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1、浅谈数字化虚拟校园摘要:本文应用三维可视化技术和虚拟现实等技术,设计了兰州石化职业技术学院的虚拟校园漫游系统。用直观的三维地形地物代替了传统的抽象的二维地图符号,使校园地理空间信息可以在电脑中立体化显示。通过数字化虚拟校园真实地反映校园面貌,使用户具有身临其境的感觉。 关键词:数字化虚拟校园三维建模纹理映射 :TP33:A:1007-9416(2011)01-0086-01 从二维地图、沙盘、动画到虚拟现实视景仿真是一个合乎人们认识深化和技术发展趋势的必然结果。 虚拟现实是一项涉及计算机图形学、人机交互、人工智能等学科的综合技术
2、,其目的是用计算机生成一个逼真的三维感觉世界,通过视、听、触觉等作用于用户,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。 以兰州石化职业技术学院为对象,借助3D建模软件和三维驱动软件,使得设计开发桌面型虚拟校园漫游系统成为可能,这种技术的应用大大提升了大学校园的对外宣传和文化交流水平,能给许多不能亲临校园参观的人一种高度逼真的视觉体验,因而具有较高的实际价值。先对整个学院进行观察和初步测量,得到各个建筑物的位置尺寸等信息,同时用数码相机拍取相关的待用图片,根据获得的数据,在3D建模软件中进行模型的建立,为了使建筑物的效果更为逼真,须根据采集的图
3、片资料进行处理分析,借助CAD和Photoshop等图像处理软件进行制作,然后赋予每个建筑物不同的材质贴图,对天空的模拟采用加盖一个四边形或棱台作为“屋顶”,在表面映射各种天气的纹理,为了让校园虚拟漫游给人一种身临其境的感觉,特别为天空环境添加了一种随时间改变的灯光,它将随着机器的时间(即用户进入该系统的时间)改变天空的明亮程度,而对于树木、花草、路灯等不规则物体采用的是纹理映射技术进行模拟实现的,这样即提高了校园虚拟场景的逼真度,也保障了运行速度的平衡。 谈到纹理映射,必须要解释几项有关它的关键技术。 *透明纹理映射技术:透明纹理是通
4、过纹理技术和混合技术共同实现的。所谓融合技术指通过指定源和目的地颜色值相结合的融合函数,最后的效果使部分场景表现为半透明。 *各向同性:透明单面的显示机制有两种类型:如路引的侧面、标语牌等,本身的厚度可以近似为零,即视点从它们的侧面看,只是一个单面;而树木、花草等物体则不同,本身的厚度不可忽略,视点从任何角度的侧面看,都应类似一个椎体或柱体的形状。 在兰州石化职业技术学院的虚拟校园漫游系统中,对于具有不规则边界的树木、花草等物体的纹理映射,采用两个相互垂直的平面,分别映射相同的纹理,因其角度间隔为90度,所以在不同角度总可以看到相同的树
5、木图像。但如果视点距离树木很近时,则会看出破绽;而对于邮筒、路灯等较规则物体进行模拟时,此方法也是行不通的。针对这两种情况,我们并没有采用两个或多个相互成夹角的平面,分别映射相同的纹理,而是只采用一个平面来映射纹理,所不同的是在显示时赋予该平面“各向同性”的特性,即随时根据视线的方向设定该平面的旋转角度,使其法向量始终指向视点,这种方法正好弥补了前一种方法的不足,适合具有较规则边界的物体纹理映射。 *纹理捆绑:即在缺省的纹理上创建和操纵被赋予名字的纹理目标,多用于烟雾、爆炸、焰火等场景的模拟实现。纹理目标的名字是无符号整数。每个纹理目标都
6、可以对应一幅纹理图像,也就是说可以将多幅纹理图像绑定到当前的纹理上,通过名字使用某幅纹理图像。 *不透明单面中的纹理映射:这种典型的纹路映射方式可以大大提高模型的逼真度,一方面赋予模型丰富的色彩、贴图特性;另一方面通过纹理的图像模拟出丰富的细节,简化模型的复杂程度。 在兰州石化职业技术学院的虚拟校园漫游系统中,天空和远景的模拟是最为典型的不透明单面纹理映射的应用。在环境仿真中,往往要求天空的显示出晴、阴、多云、多雾,还有清晨、黄昏等效果;而视线尽头的远景由于与视点距离很远,没有细节的要求,往往只强调其表现效果,所以对此类物体,我们采用的
7、方法是在地的边缘构造一周闭合的、由若干多边形组成的“围墙”,而在相应四边形上映射相应的纹理,实现该方向上远景的模拟。同样,对天空的模拟,采用再加盖一个四边形或棱台作为“屋顶”,在表面上映射相应天气效果的纹理。这样,当视点在这个由地、边界立面、顶面组成的盒子内移动时,加上适当的光照效果,我们就可以感到强烈的远景、天空所产生的纵深感。为了增强动态感,还可以采用纹理变换的方法实现动态移动的天空云彩。当视点距离建筑物有一定距离时,建筑物的表面可以看成是具有门窗、涂层、框架结构的复杂图案表面,对于建筑物的细节可以暂时忽略,这时也可以通过纹理映射的方法
8、来模拟,从而降低了采用三维模型对建筑物的大量细节表示所带来的模型复杂度。 *纹理拼接:在视景仿真系统中,纹理的使用可以大大简化复杂模型的见建模工作,但如果大量纹理的使用或者高分
