漫游校园（共12篇）
漫游校园 篇1
1 概述
我们正处在21世纪, 这是一个信息时代, 网络的开放性、交互性、共享性、超媒体、大容量等优势, 给我们的生活和工作都带来很多方便。目前, 地图导航主要是二维地图的导航, 但是二维地图不能直观地显示当前路面环境信息, 而随着各大高校的日趋扩大, 师生办事常常很难找到办事员所在的办公室, 而且二维地图只能看到建筑平面图即使到了目的地也不一定能够找到, 所以我们需要一种可以直观地显示校区内建筑信息的方法。
如今虚拟现实技术和三维虚拟环境发展迅速, 三维全景虚拟现实技术将会给校园的宣传、展示提供全新的表现形式。随着近几年智能手机在学生群体中的不断普及, 以及手机硬件功能的日益强大, 各种复杂的、对硬件要求较高的手机应用有了实现的基础, 具有极大的发展前景[1]。那么, 能不能利用这些技术达到我们的目的改变传统二维地图只显示平面图的缺点呢?因此, 我们不断地研究, 经过多次论证, 设计开发出一套立体校园在线漫游系统。
用Android手机为平台, 推出立体校园在线漫游系统应用[2]。该应用使用立体全景技术、立体定位技术、数据智能搜索技术, 将各种校园资源和应用服务进行整合集中展现在移动智能手机客户端上, 为学生、教室和访客带来了便利的移动信息服务。
2 研究意义
校园有了全景虚拟校园展示, 可以实现随时随地掌上参观优美的校园环境, 展示学校的实力, 吸引更多得生源。假如可以把校园环境、重点实验室、图书馆、校园周边生活等设施通过网络立体地展现出来, 让老师、学生、家长等仅需通过一部手机, 就能身临其境地感受优美的校园风光、良好的教学环境, 将对学校的招生工作起到很大的作用[3]。而且现在的大学校区较以前都扩大了, 对于刚入校的学生来说, 要找到具体的某个教室或办公室都是十分困难的, 如果可以做到立体定位, 只要在手机应用上输入要查询的校区、教室编号或办公室, 就可以在地图上标注出来, 方便了学生。
立体校园在线漫游系统总体目标是:利用先进成熟的计算机软件开发技术与定位技术, 开发出一款基于智能手机平台的应用软件, 通过该软件实现对学校进行立体浏览, 并查看周边相关服务。
3 系统总体设计
本项目由四个部分组成。第一部分, 用相机进行各大校区全景素材的采集, 并进行统一编号管理。第二部分, 使用自主开发的全景图片拼接软件将采集到的素材拼接成全景图, 然后切割成四等分编号打包。第三部分, 使用B/S架构服务器, 将全景图做成网页显示, 便于Android端显示。第四部分, 使用An⁃droid中Web View控件显示全景图片, 根据服务器API数据确定移动方向, 实现漫游。
4 具体实现
本章节详细地介绍立体校园在校漫游系统的各个功能模块的布局和实现效果以及操作流程。
4.1 全景拼接模块
该模块完成了全景拼接的功能需求。可将之前采集的素材图片拼接成完整的全景图。同时, 为了配合后面全景图片在三维场景显示, 可以选择将全景图片切割成四张相同大小的图片。
全景拼接软件使用C#编写。如图2, 在“文件”菜单中选择“导入”子菜单, 可以选择磁盘上的待拼接图片, 点击拼接按钮可以实现拼接。左边显示导入的图片, 右边显示拼接完成后的全景图片。
全景拼接功能的实现。打开合成软件, 自动进行初始化。初始化主要是对软件调用显卡的一些配置。导入图片素材, 备用。点击拼接按钮进行图像拼接。若失败则初始化软件, 若成功显示合成后的全景图。点击保存按钮可以将图片保存到本地。
4.2 后台管理模块
后台管理系统是使用JSP技术开发的动态网页。网页设计使用Boot Strap3.0响应式布局框架, 美观大方。数据库使用流行的My SQL 5.6版本, 同时使用ORM框架Hibernate进行数据的增加、删除、修改、查找[4]。后台开发使用Java语言, 基于JSP开发, 实现了登录功能和数据管理功能。服务器使用Apache的Tomcat 8.0搭建。
如图3, 在管理员登录该后台系统之后, Session将登录信息保持。点击左边导航栏可以查看管理校区信息、学院信息、建筑信息和建筑功能信息。校区信息管理功能主要对校区信息进行管理, 如校区名称、地理位置管理。学院管理功能主要对学院信息进行管理, 如学院名称以及学院所在校区管理。建筑信息管理功能主要对建筑名称进行管理, 消除各大校区建筑信息数据的冗余。建筑功能信息管理主要针对各校区建筑的详细信息进行管理。所有数据用于服务器与Android端的数据传输, 以B/S模式开发的后台管理系统可以方便有效的管理和维护数据, 为整个系统提供可靠的数据支持[5]。
4.3 移动全景漫游模块
移动全景显示模块是基于Android手机平台实现的。为了便于在校师生能够快速的定位和导航到所需要的校区, 该模块还加入了二维地图导航模块。
该功能是本系统全景图片显示功能。图4展示了全景图片的一个局部, 在实际操作中, 用手指在智能手机的触摸屏上左右滑动, 就可以查看全景图, 用户可以非常清楚、直观地了解到该校区的真实情况。该功能的实现是利用Android中的We⁃b View浏览器控件从服务器上加载特定位置的全景显示网页。因为运行在服务器上的全景显示网页是用了Java Script技术, 所以在初始化Web View的时候需要将Web View设置成允许运行Java Script程序的模式, 以便网页可以正常显示[6]。同时加入漫游路径提示, 只要点击图中方位按钮, 就可以加载当前位置对应方位的全景图, 实现真正的在线漫游。
4.4 地图导航模块
该功能是立体在线漫游系统中移动端的地图导航功能。通过点击主界面的路线菜单弹出一个对话框。该对话框本质是一个Activity, 在对话框中可以选择要到达的校区以及导航的方式。主Activity通过start Activity For Result方法启动导航Activity, 同时重写on Activity Result方法, 用于返回导航所选的校区和方式信息。在主Activity接到回调信息后, 根据具体情况在二维地图上画出导航路线。
图6为扬州大学广陵学院路南校区前往扬州大学荷花池校区的步行路线图。图中标有行人的圆圈标记是导航指引, 点击标记就可以查看具体路线怎么走。
5 结束语
本文描述了基于全景技术的校园在线漫游系统的开发流程, 并加入LBS服务使得系统更加完善。该系统面向在校师生, 通过移动应用可以方便直观的浏览校园全景图, 也可以导航校区各个场馆办公室等。与此同时, 该系统也存在不足, 整个全景拼接过程从素材采集到图像拼接较为机械, 重复的劳动过多。因此在今后的设计中提高系统的自动化水平显得较为重要。
参考文献
[1]李慧.刍议校园360度全景展示技术的实现[J].科技资讯, 2012 (5) .
[2]张波.智能手机在高校的宣传应用模式探讨[J].中国新通信, 2014 (6) .
[3]王正梅.浅析多校区大学管理模式及其管理要点[J].科教导刊, 2012 (6) .
[4]许宏图.STRUTS和HIBERNATE在企业应用中的研究[D].天津:天津大学, 2005.
[5]王雨竹.My SQL入门经典[M].北京:机械工业出版社, 2013.
[6]李刚.疯狂Android讲义[M].2版.北京:电子工业出版社, 2013.
