VR技術(shù)的核心內(nèi)容,動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)的目的是獲取實(shí)際環(huán)境的三維數(shù)據(jù),并根據(jù)需要建立相應(yīng)的虛擬環(huán)境模型。
三維圖形的生成技術(shù)已比較成熟,而關(guān)鍵是如何“實(shí)時(shí)生成”,在不降低圖形的質(zhì)量和復(fù)雜程度的前提下,如何提高刷新頻率將是今后重要的研究?jī)?nèi)容。此外,VR還依賴于立體顯示和傳感器技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)有的虛擬設(shè)備還不能滿足系統(tǒng)的需要,有必要開發(fā)新的三維圖形生成和顯示技術(shù)。
虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)人能夠自由地與虛擬世界中的對(duì)象進(jìn)行交互,猶如身臨其境,結(jié)合各種感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行全新感官的體驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)是虛擬現(xiàn)實(shí)未來(lái)研究的重要方向。
5 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)虛擬環(huán)境下場(chǎng)景制作技法的研究,詳細(xì)說(shuō)明了虛擬場(chǎng)景的構(gòu)造過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬漫游。
通過(guò)上海工程技術(shù)大學(xué)實(shí)景制作來(lái)闡述虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的生成過(guò)程及其相關(guān)注意事項(xiàng),例如通過(guò)合理建模減小復(fù)雜度,通過(guò)真實(shí)感貼圖來(lái)增強(qiáng)逼真度,通過(guò)模型導(dǎo)入的對(duì)象化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬物體的控制,最終在逼真性、實(shí)時(shí)性和可控性方面都達(dá)到了較好的效果。
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