虚拟校园整体景观的实现与互动 第2页
1 前言
虚拟现实技术在数字校园中的应用就是要将校园进行3D建模并结合VR软件实现桌面虚拟现实系统。实现校园宏观建筑，景观，植被，道路及各种设施的数字化。主要反映的是学校建筑物、道路、环境、部门及各区域的外部特征，实现西南林学院宏观的总体景观。重点解决问题是西南林学院各建筑物，宏观景观，植被，道路及各种设施的3D模型，完成校园的外观动态虚拟环境。如果能完成这个系统，将对于宣传和扩大西南林学院的影响，将会取到很好的视觉效果。成为数字化校园外观数字化的一个重要组成部分。
使用3DS MAX来对校园中建筑，道路，景观，植被及各种设施进行3D建模。对校园的3D建模是实现虚拟校园的基础，有了准确的校园场景模型才能正确的表现校园里各个建筑和校园的特征。因此对校园的3D建模是前期重要的工作 。值得深入研究的问题是建模的时候尽量用少的面来表现建筑特征，因为三维物体的面数决定我们使用的计算机资源，物体面数越多，所占用的计算机资源就越大，仅仅只考虑建模的真实和建模过程的方便是根本不行的。虚拟场景在运行的时候和游戏运行是一样的，所有模型和贴图都是实时进行渲染的，这对显卡、CPU、内存有一定要求，面数越多实时渲染的负担就越重，就需要更高的硬件配置，过度的追求细节会使面数过多从而制作出的模型在现有的绝大多数电脑上无法使用 。所以大型虚拟场景制作的难度要高于小型场景，要考虑如何在资源与效果之间找到平衡点，进行合理整合。故每一个模型在建模时首选产生面数最少方法实现，例如尽量不使用布尔运算来实现建模，另外建模完成后都要对模型进行尽可能的优化，减少模型面数。减少面数的方法有很多，其中最简单直观的方法就是把场景中看不见的面全部删除，把产生大量面的模型进行替换，还可以在建模过程中尽量减少划分面的线数也就是物体的分段的数量。
建好了模型后，就应该对各模型赋予相应材质。一个虚拟环境的实现，材质的仿真度很大程度上决定了环境的感官真实度。要实现较为逼真的材质，必须使用表面贴图方式。贴图分为二个过程进行，第一，制作贴图，表面贴图的制作主要作用是用来表现细节和增加真实感，比如水泥就需要使用水泥的纹理贴图来表现粗糙的感觉，木头就需要木材的纹理贴图，建筑外墙的瓷砖就要用瓷砖的贴图来实现，还有窗子的窗框也需要用贴图来实现。贴图的制作采用实物照片与素材结合，辅以平面图像处理的方法，得到适用的贴图。第二，把制作好的贴图用材质贴图的方式赋予所建模型上，并进行模型贴图坐标的调整与修改，使贴图与物体完美结合。
最后，需要将制作完成的三维场景再制作成可以互动的虚拟场景。本文使用了QUEST3D这个软件来实现互动功能。首先要把MAX制作的3D场景输出成.X文件，然后导入QUEST3D进行各种场景设置，例如：碰撞、地心引力、行走速度、灯光效果、材质贴图以及运行分辨率等。对每项参数的设置都要进行细心调试，将这些参数设置调试好后就可以通过QUEST3D打包生成.EXE文件，可以在任何计算机上运行。
虚拟现实可以应用在各个领域，不仅仅是用来宣传学校。还可以应用在科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个方面。在电子商务方面应用更为广泛，可以制作产品的虚拟演示，让人们在互联网上就全方位了解产品的完整外观与内部结构。在房地产方面可以制作虚拟沙盘，让人们不用去现场就能感受楼盘的仿真环境。还可以将历史文物作成虚拟场景供人们参观，既节省了门票支出，又最大限度的保护了文物。在军事方面甚至可以制作三维虚拟作战指挥系统，节约了军事演练的成本，又方便指挥与协调。虚拟现实技术目前只是刚刚开始发展的技术，受各种硬件环境和条件的限制，绝大多数还只停留在桌面虚拟系统的开发与研制阶段，随着计算机技术和传感技术的不断发展，虚拟现实技术必将会有更广扩的应用前景。
2 虚拟现实技术的现状和发展趋势
虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（MORTON HEILIG）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即IMMERSION沉浸感，INTERACTION交互性，IMAGINATION思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。
2.1 虚拟现实技术的应用现状
虚拟现实技术出现于20世纪80年代末，已在娱乐、医疗、工程和建筑、教育和培训、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用。
杭州大学开发了虚拟故官游玩系统。只要你戴上特制的头盔，骑上不动的自行车，你从头盔显示器里就看见了形象逼真的天安门城楼。你登上自行车的脚踏板，你就会感到自己骑车来到了午门前的大道上，飞快地穿过午门，越过金水桥、越过太和门，来到太和殿广场。由于你的自行车太快，一下子破墙而入，到了太和殿。金銮殿内盘龙的柱子，庄严的殿堂和真实的景像完全一样，你又骑车来到了御花园、绿树、红亭、碧池令你陶醉，好像身临其境。但是，当你摘下头盔时，仍然是骑在自行车上，一步也没有动。
借助虚拟现实技术建立的三维汽车模型，可显示汽车的悬挂、底盘、内饰直至每一个焊接点，设计者可确定每个部件的质量，了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性很高，汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。在通用公司的技术中心，当工作人员进入正在进行虚拟现实工作的工作室时，戴上立体滤色眼镜或头盔式显示器、数据手套等显示设备，在大屏幕上就可以看到和真实的汽车一样大小的三维立体图像，它具有完全真实的立体空间，人们可以围绕汽车来回走动观察，提出各个部位的改进设想，也可以在另一个设计室中，坐在汽车的座椅上，让各种各样的仪表板、变速杆及各种附属装置都显示在他们的眼前，还可以和坐在驾驶室另一侧的工程师一起，对汽车的内装置进行评价、改进。这种活生生呈现在你眼前的虚拟现实的情景，使你感到完全是身临其境，在用自己的想象创造一辆汽车。在马自达汽车公司的汽车虚拟演示室，为了让顾客购买到理想型号的汽车，配有特制的头盔和手套。顾客可以通过头盔和手套，来改变汽车的颜色和构造。
其实桌面虚拟现实在我们身边最好的例子就是电脑游戏，随着技术的发展游戏的场景越来越逼真。精确的3D模型、细致的纹理贴图、各种实时演算的光影效果、大气效果、水的实时交散、物体之间的碰撞以及各种真实的物理特性都使游戏越来越真实。游戏开发商所创造的游戏世界就是一个很好的桌面虚拟现实系统。里面有各种环境的模拟：蓝天、白云、高山、海洋、平原、沙漠、丛林、城镇、日夜交替、四季变化，这些元素构成了一个真实的虚拟世界。只要发挥想象力没有什么不能在电脑中实现。
2.2 虚拟现实的发展趋势
虚拟现实是发展到一定水平上的计算机技术与思维科学相结合的产物，它的出现为人类认识世界开辟了一条新途径。虚拟现实的最大特点是：用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效的扩展了自己的认知手段和领域。另外，虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，它以视觉形式产生一个适人化的多维信息空间，为我们体验暂时不能达到的各种环境提供了良好的虚拟平台。
由于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，它在军事和航天领域的模拟和训练中起到了举足轻重的作用。近年来，随着计算机硬件软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”;无一不是虚拟现实技术的应用。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。
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