漫游校园 篇2
七月八日是老鼠王国一年一度的旅游节，这天，老鼠国王得到了一张去未来世界的门票。老鼠大王最喜欢咕噜鼠，于是就把这一张票送给了他，咕噜鼠高兴得跳了起来，连声说：
“谢谢国王！谢谢国王！”
咕噜鼠先乘泡泡快速车来到雅丝特无鼠检票室。把票放进一个浅蓝色的水晶球里。咔嚓一声，一辆漫游未来的飞速车在刹那间出现在咕噜鼠面前，咕噜鼠上了车，把行李放在保险箱里，又把金度安全带系上。“呼”的一声，未来漫游飞速车经过15分钟就来到了他向往的未来世界。下了车，第一次来的咕噜鼠觉得很希奇，问导游哈哈鼠：“为什么地面这么荒凉呀？”哈哈鼠笑着说：“哈哈，这你就不知道了吧，老鼠们都在地下呢！”咕噜鼠好奇地问：“真……真的吗？”哈哈鼠兴奋的说：“那当然了！”哈哈鼠领着咕噜鼠来到了地下世界。
“哇，地下真美呀！”咕噜鼠赞叹道。哈哈鼠领咕噜鼠来到魔鬼服装秀，这里的衣服可多了！有太空服、潜水服；有冬暖服、夏凉服；真是琳琅满目，应有尽有。咕噜鼠看中了一套太空服，试穿了一下，觉得自己轻飘飘的，一看自己已经漂浮在半空中，吓得他吱吱大叫，下面的哈哈鼠对着咕噜鼠大喊：
“咕噜鼠快按那个绿色的降落键！”咕噜鼠一按，“噗”的一声就掉了下来，可是摔在地上一点也不疼，咕噜鼠觉得这件衣服好棒呀，于是咕噜鼠把这套太空服买了下来。
随后，他又和哈哈鼠来到了水上公园，咕噜鼠对哈哈鼠说：“呀，这是怎么回事？公园旁边怎么还有卖鞋的呢？呵呵，真是个笑话！”哈哈鼠骄傲地说：“这是水上公园的通行证呀，没有它，我们就进不去了。因为里边的玩乐项目都是在水上建造的！”咕噜鼠说：“哦，原来是这样呀！那为什么鞋能在水上行走？”哈哈鼠说：“因为鞋里含的有漂浮剂、耐忍剂、还有防水剂等等。”咕噜鼠说：“明白！明白！”于是他们就在水上公园玩了这个，玩了那个，又买了纪念品才告别了水上公园。
漫游校园 篇3
关键词：虚拟现实；OpenGL；实体建模；虚拟校园
0引言
虚拟校园作为虚拟技术的一个应用，需运用计算机图形学以及图像处理技术结合三维可视化语言在屏幕上显示校园环境，并实现漫游、人机交互等功能。本文以太原理工大学阳泉学院校区为虚拟空间，主要实现对地形和建筑的建模，以及全方位的观测，并实现在虚拟空间中的漫游功能，使观察者无需到达实地就有身临其境的感觉。
1虚拟校园漫游系统的设计
虚拟校园漫游系统功能实用，主要包括：图形操作基本功能和手动漫游功能。
(1)图形操作基本功能
主要实现地图和景点图片的浏览功能，提供全景、放大、缩小等基本的地图操作功能。
(2)手动漫游功能
该系统是为方便学校管理规划而设计开发的，它提供了多种交互手段，用户和系统的交互主要通过鼠标和键盘进行。通过w、a、s、d键上下左右移动，利用鼠标控制前进的方向，用户可以有效地定位检索出校园最新信息。
2虚拟校园实体建模实现
虚拟校园实体建模是系统最主要的部分，内容包括：资料的收集、底图的生成、立体模型的制作、三维贴图到校园立体图的绘制等。我们通过数码相机采集贴图，在photoshop cs2中对贴图进行处理，得到素材，在VC中建立函数，套用OpenGL函数库构建模型。
2.1虚拟校园实体模型的构成
本文对学校做了建模，主要分为四个层次：第一层(y=0.0；y为地形的高度)，包括二食堂、一号教学楼、实验楼、二号教学楼；第二层(y=0.6)，在这一层中只有一号宿舍楼；第三层(y=1.2)，二号宿舍楼和大食堂；第四层(y=1.8)，在这一层中包括三号宿舍楼、四号宿舍楼和操场。
2.2建模方法
利用OpenGL能够绘制点、线和多边形，应用这些基本的形体，可以构造出几乎所有的三维模型。考虑到渲染速度，本文主要采用了三角形进行建模。在OpenGL中，可以编写代码创建三角形，但是创建时要指定三角形的三个顶点，这样的话要写很多代码且使整个建模过程产生大量的冗余代码。为了解决这一问题，本文采用了读取文本文档的方法来减少代码的冗余。在建模过程中又定义了绘制台阶函数DrawStair()、侧面体函数DrawWall()、横面体函数DrawFloor()来完成各种模型的建立。
2.3虚拟校园最终模型构建
虚拟校园最终模型的构建都是利用函数DrawGLScene()完成的。该函数在主函数WinMain()中被循环调用，直到程序退出为止。绘制效果如图1所示。
3虚拟校园漫游系统的开发过程
3.1设置像素格式
OpenGL的像素格式告诉系统在利用OpenGL绘制图形时所采用的颜色模式、颜色的位数。
3.2创建图形操作描述表
创建图形操作描述表并启用它后，才能调用OpenGL函数在窗口内进行各种图形操作。创建图形操作描述表利用MFC中视类(CView)的消息OnCreat()实现。
3.3 OpenGL窗口创建
首先是打开VC++6.0，然后创建一个新工程。创建一个新的Win32程序后，链接OpenGL库文件即可。
3.4纹理与贴图
纹理贴图就是利用数码相机将拍摄的实物照片作为所建立三维模型的纹理“贴”至相应的二维物体模型，使模拟的地物更具有真实感。
3.4.1纹理设置
比如绘制一面砖墙，就可以用一幅真实的砖墙图像或照片作为纹理贴到一个矩形上，这样，一面逼真的砖墙就画好了。下面介绍纹理创建的方法。
首先，创建一个文件句柄。句柄用来鉴别资源，它使程序能够访问此资源。开始先将句柄设为NULL，然后通过以下三个函数实现纹理设置。
AUX_RGBImageRec*LoadBMP(char *Filename)//载入位图图像 auxDIBImageLoad(Filename)//读取图像数据并将其返回 int LoadGLTextures()//栽入位图(调用上面的代码)并转换成纹理
3.4.2贴图制作
在创建虚拟校园的过程中，对建筑物的数据采集非常关键。由于在虚拟校园系统中各个建筑物的外观不一样，贴图也不—样，这对设计是—个难点。用数码相机取图片时，因为采集的是正面图，所以要保持和图在一个水平线上。
对采集来的数码相片我们用photoshop加以处理，比如对台阶贴图进行处理后，台阶的颜色下浅上深，产生了层次感，如图2所示。对各个楼的柱子贴图都要进行处理，使之看起来有立体感，如图3所示。另外本文采用的贴图都是正方形的，有的贴图还需要重复粘贴。比如学院的草地边的条砖路，它的贴图做到了左右上下都对称，重合在一起显得比较协调。贴图处理后效果如图4所示。
3.5树的实现
树是通过定义一个类Tree来实现的。由于树的形状不像建筑那样规则，因此它的构造也是相当复杂的。本文中树的建模过程如下。
3.5.1树叶纹理的制作
树叶纹理的制作是实现树的难点。树叶的纹理是由两张贴图生成的，一张是纹理的透明贴图branchAlphal.bmp，另一张是纹理的背景贴图branchl.bmp。通过两张贴图的合成生成树叶的纹理，可用bool Tree::MakeAlphaTextureBind(char*TextureFileName，char*AlphaFileName，unsigned int*TexturelD)函数实现。
3.5.2树的模型构建
树的模型构建分两个部分，树杆的构建和树枝的构建。可用以下函数实现。
void Tree::Draw3DTree(float SzTree)//绘制树杆
void Tree::DrawGreenTree()//绘制树枝
void Tree::DrawTop(float width,float height)//绘制树顶
3.6虚拟校园漫游系统界面的实现
本系统界面是作为一个类来实现的，主要是通过使用OpenGL绘图函数来构建。界面的搭建可分为三层。第一层：界面主背景，主要由一个四边形加上背景纹理贴图构成。第二层：选项菜单和说明层，在本层中主要是根据鼠标的位置和单击事件来选择不同的纹理贴图给人以变换的感觉，该层也是界面中最主要的一层。第三层：鼠标层，鼠标同样是由四边形加上背景纹理贴图构成，但纹理贴图方式是由透明加背景色实现。界面绘制效果如图5所示。
4虚拟仿真
4.1虚拟校园漫游系统的实现
虚拟校园漫游是交互性技术的重要体现。解决方法如下：①根据用户的指令旋转并变换镜头位置。②围绕原点，以与镜头相反的旋转方向来旋转世界(让人产生镜头旋转的错觉)。③以与镜头平移方式相反的方式来平移世界(让人产生镜头移动的错觉)。
