虚拟校园漫游系统的设计与实现

【摘 要】虚拟校园是基于虚拟现实技术、地理信息技术、计算机网络技术等高新技术，以三维可视化和虚拟现实场景再现校园景观，并可通过网络被远程用户访问，实现网上看校。本文以“西安欧亚学院”为研究对象，通过三维建模与贴图处理，利用三维虚拟现实技术，实现西安欧亚学院校园主体景区的三维虚拟场景游览。

【关键词】虚拟现实 虚拟校园 三维建模

随着虚拟现实技术和三维虚拟环境的发展，以及数字地球概念的提出，对虚拟校园的研究和构建已经成为虚拟现实技术应用的一个重要领域。本文主要研究虚拟校园环境中的对象建模及场景组织，建立一个桌面式虚拟校园漫游系统。

一、场景构建

虚拟校园地理位置分散，在运行系统中同时显示的困难较大，所以在本文中的虚拟校园场景通过主干道路划分为若干个小区块，主要建筑物与外部景观都分布在各个小区内。

对西安欧亚学院校区中建筑物建模的步骤：

（一）获得建模数据。建筑外观与几何形状等要求准确的数据主要来自建筑图纸，包括平面图、建筑效果图等。

（二）确定模型的层次结构。在建模时首先按照建筑物的结构进行层次分解，先按楼层分组，每层楼中再分门、窗等。

（三）可视建模。在3DSMAX的TOP视口中根据实际楼体大小利用标准基本同画出楼的墙体边线，即顶端俯视图的边界框，采用Extrude（拉伸）修改器，将边线拉伸到楼身高度，得到楼的模型。

（四）使用纹理映射。对于门、窗、阳台栏杆等每栋建筑物都具有且数量较大的细节部分，我们一般采用纹理映射的方法，在对应位置的多边形表面上贴上纹理图片，来替代详细的模型。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程度。

二、校园场景的组织及漫游功能实现

因为本课题在前期利用3DSMAX软件只是完成单个模型，要将校园中所有构建的模型有序的组织，合成一个大的三维场景，就需要用到上文提及的节点技术。

首先，场景背景和光源的设置，主要利用Background和DirectionalLight节点来完成。

其次，用3DSMAX构建的模型导入VrmlPad后，并不是所有对象都能直接使用，需要利用坐标系节点实现模型平移、旋转或扩缩坐标系。

第三、视点的设置，在虚拟场景中设置多个视点，在游览虚拟校园时用户可以通过切换视点快速到达相应的空间位置，该功能的实现主要依据Viewpoint节点来完成。

第四、子场景调用，内联节点的使用。这是本文实现虚拟校园漫游系统的重要技术，根据校园平面图，将创建好的校园建筑物和树木模型运用VRML中的InLine节点把各个建筑物或场景联系起来。

漫游实现时，将前期制作好的模型导出为.wrl格式，在VRML Pad中编写主控程序，编组和调入各个场景。主控程序设计完成后，通过浏览器播放校园漫游效果图如下：

三、小结

在综合以上研究工作的基础上，设计并实现了以“西安欧亚学院”为研究对象一个桌面式虚拟校园漫游系统，本系统主要完成了建筑外观造型及外部场景漫游，包括综合楼、实验楼和教学楼以及校区道路、花坛、草地、树木、路灯等。并对浏览效果进行了测试，使用者可以通过鼠标或键盘的操作在虚拟校园中自由“行走”，并能与对象产生一定的交互。漫游系统能够细腻、逼真地提供场景画面，能够体现校园特色、浏览清晰直观、操作简便。

参考文献：

[1]傅晟，彭群生.一个桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统的设计与实现[J].计算机学报.1998，（9）：26～28.

[2]赖承，刚.虚拟校园漫游.杭州电子工业学院学报，2003.8，第23卷

[3]段新昱，虚拟现实基础与VRML编程[M]。北京：高等教育出版社，2004.3

[4]刘诗儒.桌面虚拟校园漫游系统的研究与实现[C].太原：太原理工大学，2003.7～9.