谈几何建模技术在虚拟校园漫游系统开发中的应用论文

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1、谈几何建模技术在虚拟校园漫游系统开发中的应用论文论文关键词：虚拟现实虚拟校园漫游几何建模场景优化人机交互技术论文摘要：虚拟漫游系统的开发是虚拟现实技术的一个重要应用。以华北电力大学保定二校区为虚拟仿真环境，使用3DMAX建模工具对校园中的各种模型进行建模，使用多种基于几何建模的场景优化措施，并基于GoogleEaCh卫星截图进行场景的精确布局设计。结合Virtools虚拟现实开发平台，设计了虚拟校园漫游系统的开发流程，并在微机平台上实现了一个场景复杂的校园实时漫游系统。该校园漫游系统不但为用户提供了友好的AX进行建模。(2)确定模型的层次结构，由于系统使用的建模工具不具备像Multigen建模

2、工具的树状层次结构来管理场景模型”，所以在模型建好后，通过导入到Virtools中进行层次设置。如先按主体分组，再在每个主体中分墙体、门、窗等。直到底层分解到基本图元结构。(3)去除冗余多边形。描述实体模型表面的数据经常存在冗余现象，这里的冗余多边形主要是指在实体外部观察模型时不可见的部分。例如，楼体的底面、内墙面及楼层之间的连接面等。由于场景浏览时它们处于不可见的位置，去除它们并不影响实体的视觉效果，而消除这些冗余多边形则可以在很大程度上降低场景的复杂度。这里只考了建模时模型的可见性裁剪，对校园进行实时漫游时需根据Virtools的SDK实现非基本图元层次的视见体裁减和遮挡剔除，这样可充分利

3、用GPU的性能实时绘制复杂校园的室外场景。(4)使用纹理映射。对于门、窗、栏杆等每栋建筑都具有且数量较大的细节部分，一般采取纹理映射的方法，在对应位置的多边形表面上“贴制”纹理图片，用来代替详细的模型。这样处理可以减少模型的多边形数目和复杂程度，提高图像绘制速度和显示速度。只要视点不过于靠近建筑物，纹理映射并不会降低场景的逼真度。(5)使用LOD技术对几何模型和场景进行简化。校园漫游系统中对LOD的定义是利用3DSMax和Virtools来完成的。使用3DSMax~作不同精度的模型，在Xrmools中设置调用范围。采用LOD模型后，可以实现只在漫游视点接近场景对象时，载入精细模型，其他情形下则

4、可以用低分辨率模型进行替换。此外，外部景观在漫游场景中也是不可缺少的重要部分，美观、适当的外部景观能极大的增强场景的真实感和逼真度。在本系统的虚拟校园巾，外部景观主要包括：草地、树木、花丛、路灯、凉亭、雕塑、花坛等。为了营造校园场景的真实氛围，在场景构建后期还增加了人群与汽车等实体。天空及远景模型的构建也是场景中的重要内容。具体做法是在校区地形的边缘构造一个四周闭合、由若干四边形面组成的“围墙”，通过在“围墙”面上映射相应的纹理，来实现该方向上远景的模拟。而对天空的模拟，如图4所示，采用加盖_个半球笼罩整个地形，在其内表面上映射相应的天气效果纹理来实现。这样，当视点在由地形、边界立面、项面组成

5、的内空间中移动时，加上适当的光照效果，可以使人感到远景、天空所产生的强烈的纵深感。为了加强动态效果，还可以采用纹理变换的方法来实现动态移动的天空云彩。场景实体模型的构建是按照场景层次结构的划分来进行的，各层次实体景观构建完后需要进行组合集成，最终形成虚拟场景的整体。本系统构建的虚拟校园的场景模型先按照小区域分别集成，然后将各小区域场景集成到地形模型上，可参照图2所示校园平面图进行位置的布局。2．3场景地形的分块调度管理本系统构建的校园场景较大，这里采用分块调度管理技术。先将整个地形分割成若干多边形数较少的小单元地形并存成不同的地形模型文件，再以外部引用的方式分别调用(包括地形上的地物)，重新构

6、成一个完成的地形模型。这样可以根据视点所看到的区域，动态地选择小单元地形模型进行调用，不需要调用整个地形模型，能有效地提高系统的吞吐量和场景绘制的实时性。3虚拟校园漫游功能的设计与实现如图5所示，本系统包括漫游模块、3D地图模块及卫星地图模式。其中三维漫游主要包括固定路径漫游、自由导航漫游、定点漫游、场景导入和编辑等主要功能。3D地图模式和卫星地图模式则提供用户以地图拖拉导航的方式形象直观地进行校园漫游。3．1虚拟漫游人机交互控制人机交互一直都是虚拟现实系统研究中的重要内容。漫游系统中的实时交互性主要表现在两个方面：一是用户对场景中的实体对象能进行某些操作，并且实体对象能：征即以某种形式的变化

7、反馈给用户，响应用户的操作；二是当用户的位置与视点改变时，漫游引擎要能够立即调度场景数据库实时生成新的视点画面，并显示给用户。人的行走是日常生活中最普遍的行为，而在漫游系统中它也是最主要的行为。用来控制虚拟环境中视点位置的改变就是漫游系统中的主要交互方式。对视点控制交互方式的设计，主要考虑到方便性问题，即如何提供给用户一种自然方便的观察环境的方式。视点控制要能够模拟行人在虚拟环境中观察场景，在必要