4.1.1镜头的旋转
镜头的旋转是靠获取鼠标事件事实现的。在这里用到了三个全局变量和一个常量，heading是用来记录左右旋转的角度，yrot用来传递给渲染函数这个值。lookupdown用来记录上下旋转的角度。
4.1.2镜头的平移
镜头的平移是靠获取键盘事件来实现的。镜头的平移分为左移、右移、前进、后退，分别对应键盘的A、D、W、S键。
4.2碰撞检测
碰撞检测就检测观察者在行进中是否遇到了阻碍。主要实现办法是根据不同的地形或建筑设定不同的高度值(也就是Y值)，然后在行进中检测Y值的变化，如果在行进的某一瞬间Y值的变化超过某一范围则限制x或z值的变化。
5结束语
三维漫游校园动画的实现 篇4
1 虚拟校园动画的前期工作
虚拟校园需要预见并合理地确定校园的发展方问、规模和布局, 安排各项建筑, 适合整个学校的建设和发展, 达到设施完善、布局合理、环境优美的综合效果, 为学校学生和教师的居住、学习、交通、休息及其他社会活动创造良好的条件。风格的定位与分镜头脚本描述如下:3号镜头, 表现鸟瞰, 镜头表达内容为鸟瞰校园全景, 展现规划校园的位置、环境, 14秒;6号镜头, 表现西面, 镜头的表达内容为镜头在水面上平移, 表现西面建筑和环境, 10秒。素材收集和分工方面, 首先要确定项目的具体位置, 了解项目的周边环境。下面以湖南科技学院为例, 进行具体的分析。
2 鸟瞰镜头模型的制作
首先拼合规划类场景模型。通常存在地形高低起落的问题, 在合并模型时需要注意z轴高度。在完成自己分到的模型之后, 先按照CAD的位置在顶视图进行模型对位, 再切换到左视图或其他立面视图观察z轴的高度, 并调整好z轴高度。第二, 根据脚本制作镜头预演动画。主要分为2步:根据脚本制作镜头预演, 制作镜头预览动画。第三, 优化鸟瞰的地形。一个场景中渲染所需要的时间与场景中物体的面数和物体的数量是成正比的, 所以需要尽量删减场景中看不见的模型的面, 塌陷使用相同材质的物体, 以减少物体面数和物体的个数, 从而减轻系统负担, 加速场景的渲染。第四, 优化场景的主要建筑模型。第五, 精简场景的模型数量。减少物体的个数也是很重要的一步。第六, 制作远景配楼。这一步要注意的是, 地面并非是水平的, 是有高低起伏的坡地, 在配楼的摆放上要注意移动它的高度。另外, 这种配楼的形状变化也是必不可少的, 如果每一个配楼都要单独创建, 再将它们调整出不同的形状、大小和高度, 是需要花费大量时间的, 而用Greeble插件制作配楼就能节约很多时间。
3 制作鸟瞰镜头材质和灯光
在前期建模时不必太过细致地调整材质, 只要根据客户提供的资料给出材质的正确名称、简单色彩或贴图就行了, 调整材质主要分为几种:水面材质、玻璃材质、铝板材质。而道路材质是建筑动画场景中用的比较多的。在大鸟瞰的场景中, 扫描线渲染还是有很大的速度优势的, 而且这种镜头没有太多的建筑细节可以表现出褪晕和虚实的变化, VRay也难以发挥长处, 所以在这个镜头中将使用标准灯光来完成渲染工作。
第一个光源来自太阳, 它是一个从小的光源发出的白色光, 会产生尖锐边缘的阴影。第二个光源是蓝色的天光, 天光是一个非常大的光源, 所以它产生了非常柔和的阴影, 物体之间的互相反弹光线提供了第三个光源。太阳发出的白色光由不同的颜色连续光谱形成, 白色其实是7种光混合的效果, 当光子在大气中传播时, 会与空气中粒子碰撞而偏离方向, 较短波长的光被散射。而蓝色光子在各个方向反弹, 使大气实际上就是一个发蓝光的光源, 正是由于这些物理作用, 从而使天空成为蓝色。光照射到一个物体表面时不是被反弹就是被吸收, 反弹与吸收由物体表面的颜色决定。白色物体反射所有波长的光, 黑色物体则吸收所有波长的光。主光源的方向对场景是非常重要的, 它直接影响将要表达的效果。在渲染中, 经常会用光效来表达不同的时间效果, 例如, 清晨、黄昏、白天和傍晚。在清晨和黄昏的渲染上往往不好区别, 因为在渲染时都喜欢给灯光加上橙色和白色, 这样使周围环境和物体都反映这种颜色。白天的灯光相对好把握一些, 光更多的是根据环境而变化的, 夜晚的人工光源种类繁多, 光线变化则比较丰富。
鸟瞰镜头的后期校色与输出, 主要在After Effects软件中完成。
4 制作水边校园建筑镜头
在细化场景之前先渲染几帧进行观察, 分析得知这是一个临近爱莲湖的镜头, 着重表现的是镜头和湖堤的环境。首先应该为远景的湖添加一些荷叶。在中景里, 离建筑近的地方添加一些高大的树, 让树来遮挡建筑与地面深硬的交界线, 用树与树之间的遮挡关系来拉开建筑远近的距离;在湖堤的中间有一些柳树, 在湖面附近有一些水草;近景的水面比较空, 准备加一些小鱼, 使静止的环境中有一些动的元素在里面, 这样画面才能更加生动, 还可以在天空中加入飞鸟, 以体现校园良好的生态环境。
5 水边校园建筑镜头的渲染
设置VR低参数渲染。创建VR物理摄影机和VR阳光。在前面的镜头预演中, 所使用的是“目标摄影机”来制作镜头预演的, 由于在最终渲染时, 最终确定使用“VR阳光”来模拟太阳光, 而“VR阳光”与“VR物理摄影机”配合是能够得到最为真实的效果的, 而且“VR物理摄影机”能够很方便地调解画面的明暗和偏色。使用混合贴图制作动画背景。为场景添加远山 (西山) 和云彩, 但是同时也希望保留VR的天光照明。在这里, 考虑使用平面物体来制作背景。使用VR代理物体添加高精度模型树。树木种植完毕以后, 考虑可以在沿湖的地方种一些高精度的模型树, 增加画面的效果, 而模型树的精度是非常高的, 有些甚至是几十万面一棵, 由于模型量巨大, 所以, 模型树很少用于动画渲染中, 而在VR的渲染器中, 如果使用VRay代理物体, 渲染数百棵这种树木的速度也是很快的。制作场景的水面材质和主体建筑玻璃材质。由于“菲涅尔”反射的原因, 近处和远处近似垂直的水面反射很弱, 水面接近透明, 远处的反射则比较强烈, 这一点也在照片中得到了体现。制作草地的材质。画面效果的统一调解与最终渲染。完成上述调解以后, 还可以利用“VRay物理摄影机”对画面的亮度和色彩进行一些修正。实际中应用After Effects等专业的后期软件来完成。
参考文献
[1]吴辉煌.基于UNITY技术实现的三维虚拟校园平台设计[J].科技创新, 2015 (28) :57-59.
[2]史飞飞, 车自力, 雷春苗, 等.基于Arc GIS的三维虚拟校园信息系统的实现[J].咸阳师范学院学报, 2015 (2) :74-79.
漫游未来作文 篇5
在一阵刺眼的白光后，我们走下了时空穿梭机，只见这里的大楼高耸入云，来往的汽车居然能在天上“飞来飞去”！看到我惊讶的表情，林博士为我解释道：“这里的汽车都是磁悬浮汽车，可是升高，也可以降低，还可以在马路上飞驰。这样就可以避免堵车了，而且这里的汽车都是太阳能汽车，上面的太阳能板和蓄电箱结合起来运用，这样既不用担心阴雨天的到来，还不会污染环境呢。”这时，一位成人滑着“旱冰”从我们身边飞驰而过，我不禁感叹：“在21世纪，人们怎么敢这样做呢？”忽然，问题又来了，我问博士们：“那假如“无车一族”睡迟了怎么办？”“那也没问题。”张博士笑着为我解答：“在24世纪80年代的时候，人们就发明出了一种上班、上学鞋，假如人们睡迟了，它就会以每小时2.5马赫的速度，把人们送到他们的目的地。“哇，要是这种鞋在4个世纪之前发明出来，该多好，那样我就再也不必担心上学迟到了。
紧接着，我们乘坐“汽车”来到了一家气派的餐厅，只见一个机器人服务员为我们送上菜单，待我们点完菜后，过了几分钟，“菜”便上来了，嗯？这不是我们点的菜呀！这是三个小圆球，能吃吗？张博士似乎看出了我的疑惑，说：“这几个小圆球里包含了许多维生素，营养价值非常高，至于咱们点的菜，只不过是这几个小圆球的味道罢了，而且这种小圆球吃一个就可以一个星期不用吃饭了。”这么神奇，这么神奇，没办法，这就是高科技的时代。
铁道世界漫游 篇6
火车也有历史故事吗?
