基于VRML的3D虛擬景區(qū)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、作者簡(jiǎn)介:崔丹丹(1977-,女,碩士,講師,研究方向:網(wǎng)站開發(fā),圖形圖像。收稿日期:2012-05-04基于VRML 的3D 虛擬景區(qū)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)崔丹丹,李響(開封大學(xué)軟件學(xué)院,河南開封475004摘要:虛擬景區(qū)漫游是虛擬現(xiàn)實(shí)在旅游領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用,是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)景區(qū)場(chǎng)景的仿真再現(xiàn)、對(duì)景區(qū)進(jìn)行交互式的瀏覽,是旅游宣傳中的有效手段。本研究對(duì)虛擬景區(qū)系統(tǒng)的三維建模方法、渲染、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)與互動(dòng)的過程提出了見解,并實(shí)現(xiàn)了3D 虛擬清明上河園系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí);3ds max ;VRML ;景區(qū)漫游中圖分類號(hào):TP315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編碼:1672-6251

2、(201207-0027-02Design and Implementation of 3D Virtual Scene System Based on VRMLCUI Dandan,LI Xiang(The Software College of Kaifeng University,Henan Kaifeng 475004Abstract:Virtual scene roaming is an application of virtual reality in tourism area and simulates the scenic area and views the scenic a

3、rea based on the virtual reality technology and computer graphics technology.In this paper,the 3D modeling method,the rendering and the process of interaction realization were introduced and finally,the design of 3D virtual system of Qingming River Park was realized.Key words:virtual reality;3ds max

4、;VRML;scene roaming農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息AGRICULTURE NETWORK INFORMATION·研究與開發(fā)·2012年第7期1引言虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)稱VR ,綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù),模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能,使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中,并能夠通過語(yǔ)言、手勢(shì)等自然的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互,創(chuàng)建了一種多維信息空間,具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的三維建模方法、渲染、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)與互動(dòng)的過程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)3D 景區(qū)的虛擬漫游。2關(guān)鍵技術(shù)用VRML 建

5、立復(fù)雜三維模型是相當(dāng)繁難的,且毫無(wú)直觀性3D Studio MAX 因其強(qiáng)大的三維建模和動(dòng)畫制作功能恰好可以彌補(bǔ)VRML 這方面的不足。為了更好、更全面地支持VRML 2.0,3D Studio MAX 提供了VRML 2.0Helpers 以幫助建立VRML 對(duì)象,它包含了幾乎全部的VRML 特有造型,極大地方便了VRML 世界的建立。本研究所介紹的系統(tǒng)模型就是利用3DSMax 建模,并利用其中的VRML 輔助工具進(jìn)行交互性制作。3虛擬景區(qū)漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)建模過程中對(duì)于不同種類的實(shí)體采用不同的建模方式非常重要,恰當(dāng)?shù)倪x擇不僅可以達(dá)到逼真的效果,而且可使場(chǎng)景中的模型復(fù)雜度大大降低,提高幀

6、速率。數(shù)據(jù)庫(kù)的層次視圖結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性影響很大。一般來(lái)講,層次視圖的空間結(jié)構(gòu)比線性結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu)更有利于圖像生成器快速剔除不在視錐體內(nèi)的幾何體,空間層次結(jié)構(gòu)效率最高。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性,虛擬景區(qū)模型數(shù)據(jù)庫(kù)層次視圖采用空間結(jié)構(gòu)。虛擬景區(qū)系統(tǒng)場(chǎng)景模型建立的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。使用照明、材質(zhì)和動(dòng)畫的一般方法創(chuàng)建場(chǎng)景,特圖1虛擬景區(qū)系統(tǒng)場(chǎng)景模型結(jié)構(gòu)別注意創(chuàng)建并命名攝像機(jī),它們將在VRML瀏覽器中列出,而且是導(dǎo)航的重要手段。(1植物的制作。3DS Max的透明貼圖是VRML 不支持的,所以不能使用常規(guī)的方法制作植物。應(yīng)該先用圖形處理軟件,例如Photoshop,將樹木照片處理成無(wú)背景的GIF

