曾雪松　尚光龍

(信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000)

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基于Vega三維虛擬校園漫游系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

曾雪松尚光龍

(信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000)

摘要：數(shù)字化校園建設(shè)成為各所高校信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，三維虛擬校園開發(fā)和建設(shè)也成為各所高校的軟硬件綜合實(shí)力的表現(xiàn)?；诖耍芯炕赩ega插件和應(yīng)用類為平臺(tái)，載入3DSMAX構(gòu)建的三維校園模型為對(duì)象，通過API函數(shù)編程調(diào)用，實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園的漫游和交互功能，較好地實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園開發(fā)和應(yīng)用，為拓寬三維虛擬校園的開發(fā)方案提供技術(shù)參考和思維借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；3D建模；Vega；三維虛擬校園

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息技術(shù)、圖形圖像技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互融合發(fā)展起來的一種能夠有效模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互訪問控制技術(shù)[1]。以其沉浸性強(qiáng)、交互性好、構(gòu)想性高等優(yōu)點(diǎn)，在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。特別是近幾年來，高校文化內(nèi)涵建設(shè)和高校校園硬件不斷更新和完善，數(shù)字化校園建設(shè)成為各所高校信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，三維虛擬校園開發(fā)和建設(shè)也成為各所高校的軟硬件綜合實(shí)力的表現(xiàn)[2]。三維虛擬校園就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的一個(gè)典型應(yīng)用，其發(fā)展速度很快，我國各所重點(diǎn)大學(xué)都相續(xù)開發(fā)出技術(shù)種類各不相同的三維虛擬校園。本文主要以實(shí)例的形式研究在Vega平臺(tái)中開發(fā)三維虛擬校園的關(guān)鍵技術(shù)和解決方法，為拓寬三維虛擬校園的開發(fā)方案提供技術(shù)參考和思維借鑒。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)三維虛擬校園實(shí)際功能需要，將本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成三個(gè)功能模塊，分別為視圖操作模塊、查詢定位模塊、三維漫游模塊。視圖操作模塊主要是對(duì)校園三維模型進(jìn)行全景觀看、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等不同方式的瀏覽功能。查詢定位模塊主要是給訪問虛擬校園的用戶提供各種有效信息查詢以及對(duì)校園感興趣場(chǎng)景定位和顯示功能。三維漫游模塊主要是為訪問者提供可以通過鍵盤的方向鍵上下左右進(jìn)行校園漫游或使用鼠標(biāo)引導(dǎo)式滑動(dòng)進(jìn)行校園漫游。

2數(shù)據(jù)收集與軟件選擇

針對(duì)三維虛擬校園建模需要，必須準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)有5類[3]，分別是：(1)提供地表基礎(chǔ)高程模型的地形圖。(2)提供真實(shí)地物參照模型的遙感影像圖。(3)為地物模型提供地理坐標(biāo)與高程的地物空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。(4)構(gòu)建三維模型的工程設(shè)計(jì)平面校區(qū)CAD底圖。(5)為三維模型提供逼真的紋理的數(shù)碼相機(jī)實(shí)地拍攝的景觀圖像。這些數(shù)據(jù)的收集與處理遵循一個(gè)原則：分類存放，實(shí)體命名，求真務(wù)實(shí)，簡(jiǎn)潔高效。

通過相關(guān)資料查閱，本系統(tǒng)建模軟件采用簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大、能夠制作建筑效果圖和動(dòng)畫制作的專業(yè)工具軟件3DSMAX。該軟件在三維建筑物建模中表現(xiàn)高效細(xì)膩，能夠生成各個(gè)角度的透視效果。另外，三維視景仿真平臺(tái)使用Vega工具集。因?yàn)樵摴ぞ呒軌驅(qū)崿F(xiàn)虛擬場(chǎng)景的控制、管理和驅(qū)動(dòng)，并很容易實(shí)現(xiàn)視覺和聲音特效，支持多種格式數(shù)據(jù)載入和綜合顯示。本系統(tǒng)采用Vega的插件LynX工具，因其能夠提供一個(gè)界面友好、使用方便的點(diǎn)擊式應(yīng)用程序和動(dòng)態(tài)預(yù)覽而廣泛使用。通過LynX圖形界面能夠快捷方便地預(yù)覽和設(shè)定Vega應(yīng)用程序，減少源代碼的開發(fā)，提高軟件開發(fā)效率。