可能在普通人眼中,火车只不过是一种普通的交通工具而已。可是,在“火车迷”的眼中,每列火车的背后就是一段铁路的发展史。
台湾铁道研究作家洪致文,是一位疯狂的“火车迷”。他痴痴地迷恋世界各国的火车,并且利用所有可以利用的机会,乘坐火车寻访了美国、日本等地别具特色的火车文化。为了与众人分享自己的经历,洪致文还将自己多年的心得写成了几本书。《铁道世界漫游》就是洪致文的力作之一,主要记录了美国铁路工业发展的历史,也介绍了美国如何保存旧火车、旧铁路线、旧站房的经验。本刊特从本期起连载其中的精彩内容,让大家一起分享“火车迷”的经验与快乐。
I、 风云美国的铁路公司
现在的美国是一个骑在汽车轮上的国家,可是火车曾在美国开拓史上起到了举足轻重的作用。尽管现在火车日渐式微,但是在美国广袤的土地上,铁路公司的数目依旧是多如繁星。只不过因为不断的相互吞并,大规模铁路公司的数量正在日渐萎缩,目前只有不到10家,而且经营状况已不像火车黄金时代时那么辉煌。1991年时,全美有14家大型的铁路公司,但是到了1997年,只剩下8家。现在,掌握美国主要铁路货运的大型铁路公司,分别是联合太平洋铁路公司、BNSF铁路公司(Burlington Northern Santa Fe)、CSX铁路公司、诺福克南方铁路公司、Soo Line铁路公司、Grand Trunk Western铁路公司、伊利诺中央铁路公司与堪萨斯城南方铁路公司,但真正的大哥级铁路公司,则是占领中西部的“联合太平洋铁路”和BNSF、垄断东部的CSX以及“诺福克南方铁路”。
美国最大的铁路公司
——联合太平洋铁路
在美国众多的铁道中,论感情,圣塔菲铁路(Santa Fe)绝对俘获了大多数人的心;但是若以创新、引领时代潮流、但又绝对坚持传统的观点来看,联合太平洋铁路(Union Pacific)则是当仁不让地广获认同。在20世纪末的美国,联合太平洋是最大的铁路公司,拥有最长的铁道、以及总数最多的火车头,而且是现存历史最悠久的美国铁路公司!
1862年,联合太平洋铁路公司的成立,便是美国政府因应淘金热的西部移民潮与连接东西国土的军事考量,而指定要完成横贯铁路之下所形成的铁路公司。那时候,同时成立的还有中央太平洋铁路公司(Central Pacific,后来,变成南方太平洋Southern Pacific的一部分),一起肩负筑路工程。
1876年,芝加哥西北铁路完成了芝加哥往西到奥马哈的铁道,使得联合太平洋与中央太平洋铁路公司连接美国大陆铁道的计划没有了后顾之忧。
在联合太平洋铁路的历史中,不断追求新的科技,并勇于尝新,似乎已成为它的传统。
1934年,流线型的关节式M10000柴油客车登场,并获得“明日列车”的称号。1936年到1943年间,联合太平洋铁路引进了轴配置4-6-6-4的挑战型超大蒸汽火车;1941年开始,他们更买进了全世界最大的蒸汽火车Big Boy。这些Big Boy全长有132英尺(40.5米),总重120万磅,轴配置为4-8-8-4(也就是有二组四动轴的车轮),可说是蒸汽火车时代的大恐龙。
在柴油车年代展开后,联合太平洋铁路依然不停地引进其他铁路公司可能连做都不敢做的尝试。1939年时,他们在火车头上试用了蒸汽涡轮,但并未成功。1948年,ALCO与GE合作生产的燃气涡轮机车完工出厂,并在隔年交由联合太平洋铁路试用。1952年,10辆4500马力燃气涡轮机车引进联合太平洋旗下;1954年,他们又买了15辆改良型;随后的1958～1961年间,又购入了两辆一组更强力的8500马力燃气涡轮机车。直到今天,联合太平洋铁路公司还一直是惟一曾把燃气涡轮机车头,用在一般货物列车运输上的铁路公司。
20世纪60年代后期,联合太平洋铁路制造了使用两具3000马力引擎的DDA40X型超大柴电机车。这次,DDA40X虽同为八轴设计,但不是使用四个二轴转向架,而是两个四轴转向架。它曾是世界最强力的柴电机车,并保持车长最长(30米)的头衔。
DDA40X被引进联合太平洋铁路是在1969年,为了让第一辆6900号赶在横贯美国铁路完成百年的此时顺利出厂,可说是不断赶工,才使6900号得以在1969年5月,牵引“黄金道钉百年号”(Golden Spike Centennial Limited)的特别列车。为了庆祝联合太平洋横贯铁路的百年庆,DDA40X型被命名为Centennial“百年纪念”型,并以1869年中的“69”作为其车号形式。所有1969～1971年出厂的47辆DDA40X,则被编为6900～6946号。1984～1985年,DDA40X逐渐退出铁道舞台,不过联合太平洋铁路让其中的6936号一直保持在可动状态,作为特别列车牵引之用。
在芝加哥西北铁路(CNW)与南方太平洋铁路的火车融入联合太平洋这个“黄色大染缸”之后,由于联合太平洋铁路的广大路网,使得这些车有幸行驶在过去根本不太可能出现的地方。
虽然联合太平洋铁路现在大得出名,不过它也大得难以控制。整体运输效率下降、货主找不到托运的货物、缺少驾驶员——合并后弊端丛生的联合太平洋在1998年成了铁道界间的“笑话”。它车身上标榜的“We will deliver!”标语,更成了反讽的素材。
不过,联合太平洋铁路还是慢慢在复原中,而且就如铁道杂志上的评论所说:“Union Pacific是全美最大的铁路公司,如果联合太平洋铁路遇上大麻烦,也就意味着美国铁路公司遇上大麻烦。”整个1998年,联合太平洋铁路停驶了所有的特别列车,以集中心力整顿货运业务。增设待避线、重新铺上原为双轨的路线、再提升路线标准以提高车速,并购入大马力新车,联合太平洋铁路正一步步地恢复正常。不过,Union Pacific的“脱轨”事实,却也让美国政府日后在审核铁路公司合并案时,更加审慎与小心。
基于虚拟现实的校园漫游视景仿真 篇7
关键词：虚拟现实,视景仿真,三维视景生成
0 引言
虚拟现实 (Virtual Reality简称VR) , 又称灵境技术, 是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术, 模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能, 使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中, 并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互, 从而与虚拟环境进行交互, 创建了一种适人化的多维信息空间, 具有广阔的应用前景。此技术会让使用者有如同身临其境一样体验三维空间内的感受。
视景仿真技术 (Visual Simulation Techno1ogy) 是计算机仿真技术的重要分支, 是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、信息合成技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用, 其组成部分主要包括仿真建模技术、动画仿真技术和实时视景生成技术。视景仿真目前已经在许多领域得到应用, 如:校园景观模拟、军事训练模拟、航天器模拟、地形地貌模拟、城市建筑模拟。校园视景仿真系统应用于校园的对外宣传和招生中, 能给许多不能亲自参观考察学校的学生及家长等一种新的选择和高度逼真的视觉体验。并且通过这种虚拟体验, 促进校园文化学术交流有利于校园的对外宣传使更多的人了解校园现状, 因而具有较高的实际价值。
1 虚拟现实技术的构成
虚拟现实技术有两大部分构成:软件和硬件。但是在实际应用中, 并不可能将所有的虚拟现实设备、功能全部用上。
虚拟现实技术的软件包括基础建模软件、模型驱动及功能编程软件。基础建模软件可以依据各种数据 (航拍数据、CAD数据、照片图像数据等) 按照一定的要求建成基础模型数据库, 供后继开发使用。模型驱动软件可以按照要求将模型驱动起来, 使用户可以对其操纵。通过一些功能编程软件可以实现用户某些特殊的要求, 如场景转换、自动漫游、动画的运行停止、解说语音的播放。
