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三维虚拟校园系统的构建与实现 　　摘要：结合我校国家级大学生创新创业训练项目——厦门大学嘉庚学院三维虚拟校园，以VRPlatform软件（VRP，深圳中视典公司）为平台，研究了三维虚拟校园系统的构建与实现。对模型优化，贴图与烘焙技巧，交互的设计等方面进行探讨，实现了虚拟校园系统的虚拟漫游、人机交互、校园导航、信息查询等多种功能，为实现校园信息的电子化、数字化和促进校园文化的推广奠定良好基础。 　　关键词：虚拟校园；虚拟现实；三维建模；VRP 　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 　　 　　 　　1 引言 　　虚拟现实技术 (Virtual Reality，VR)又称灵境技术，是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感与测量技术、人机交互技术、网络技术、微电子技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的必威体育精装版技术，也是力学、数学、光学、机构运动学等各种学科的综合应用[1]。近年来，随着计算机网络技术的普及、便捷和再次发展，越来越多领域运用到虚拟现实的技术，如建筑、医学、娱乐、商业等，虚拟现实将会成为未来网络应用的主趋势。 　　籍此笔者以美丽的厦门大学嘉庚学院为研究对象，综合使用AutoCAD，Photoshop，3Ds Max, VRP等软件，研究实现虚拟校园的流程，开发出一套集教学、教务、校园生活为一体虚拟漫游系统，通过人机交互，校园导航，信息查询等功能，不仅能自然、逼真、形象地表达现实校园，而且拓展了现实校园的时间和空间的维度，在互联网上就能体会亲临校园的感受。 　　2 系统开发流程 　　整个系统的开发流程如图1所示。 　　 　　图1三维虚拟校园系统构建流程 　　2.1 资料的收集及系统平台选择 　　场景建模和布局需要事先收集好校区平面图，如图2所示，包括道路、操场、绿地、主体建筑物分布、地形地貌资料等信息。前期收集越全面，对以后的建模进展帮助越大。在模型的创建阶段，根据建筑图纸和参考照片，用3Ds Max软件进行建模与贴图。当实体建模完成后，导入到同一个场景中，进行灯光的调整，力求与实际的阴影、明亮程度一致。随后就能够对贴图烘焙，将光影效果定格在贴图上，达到不需要渲染就能有真实阴影的效果。 　　现在的三维系统平台种类繁多，各有其优点和缺点，选择VRP作为搭建系统的平台，是因为VRP虚拟现实编辑器是一款直接面向三维美工的虚拟现实软件，所有操作都是用美工的方式演示，可以将美工所有的精力投入到效果制作中，从而有效降低制作成本，提高作品质量[2]。应用VRP软件进行编辑后，可以导出成可执行EXE和打包网页IE的文件格式，就能在网络上发布。 　　 　　图2厦门大学漳州校区平面图 　　2.2 实体建模与模型优化 　　三维模型建造是整个虚拟系统的核心环节，模型质量的好坏决定了贴图的效果，从而影响整个系统最后的效果。但也不能为了追求模型的细节，不考虑建模的面数和文件大小，这将造成系统文件变大，影响系统的运行流畅性，稳定性，不利于在网络上发布与推广。这样就要求在建模时在保证最优的显示效果下，尽量减少模型面数。本系统的模型为真实模拟校园的实物，其中包括整个校区的地形地貌与道路，校区全部建筑物，花草树木石头，路灯，指示牌以及一些小型物体。 　　2.2.1 实体建模 　　通过前期收集的Auto CAD图纸，分析建模的思路，删除图纸中不需要的线，导入3Ds Max中。导入的图纸是分散的线段，需要进一步在3Ds Max中成组，移动到坐标零点，并做冻结处理，图纸就处理完成。3Ds Max的建模方式大致可分为两种[3]，一种是利用捕捉工具，分别创建模型的各个组成部分，类似于搭积木，然后优化模型，最后坍塌，使之成为整体，这种方法容易上手，适合快速建模。另一种是按照图纸，根据实际尺寸，创建一个“BOX”，右键转换为“Editable Poly”（可编辑多边形），然后对一些细节部位分割细化，进行挤压拉伸处理，最后成为模型，这样建模可以减少模型使用的面数。两种建模方法各有好处，需要在实际情况进行衡量判断，选择优化方案。图3所示是两种建模方式的图例，（a）是利用模型各个部分，进行堆叠累加，这种方式可以避免分割时候出现错误，特别适合比较复杂的模型；(b)利用可编辑多边形拉伸的方法，单个长方体可节省2-3个面数，大型建筑即可减少数千甚至上万个面数的使用。 　　 　　(a)搭积木方式建模 (b)分割拉伸方式建模 　　图3实体建模的两种方式比较 　　2.2.2 模型的优化 　　模型的优化是决定最后模型数据量的重要步骤。优化方法种类很多，有删除优化，简化优化，代替优化等[4]。删除优化即模型建造完成后，有部分不可见面，重叠面或者相交面。这些冗余面会使数据变大，需要将其删除。如图4所示的方法是把