7、格式,然后直接作為貼圖賦予一個(gè)平面。盡管看起來(lái)不很真實(shí),但與給植物建造模型細(xì)節(jié)所付出的代價(jià)相比要小得多。VRML場(chǎng)景的瀏覽是實(shí)時(shí)互動(dòng)的,所以僅使用一個(gè)面的樹木是不能滿足多角度觀察的。兩種方法可解決這個(gè)問題:一是用關(guān)聯(lián)復(fù)制將樹木平面復(fù)制一份,然后互相十字交叉,這樣不管在什么角度都能看到完整的樹,但這種情況僅適用于左右對(duì)稱的植物;第二個(gè)方法是使用攝像機(jī)對(duì)齊技術(shù),使樹木的正面始終面對(duì)攝像機(jī),但這種方法通過3DS Max不能直接實(shí)現(xiàn),必須手動(dòng)修改VRML代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2制作地形。地形可以使用3DS Max中的位移修改器制作。位移修改器通過對(duì)三維物體施加一個(gè)灰度圖,使三維物體對(duì)應(yīng)圖上亮的地方產(chǎn)生凸起,而

8、亮度的不同會(huì)導(dǎo)致凸起的程度不同。因此可以將設(shè)計(jì)的地形處理成一張灰度圖,再在3DS Max中作為位移修改器的貼圖施加到一個(gè)平面上,可以得到按照灰度圖生成的三維地形。VRML輔助對(duì)象的建立需要在Create面板中選取Helpers,然后從下拉式菜單中選擇VRML97選項(xiàng),通過該面板中的按鈕進(jìn)行對(duì)象的建立。在創(chuàng)建過程中,盡量保證把輔助對(duì)象圖標(biāo)放置在它們所影響的對(duì)象旁邊。建立好輔助對(duì)象后,必須將輔助對(duì)象鏈接到其在場(chǎng)景中所影響的對(duì)象上,并以wrl格式輸出文件,保存類型選擇VRML97。最后,需要用VRML瀏覽器檢查效果,因?yàn)閂RML97面板只提供了12個(gè)節(jié)點(diǎn),所以在導(dǎo)出時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換一些建模結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn),但仍

9、不能完全包含VRML97中的54個(gè)節(jié)點(diǎn)。這時(shí)可以先用3DS Max建模,再導(dǎo)出wrl文件,然后用記事本或?qū)懽职鍋?lái)修改該文件,之后用原名保存?？蓪⑽募陷d到Web網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,并測(cè)試在Web上的運(yùn)行效果,圖2為虛擬清明上河園系統(tǒng)的用戶界面。圖2虛擬清明上河園系統(tǒng)用戶界面4模型優(yōu)化初步完成模型的建立之后,通過瀏覽器測(cè)試,發(fā)現(xiàn)隨著將建筑物的場(chǎng)景平面圖放到相應(yīng)位置時(shí),瀏覽的速度就降了下來(lái),有時(shí)還會(huì)發(fā)生停頓現(xiàn)象。除了采用混合建模、運(yùn)用Inline節(jié)點(diǎn)將系統(tǒng)總體模型進(jìn)行整合來(lái)減輕瀏覽器的負(fù)擔(dān)之外,還必須對(duì)系統(tǒng)總體模型進(jìn)行性能優(yōu)化,優(yōu)化時(shí)應(yīng)當(dāng)從以下方面進(jìn)行:減少多邊形;盡量少使用拷貝,多使用實(shí)例化對(duì)物體進(jìn)行復(fù)制;可以使用紋理對(duì)模型進(jìn)行表示的就盡量使用紋理,可以使用小紋理就不要使用大紋理;充分利用VRML提供的高級(jí)造型技術(shù)對(duì)場(chǎng)景的構(gòu)建進(jìn)一步優(yōu)化。5結(jié)束語(yǔ)研究提出了一種基于VRML的