计算机、头盔是显示器、跟踪器、传感手套、屏幕式、房式立体显示系统、三维立体声音生成装置等。一般来说, 一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境 (计算机) , 视觉系统 (数字头盔、立体眼镜) , 听觉系统 (立体声设备) , 身体方位姿态跟踪设备 (跟踪器、传感手套) , 以及味觉、嗅觉、触觉与力觉的反馈系统等功能单元构成。迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配, 是基于大型数据集合的声音和图像的实施动画制作成为可能;人机交互系统的设计不断创新, 新颖、使用的输入输出设备不断地进入市场而这些都为虚拟现实技术的发展打下了良好的基础。
2 虚拟漫游的场景规划
在对真实环境的考察基础之上, 建立真实场景的全局规划。考虑到整个场景中的各个对象是通过空间相对位置关系组织到一起的, 因此需要建立一个对象, 以其为基准来确定其它对象的位置。在真实的场景规划中我们可以根据真实校园环境的主干道路为参照对整个场景划分为若干区块, 分块进行三维建模。同时在对各区块外部景观树木、草地、路灯等进行建模, 最后将其并结成一个整体。同时通过以下策略实现载入的优化: (1) 对于重复出现相同实体使其共用纹理和材质; (2) 纹理图片进行优化, 在保持效果的前提下, 缩小纹理的大小, 这样可以在程序运行的时候尽可能少的占用显存; (3) 实现动态载入技术, 即当场景中需要什么实体 (包括模型、图片、音乐、视频) 时动态载入; (4) 在纹理渲染方向, 材质渲染选择最近的渲染方式, 可以减少占用显存; (5) 在实现现有功能的前提下, 对消息控制和流程控制进行优化。
虚拟场景的规划要尽量贴近真实场景, 让真实地景、地物的再现, 使用户尽量能够真实的了解现实场景中情景, 如同身临其境一般。
3 虚拟漫游系统的开发流程
虚拟校园漫游系统能将二维校园平面图拓展为三维空间, 能更逼真、更形象地呈现校园的自然文化风貌。访问者能自主地领略校园文化、生活氛围。
虚拟漫游系统的实施步骤包括场景规划、三维建模和场景漫游路径设置等步骤, 其具体开发流程如图1所示。
3.1 原始数据收集
通过对校园的原始规划方案的查找、实地考察、航拍等, 获取其数据信息, 包括地理位置、布局安排、校园建筑结构以及相关图片、影像资料的信息。这些信息的获取为校园的三维场景、实体建模提供了大量的数据资料, 从而更加真实的反映现实世界的具体情况。
3.2 三维视景生成
三维模型是整个实时漫游系统的基础, 模型的好坏直接影响运行的效果和场景的逼真度, 所以在建模的过程中要想方设法控制模型的网格密度。有时可以删除掉那些看不到的面或相互交错的面, 显示尺寸小的东西用较小的顶点数表现, 能使用贴图代替模型的尽量使用贴图。在建模的过程中控制三维模型的复杂程度, 尽量使用原始模型尽量控制三维建模的总数量从而最大限度的简化场景数据量。
根据场景规划方案进行三维建模, 三维建模包括三维地形建模和三维实体建模。根据数码采集的相片, 制作生活区、教学区、道路等3D模型。根据数字化仪, 先得到人物、建筑物等实体的模型, 然后通过3DMAX进行模型优化。并对某些模型加入了动作。生成模型后, 运用以下的方法, 生成Virtools可载入的文件。如图2所示
3.3 内嵌场景及内外场景的过渡
对于庞大的虚拟场景来说, 可以将其中的部分场景作为内嵌场景, 例如图书馆、多媒体教室等。内嵌场景作为一个独立的场景文件创建, 在浏览主场景时, 访问者可以自主进行资源的浏览和设备的控制。内嵌场景用inline语句引用显示在主场景中。
需要指出的是:内嵌场景的引用并不是将所有的内嵌场景文件中的模型顶点标记在主场景文件中, 而是只需记录下内嵌场景的URL地址并标出它的总体大小尺寸即可。如果需要浏览校园某个建筑的内部时, 就可以为建筑的内部单独制作一个场景文件, 例如图书馆、多媒体教室、学生宿舍等。
在设计场景时, 不仅要创建外部场景, 还要创建内部场景。在设计大门时, 不仅要做出关闭的样子, 还要创建一个接触触发器节点, 在节点中创建门在打开后的模型和开启时间, 最后用路由节点ROUNT来连接两者。
3.4 视景仿真的利用
利用Multigen-Vega仿真软件调用建立好的散文虚拟场景, 完成丰富多彩的仿真渲染效果。为了加强漫游效果, 可以结合VC++编程设置人工干预路径, 同时在场景中加载音乐、解说等配音效果。视景仿真技术的应用可以使用户具有感知能力, 并使用户全身心的投入到计算机创建的三维虚拟环境中, 如同在现实世界中的感觉一样。同时, 用户还可以与环境通过实时、有效地开展交互, 完成特定意义下的功能实现, 使参观者身处其中对模拟环境内各种虚拟的事物进行触摸、移动等进行各种交互。视景仿真的多感知性 (Multi-Sensory) 、浸没感 (Immersion) 、交互性 (Interactivity) 、构想性 (Imagination) 使用户难以分辨真假, 使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中, 在该环境中的一切看上去是真的, 听上去是真的, 动起来是真的, 甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的, 如同在现实世界中的感觉一样。用户还可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体, 这时手有握着东西的感觉, 并可以感觉物体的重量, 视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
4 系统漫游的实现
系统漫游的实现包括自动漫游的实现、交互式漫游的实现和视景特效。用户可以通过键盘控制切换漫游的方式, 利用操作系统的消息机制, 调用函数, 应用程序消息响应而实现。
自动漫游实际上就是虚拟场景中的动画, 对于导航线路的指定、运动控制和试点等主要利用触发器和插值器技术来实现的。路径的选择可以由给定的坐标决定, 也可以设计专门的数据文件用以存放路径位置的关键点坐标。场景中所建立的不同视点通常在右键单击浏览图中弹出的菜单中显示出, 也可以根据漫游的路线在网页中显示出。在漫游的实现上可以是事先定制的漫游路线, 也可以根据浏览者的个人意愿选择其中一条路径进行自动漫游。
在交互式漫游中, 替身是虚拟现实技术中虚拟世界中人的象征, 使用替身观察世界以及同虚拟世界的交互, 使替身在虚拟场景中随意进行前进、后退、旋转等, 从而看到场景中任何一个角落。通常只需借用替身的眼部观察, 以鼠标作为人机的交互工具, 此时替身外表并不需要显示。由于替身的外表特性会影响到对虚拟校园的观察, 因此需要提供替身的外表特性, 另外替身观察虚拟场景的移动方式也会像人一样需要设定, 而替身的外表和移动特性主要由Navigation Info节点控制。
视景特效的实现体现在: (1) 在模型中加了动作以后, 车的行驶、学生的行走、鸟的飞翔、都可以转变为角色对象, 可以通过Position On Curve实现其功能; (2) 草地、树木在做模型时做成一个平面的模型, 然后通过Texture Sine实现纹理的流动, 通过Play Animation 3D Entity实现模型的动作; (3) 树木随风摆动也可以通过纹理的动作来实现。
5 结束语
随着虚拟现实技术的发展, 它在各个领域中的应用越来越广泛, 包括科学研究、教育、建筑、工程和商业等, 已被越来越多的人所重视。本文基于虚拟现实技术, 实施了一个视景仿真漫游系统。本文采用Virtools技术进行开发, 侧重于虚拟场景的虚拟现实技术, 设计实现了虚拟场景的视景仿真系统, 实现了虚拟漫游等多功能, 交互形式丰富, 使用户有临场感、真实感。通过三维建模使该虚拟环境中事物具有实物性, 用户在漫游过程中具有身临其境的感受。在该虚拟场景中灵活的漫游路径丰富了用户漫游的体验, 增强了视景仿真系统的真实感。
参考文献
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[5]朱宁克, 邹越.虚拟现实技术在建筑设计中的应用[J].北京建筑工程学院学报, 2008 (1) .