3模型創(chuàng)建與優(yōu)化

在很大程度上，三維虛擬校園的建模好壞決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能優(yōu)劣。本文采用3DSMAX的多種建模方法建模，以信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)南大門為模型實(shí)例，模型效果圖如圖1所示。在建模過程中使用3DSMAX的多種建模方法建模。為了提高模型的加載速度和系統(tǒng)的運(yùn)行效率，需要注意三點(diǎn)：(1)規(guī)則物體建模，盡量要減少模的面數(shù)，在不影響模型真實(shí)性和可塑性的基礎(chǔ)上，如門窗可以忽略，用貼紋理實(shí)現(xiàn)。(2)不規(guī)則物體建模，盡量采用十字交叉垂直透明紋理照片映射技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如校園的樹木花草等，節(jié)省真實(shí)模型的設(shè)計(jì)時(shí)間和占用磁盤空間大小。(3)紋理像素壓縮要以不影響貼圖的清晰程度為宜，使用二維紋理照片，紋理像素大小應(yīng)處理成2的N次冪形式保存。通過上述注意事項(xiàng)的提前處理，可以起到很好的優(yōu)化模型功能，同時(shí)能做到保證模型不失真。

4三維虛擬校園漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

Vega由應(yīng)用程序接口API、圖形環(huán)境LynX和聲音庫等組件組成，開發(fā)場(chǎng)景仿真具有很好的兼容性，能夠運(yùn)行在Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)上，支持多種數(shù)據(jù)庫加載，支持多進(jìn)程應(yīng)用的開發(fā)和多種不同數(shù)據(jù)庫的交互使用[4]。本文使用LynX的路徑工具和導(dǎo)航器，人為設(shè)定好漫游路徑和漫游速度，通過Vega的API函數(shù)調(diào)用來控制漫游場(chǎng)景的切換從而實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園的漫游。

三維虛擬校園漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)詳細(xì)過程如下：第一步，模型對(duì)像轉(zhuǎn)換。三維模型數(shù)據(jù)集在導(dǎo)入Vega平臺(tái)時(shí)，都要把相關(guān)數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ蛯?duì)象。Vega可以處理任意數(shù)量的幾何體和紋理模型對(duì)象，并能對(duì)圖形進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的在視景仿真中渲染出來。第二步，模型加載完成后，緊接著設(shè)置漫游觀察者。漫游觀察是實(shí)時(shí)虛擬場(chǎng)景中重要的功能之一，使用第一人稱的角色，通過調(diào)整人物在視圖中的姿態(tài)和位置，仿真用戶漫步效果。第三步，注意人物穿墻，設(shè)置碰撞檢測(cè)功能。將Isector實(shí)例[5]與場(chǎng)景中的角色人物對(duì)象——觀察者綁定，綁定后Isector實(shí)例就可以隨著角色人物對(duì)象在場(chǎng)景中實(shí)時(shí)相交測(cè)試計(jì)算，通過編寫Vega應(yīng)用程序響應(yīng)代碼，實(shí)時(shí)地根據(jù)相交測(cè)試數(shù)據(jù)做出響應(yīng)并在場(chǎng)景中完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)各種交互功能。第四步，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景模型查詢與定位。對(duì)于虛擬校園典型建筑物做能夠方便查詢與定位的數(shù)據(jù)鏈接，Vega支持鼠標(biāo)左鍵拖拽改變模型的方向顯示模型方式，當(dāng)用戶點(diǎn)擊對(duì)像按鈕，就會(huì)放大窗口顯示模型。第五步，校園視景特效添加。為了真實(shí)地展示校園不同的天氣環(huán)境，通過Vega提供的環(huán)境類特效粒子系統(tǒng)或API函數(shù)調(diào)用實(shí)現(xiàn)虛擬校園的天空仿真。以信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例，實(shí)現(xiàn)羊山新校區(qū)三維虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)漫游，總體效果如圖2所示。

5結(jié)語

三維虛擬校園的開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，目前開發(fā)三維虛擬校園的方法和技術(shù)很多。本文研究了基于Vega插件和應(yīng)用類的平臺(tái)，載入3DSMAX構(gòu)建的三維校園模型為對(duì)象，通過API函數(shù)編程調(diào)用，實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園的漫游和交互功能，較好地實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園的開發(fā)和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

[1]尹軼華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和GIS技術(shù)在虛擬校園中的應(yīng)用[D].重慶：重慶師范大學(xué),2005:3—8.

[2]范國渠.高校數(shù)字化校園整體構(gòu)建策略與實(shí)施[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué),2009:1—8.

[3]宋欣.基于Vega的虛擬仿真校園的研究與應(yīng)用[J].甘肅科技,2012，(2):21—23.

[4]張繼偉.基于Multigen Vega虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用[D].青島：中國海洋大學(xué),2006:14—21.

[5]程小寧.虛擬校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南昌：南昌航空大學(xué),2013:20—21.

責(zé)任編輯：柴造坡

中圖分類號(hào)：TP399

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-6341(2016)02-0028-02

作者簡(jiǎn)介：第一曾雪松(1980—)，男，河南光山人，講師。研究方向：三維虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

收稿日期：2016-01-24

doi:10.3969/j.issn.1674-6341.2016.02.012