漫游校园 篇8
关键词：虚拟现实,虚拟校园漫游,3Ds Max,Virtools
虚拟校园漫游在电脑上真实的再现了校园环境及校园文化,浏览者不用亲自到学校就可以形象直观体验亲身游览校园的感觉,起到对校园面貌和校园文化有直观的体验和认识,对设施设备清楚了解的作用。虚拟校园漫游的开发有很多种工具和平台,最常用的一种方法是使用3Ds Max进行建模、材质等前期处理,然后导出到虚拟现实软件中进行后期的交互处理,后期工具本文选择的是Virtools。下面就使用这两款工具开发虚拟校园漫游过程中设计到的关键技术进行介绍。
1 建模技术
虚拟校园漫游中的场景模型主要涉及教学楼、宿舍楼、餐厅等建筑物以及操场、道路、树木等,是一个大场景,建模时需要对整个校园的这个大场景进行区块划分,比如宿舍楼区一块,教学楼区一块等,各个区块制作完成后导入到一个场景中,将极大的降低建模的难度。
很多时候,在进行场景建模时,开发者并没有校园的第一手资料,比如建筑平面图、详细的测量参数等,可以使用谷歌地图测量的数据作为建模参考,同时使用截图软件截下谷歌航拍图,在3Ds Max透视图中建一个面片并将截下的航拍图赋给该面片,作为建模时的布局参考。建筑物主体建模使用二维样条线勾勒出轮廓,然后挤出建筑物的高度,附属物用基本几何体变形制作,细节部分如门窗等用贴图来表现。路面、人工湖建模基本同建筑物建模方法一样。花草树木是场景中最多的装饰物,花草树木的逼真程度影响到场景的真实感,可以通过交叉的面片来实现,这种方法极大的降低了模型面片数,并配上良好的照片素材和透明贴图来实现模型效果。绿化带使用基本几何体中的Box,给侧面和顶面附上不同的材质表现。
2 场景优化技术
逼真的模型是增强漫游真实性的保证,但是如果校园场景中模型的总面数太多会多占用系统资源,影响系统运行的速度,所以需要在不降低模型真实性的前提下对场景中的模型进行优化处理,以下是几种常用的优化方法。
2.1 减少模型面数和删除多余面
对于整个漫游场景,模型的总面数多少决定了场景在电脑上运行速度的快慢。在使用3Ds Max软件进行场景建模前,先对场景中所有模型的面数做一下估算,然后为复杂程度不同的模型分配不同的面数。在建模过程中,减少几何体的分段数能有效减少模型的面数。多余面是对视点不可见的部分,模型的背面或模型被其它模型遮挡住的面以及模型自身内部的面都是多余面。三维模型建立后应删除这些多余面,从而降低场景的总面数,做到场景最优化。
2.2 使用纹理映射模拟模型的细节
纹理映射是真实感模型制作的一种方法,它可以方便的制作出使用建模技术无法表现细节的极具真实感的模型。简单来说,就是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素,给简单平坦的模型表面增加细节的过程。对于模型上众多的细节部分,用纹理映射的方法代替模型制作,能够大大降低模型的面数和复杂度,减少了运算量,提高系统速度。
2.3 使用关联复制
关联复制(Instance)是3Ds Max复制对象时的一种方法,使用关联复制的方式复制模型,可以在增加模型数量的同时不另外占用系统资源。只要改变任何一个关联复制的模型时,其它的复制模型也做相应的改变。在漫游场景中,相同的模型只需要定义一次,就可以重复复制使用,并且可以降低生成的文档的大小。
2.4 贴图(Texture)素材处理
现在数码相机的分辨率一般都比较高,所拍的照片会很大,直接使用这样素材时,会导致场景文件过大,因此需要在不影响贴图效果的前提下对素材进行处理。可以将素材制成.JPG或.PNG格式的文件,并适当缩小图片的大小等。贴图的长宽宜采用2的N方,最好不要超过2048,即2的11次方,但贴图不一定是正方形,长方形也可以,如:128*256、1024*128。贴图的大小如果不是2的N方,那么图形将会多耗用显存,读取时也会稍微变慢。场景中需要重点表现的部分需要制作成大贴图,如建筑的屋顶,大地面等。建筑中的门窗、柱子、牌匾,地形中的道路、台阶、草地、栏杆制作成小贴图。场景中的围墙、道路、人工湖沿等需要处理成为无缝贴图。贴图制作时尽可能充满(0,1)空间,避免浪费。
2.5 使用Optimize修改器
模型完成后可以使用Optimize修改器对模型面数进行优化。Optimize修改器将小于某一指定值的相邻平面进行合并,在不影响模型逼真性的前提下,大大减少了场景中的面数。因此,在建模时,在保证模型逼真性的前提下应尽量使用直线、直面。使用曲线进行放样时尽量减少路径的步幅数和截面的分段数,以降低输出后文件的大小。
3 贴图烘焙技术
贴图烘焙也叫Render To Texture,是一种把光照和阴影信息渲染成贴图的方式,,然后把这个烘焙后的贴图再贴回到场景中的模型上,光照和阴影信息变成了贴图,在渲染时不需要CPU再去费时计算灯光和复杂的阴影信息,从而加快了渲染速度,节省CPU资源。
常用的烘焙形式有Complete Map和Lighting Map两种。Lighting Map烘焙方式烘焙生成的贴图清晰,但光感不很清晰,且只支持3Ds Max软件默认的材质,要表现模型表面丰富的效果只能用其它软件修改,适用于大面积的墙体,室内外大的地面等。Complete Map形式烘焙生成的贴图光感好,支持多数的复合材质,但是要表现好的效果需要设置的尺寸较大,否则会很模糊,适用需要重点表现的物体。
4 碰撞检测技术
在虚拟校园漫游中,对场景中活动的模型进行碰撞检测是很重要的。模型在运动过程中会发生相互碰撞,如果不检测模型之间的相互碰撞,就会出现模型穿过模型的现象。比如虚拟角色穿墙而过或者穿树而过,结果是严重破坏了漫游的真实感。碰撞检测要解决两个问题:一是碰撞在什么时间什么地方发生,二是碰撞后会做出什么样的反应。
Virtools中常见的碰撞检测方式有:盒盒相交、球球相交、盒面相交、面面相交。盒也称边界盒,是物体局部坐标轴X、Y、Z三个轴向上的最大值构成的一个长方体。对物体做碰撞检测时,首先检测边界盒是否相交,如不想交,则说明两个物体未发生碰撞,进一步对两个物体进行检测,直到检测到边界盒相交,说明发生碰撞,随之计算碰撞后的反应。球也称边界球,是物体局部坐标轴X、Y、Z三个轴向上的最大值构成的一个球体。两个不规则的物体之间发生碰撞时可以采用球球相交的形式来进行检测。球球相交首先动态拾取物体,然后为每个物体创建边界球,获取两个球心之间的距离,同时获取各自边界球的半径,当检测碰撞时判断两个球心之间的距离是否大于两个边界球半径之和,若大于则两物体为发生碰撞,如小于或等于则发生碰撞。盒面相交是判断一个物体的边界盒与两一个物体的面之间是否相交。面面相交是判断一个物体的面是否与另一个物体的面之间是否相交。
虚拟漫游中对物体的碰撞检测精度要求不是很高宜采用球球相交或盒盒相交的检测方式,这种形式既能达到预期效果,又不影响速度。
5 结束语
使用3Ds Max前期设计Virtools后期交互处理,操作简便,使得开发周期大大缩短。在开发过程中只有合理的运用这些技术,才能使得最终的场景逼真,沉浸感增强而且系统的交互速度也较快。
参考文献
[1]姬洪强.《现代教育技术》虚拟实验室的设计与实现[D].金华:浙江师范大学,2009.
[2]都美江.基于Vega Prime的虚拟校园仿真系统的研究与实现[D].沈阳:东北大学,2009.
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[4]况洋,江婕.桌面型虚拟现实系统场景优化问题研究[J].科技广场,2011(5):43-44.
漫游校园 篇9
人的信息感知约有80%是通过视觉获取的, 虚拟环境的好坏主要取决于其视景生成系统的好坏。人之所以对所见物体产生立体感, 主要是由双目视差造成的, 人的大脑通过这一视差差别对被观察对象产生立体感觉, 虚拟现实环境就是基于这一原理, 对用户的双眼分别产生两幅具有细微差异的图像, 而两只眼睛的视线有很大一部分是重叠的, 利用这种重叠而形成的深度知觉即为双目立体视觉[1]。
双目立体视觉成像原理[2,3,4]如图1所示。
图1中, 左、右投影中心分别为A (d/, 2, 0k) 和B (d/, 2, 0k) , 左右眼的距离为d, 视点到投影面的距离为k, 将三维空间物体上的任意一点P (Xp, YP, ZP) 投影到Z=0的X-Y投影平面上, 产生该点的像分别为M (XM, YM) 和N (XN, YN) 。
2、虚拟校园动态对象的双目立体视觉实现
虚拟校园动态对象 (如汽车整车模型) 的建立是基于CAD建立整车的三维几何模型, 通过IGES的数据接口转化为WTK可接受的数据格式, 再添加纹理、定义光源和材质文件来实现对汽车模型的表面建模;根据双目立体视觉成像原理, 在WTK软件平台上实现两幅图像的合成, 并以一定的频率相互转换, 利用人的视觉的迟滞效应, 通过虚拟现实硬件 (如红外发射器、立体眼镜等) 在人的大脑中合成立体视觉图像。
图2为在C A D中建立的某虚拟校园动态对象模型在W T K平台上实现的动态对象的双目立体视觉显示示例。
3、虚拟校园和图书馆场景的交互和漫游
3.1视点的设置
在虚拟校园动态对象虚拟场景的交互和漫游中, 首先必须设置视点。视点的设置有两种, 即设置在动态对象的内部或者外部, 分别获得不同的视觉效果。当视点设置在动态对象的内部时, 则可以观察到动态对象的内部情况, 实现对象的内部交互;视点设置在动态对象的外部时, 则可以观察到动态对象的外部情况, 实现对象的外部漫游。
本研究视点是通过三维鼠标等传感器来实现, 传感器的方位被自动记录并进行实时平移和旋转计算, 通过W T K有关函数来设定视点的方位, 再实现视点和虚拟场景中的实体的运动连接, 从而产生沉浸感。
3.2虚拟场景的交互和漫游
桌面式虚拟现实系统中, 虚拟场景的交互是采用键盘和鼠标来实现的, 由于鼠标操作灵活, 通过鼠标的移动来改变观察的视点, 控制动态对象的运动方向, 或实现虚拟场景的放大和缩小;通过立体眼睛或头盔来感受动静态模型在不同方位上运动图像。
3.3实时碰撞检测
当动态对象在虚拟环境中运动时, 应对动态对象与其它物体间进行实时的碰撞检测和响应, 从而增强交互的真实感。动态对象的实时碰撞检测, 主要是针对运动物体 (如汽车) 与虚拟环境中的静态物体 (如校园公路旁边的栅栏等) 的碰撞进行实时检测, 并做出响应。本研究是通过采用粗略碰撞检测算法来实现的。粗略碰撞检测算法是基于整个包围盒或包围球的碰撞检测, 只能大体检测物体之间的碰撞, 可以降低碰撞检测的复杂性, 使虚拟环境交互实时性增强[5,6]。
4、面向视景仿真的桌面VR系统开发
4.1系统层次结构
考虑到经济性, 确定开发的重点是虚拟校园和图书馆场景的生成和漫游, 使用户能够“沉浸”于一个由计算机生成的虚拟校园环境中, 并实现基本的交互功能和简单的构想。基于W T K开发平台, 开发了面向视景仿真的桌面式虚拟校园实时交互和漫游系统, 该系统由三层组成, 即:三维模型构造层、虚拟现实层和交互驱动层, 其基本层次结构如图3所示。
4.2系统基本配置
面向视景仿真的桌面式虚拟校园实时交互和漫游系统硬件系统基本配置:
(1) 微机:Pentium4, 主频2.4G, 80G/7200硬盘, 17英寸显示器; (2) 图形加速器:Quadro4 900 XGL, 虚拟现实系统专用;
(3) 立体图像观察设备:红外中央同步信号控制发射器、有线立体眼镜、无线立体眼镜;
(4) 头盔:Cyber CE 500s, 最大象素800×600;
(5) 跟踪器:含信号发生器和接收器;
(6) 空间球:Spaceball4000FLX, 6自由度虚拟空间和3D模型交互。
图4所示为所开发的面向视景仿真的桌面式虚拟校园实时交互和漫游系统硬件调试。
系统软件基本配置:
(1) 操作系统:Windows XP;
(2) 虚拟环境开发平台:WTK 9.0;
(3) 开发软件:VC++6.0;
(4) 建模软件:3D MAX;
(5) 分析计算平台:ADAMS12.0、ANSYS6.5、MATLAB7.2。
5、结语
本文研究了双目立体视觉成像原理, 为了增强虚拟环境的沉浸感, 通过C语言调用W T K的函数实现虚拟校园动态对象的双目立体视觉显示;探讨了视点的设置、虚拟场景的交互和漫游、实时碰撞检测处理等虚拟场景交互和漫游问题, 为了给观察者以漫游虚拟世界的感觉, 开发了面向视景仿真的桌面虚拟现实系统, 用键盘和鼠标等初步实现了虚拟校园和图书馆等场景的交互和漫游。
参考文献
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[4]Carolina Cruz-Neirat Daniel J.Sandin Thomas A.DeFanti Sur-round-Screen rojection-Based Virtual Reality:The Design andImplementation of the CAVE Electronic Visualization Laboratory (EVL) , The University of Illinois at Chicago.
[5]罗亚波, 陈定方.基于微机的虚拟环境体系结构研究.武汉:武汉交通科技大学学报, 2000 (5) :497-500.
漫游校园 篇10
1 项目开发过程
第一, 三维数字校园虚拟漫游 (东区) 的实现, 数字校园虚拟漫游 (东区) 内所有三维模型的构建、纹理的贴图、在数字校园虚拟漫游 (东区) 场景中的各类特效以及动画等;将3D数字校园虚拟漫游 (东区) 场景模型、脚本以及多媒体资源融合到Unity3D中, 设计制作出PC机或漫游设备屏幕上显示的实时3D数字校园虚拟漫游 (东区) 场景;漫游系统界面交互、漫游角色控制、物品碰撞检测、漫游资源动态载入、漫游关卡读取各种的漫游技术运用最终形成一套完善的漫游系统。
第二, 互动感应的实现, 主要解决肢体感应设备与Unity3D的交互问题:通过肢体感应设备所提供的SDK包或者其他技术手段 (API的使用) 开发出与Unity3D交互的动态链接库;在此项目中肢体感应设备捕获的数据与漫游操作所需要的数据进行了有效的转换, 我们将肢体感应设备捕获的3维场景信息通过图形图像处理运算分析转换成漫游中角色实际操作的数据。
第三, 搭建共性的虚拟数字校园虚拟漫游 (东区) 平台, 开放式集成基于肢体感应式的三维漫游。使得漫游开发人员只需要开发通过鼠标键盘控制的三维漫游, 通过我们平台所提供的中间件来达到肢体感应 (通过挥舞手臂来控制漫游角色行为) 的效果。
通过六个系统的构建来完成三维虚拟数字校园虚拟漫游 (东区) 的实现问题。这六个系统分别是三维数字校园虚拟漫游 (东区) 的渲染系统, 光照系统, 地形系统, 物理系统, 声音系统以及素材导入系统。
渲染系统是指在我们数字校园虚拟漫游 (东区) 的漫游中, 我们所加入的灯光或者阳光将作用与所有的物件, 并且对我们项目中使用灯光的数量以及阳光的强度不做任何限制, 我们将绝对真实地模拟现实数字校园虚拟漫游 (东区) 的场景, 并且在虚拟的数字校园虚拟漫游 (东区) 中所添加的所有灯光将对其所渲染的物件产生阴影效果。
光照系统是指我们将我们的漫游做的更加漂亮, 在我们的项目中, 我们将使用点光源, 聚光灯以及方向光来美化我们的漫游。在地形系统中我们为漫游创建十分逼真的地面, 草地, 树林。物理系统, 一款完整的漫游要想做的与现实生活一样逼真的话, 就必须要有物理系统。通过我们所创建的物理系统, 玩家在虚拟数字校园虚拟漫游 (东区) 中会感觉和现实更加逼真。声音系统, 一款再好的漫游, 如果没有声音, 就相当于一个无声的世界, 很多效果就会变得极不真实, 我们这款漫游中使用了3维声音, 是指当漫游角色的左边物件发出声音的时候, 我们的音箱的左声道将比右声道的声音更大, 使得玩家很容易能够判断是漫游角色的什么位置上的物件发出的声音。素材导入系统, 此项目中的素材包括了3维模型, 2维图片, 声音和视频, 通过素材导入系统将这些素材导入到漫游系统中。
2 该项目的关键技术
首先, 我们要充分了解我们所选用肢体感应设备的原理, 并且在windows平台下使用visual studio 2008进行C++编程来得到肢体感应设备所记录的相应信息, 从而得到能够被Unity3D使用的动态链接库*.dll。
其次, 我们将使用C#语言作为我们的脚本语言来使用生成的动态链接库中的函数, 从而达到对其漫游角色控制的效果。
第三, 搭建共性的虚拟数字校园虚拟漫游 (东区) 平台, 开放式集成基于肢体感应式的三维漫游。在此项目中我们为使用unity3d技术开发漫游的漫游开发人员, 搭建一个全新的可以使用肢体感应设备来控制角色的漫游平台。
3 项目的创新点
本项目最本质的特色是采用了全新的漫游控制技术, 通过漫游捕捉设备进行对玩家肢体行为分析达到控制漫游, 开发出“融入漫游世界”的虚拟视频漫游。
(1) 肢体感应式操控:传统的电子漫游是通过手柄、键盘输入和机械设备等控制设备来对漫游进行控制, 本项目采用的是全新的漫游操作方式来进行漫游。通过对玩家的肢体动作进行不做进而运算分析得到玩家所要进行的漫游行为, 匹配玩家的漫游行为和实际的漫游操作, 这样漫游就可以通过不做玩家的状态来进行漫游操作的控制。
(2) 三维数字校园虚拟漫游 (东区) 平台的设计与开发:搭建共性虚拟有了场平台, 开放式集成基于肢体感应式的三维漫游。使漫游开发人员专注于开发通过鼠标键盘控制的三维漫游, 通过我们平台所提供的中间件来达到肢体感应 (通过挥舞手臂来控制漫游角色行为) 控制的效果。
摘要：该文详细介绍了一款具有全新操控系统的漫游系统--基于体感设备的三维数字校园虚拟漫游 (东区) 。该系统采用Unity3D游戏引擎将3D模型、游戏场景、角色动画、脚本资源、音效和视频多媒体素材融合到一起最终打造仿真的虚拟世界。在这个虚拟的世界里我们抛弃了传统的游戏操控方式, 采用了全新的操作方式:通过游戏控制设备捕获玩家的肢体动作再通过进一步的运算分析达到对游戏的控制。整个漫游界面的操控和游戏角色的控制都将采用肢体感应式的操控, 新的游戏控制模式带给用户新的操作控制体验。让用户具有身临其境的感觉, 体验到虚拟现实在三维建筑漫游应用中的乐趣, 并最终实现漫游软件的产品化和商业化。
关键词：肢体感应式操控,互动感应,虚拟漫游
参考文献
[1]刘剑锋.虚拟环境下几种三维交互技术的研究[D].浙江大学, 2010.
斐济：漫游岛国球场 篇11
丹娜拉高尔夫及网球俱乐部
从索菲特斐济度假村到丹娜拉高尔夫及网球俱乐部只是1个4杆洞的距离，背包走过去刚好当作热身，总长6513米的18洞是个入门级的度假球场，由日本籍设计师Eiichi Motobashi于1993年打造，地势平坦、球道开阔且外围的长草剪得特别短，球手可以毫无顾忌开怀进攻。绝大多数的沙坑只会摆放在果岭的背后和遥远的两侧，只靠横跨球道的几条小河来增加难度，障碍一目了然，即使球场没有提供球童，访客也可以从容面对，不难在此创出个人最佳成绩。
球场的前9洞难度最低，果岭入口没有沙坑障碍，只有第1、第8和第9洞有河道横跨球道，全长388米的第4洞的湖边还泊有多艘游艇，洋溢度假气氛。后9洞难度逐渐提高，404米的第15洞是场内唯一稍稍有坡度的球洞，走近果岭开始嗅到海水的气息，原来尽头就是多间度假酒店的沙滩区，景致怡人。不过，球友们切勿分心，紧接着330米的第16洞有一棵大树屹立在球道中央，果岭前面亦会发现沙坑的踪影，最后压轴的第17和第18洞更遍布湖水障碍，似乎设计师要尽最后努力拉高大家的杆数。丹娜拉球场提供全日任打的优惠，并允许5人同组打球，每逢周末球场都会挤满客人，欠缺耐性的谨记要尽早开球。
南太平洋明珠冠军级高尔夫球场
要享受宁静打球的乐趣不妨走远一点，南太平洋明珠锦标赛高尔夫球场（Pearl South Pacific Championship Golf Course）位于斐济首都苏瓦（Suva）与南迪的中间，总长6285米的18洞为球场设计大师小罗伯特.琼斯（Robert Trent Jones Jr.）的手笔，球洞在成熟的树林穿梭，难度较丹娜拉球场高得多。但是，球场近年受水浸困扰，保养出现问题，球道和果岭都长着杂草，大树林立的前9洞缺乏阳光湿气特别重，早上还有不少青蛙伴随打球。直到后9洞离开树林，环境变得通爽开阔，阳光照耀下，保养有所改善。
作者为资深高尔夫摄影及专栏作家。作者感谢Fiji Airways、Rosie Holiday的支持。对于本文内容您有任何评论或欲查看其他资本圈精英评论，请扫描版权页二维码，下载并登录“新财富酷鱼”和我们互动。
漫游校园 篇12
关键词：虚拟现实,虚拟校园,Virtools,Maya
1、引言
虚拟校园是近年来在虚拟现实研究领域出现的热门方向, 包含了计算机图形学、人机交互等多种学科。虚拟校园漫游作为虚拟现实的一个重要方面, 受到了越来越多的研究者们的关注, 不但能展示学校的风景, 还能提供导航等功能型应用, 很多学校都搭建了自己的虚拟校园平台, 常见的实现方法有三维动画演示、网页2.5D校园地图和基于游戏引擎的可交互型漫游系统等。
游戏引擎是一个复合型系统, 它包含了渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。同时, 游戏引擎中多数功能都已封装好, 可以直接使用, 极大的减少开发的难度和工作量, 提高了工作效率而且降低了使用门槛。作为一种新型虚拟漫游系统的开发软件, 与之前的实现方法相比, 它更加强大、更加灵活和多样化, 给虚拟校园漫游系统研发提供一个良好的软件平台。
Virtools是一个功能全面的轻量级游戏引擎, 使用简单, 已在数百所大学被广泛使用。同时, Vitools可以直接发布html格式, 便于开发网络平台的应用。本文通过对研究基于Virtools游戏引擎的研究, 利用游戏引擎的优点, 提出一套有效的搭建虚拟校园漫游场景的方法及流程。
2、校园场景制作
2.1 校园地图
虚拟校园漫游具有较高的真实性, 地图的绘制作为校园场景的第一步, 也是最重要的步骤之一, 需要一定的严谨性, 才能得到较为精确的校园场景。
通过Google卫星地图 (如图1所示) , 可以得到一个非常精确的校园航拍图, 这个地图不仅准确, 而且对于校园里道路、建筑物、植被分布等信息都能有很直观的认识。
2.2 模型建立和材质纹理贴图
因为模型在Maya软件中完成建模后, 需要导入Virtools游戏引擎中进行使用, 为了提高交互场景的运行速度, 需要控制筑物和植物模型的面数, 以及模型贴图的大小和数量。
建筑物模型为了减少面数, 只构建出建筑物的主轮廓和比较明显的突起结构, 细小的细节通过图片来表现。因为学校的教学楼比较规整, 如阳台窗子等部分可以复用一张贴图来表现, 这样极大的提高了引擎的运行速度。 (如图3所示)
植物可以通过交叉的面片来实现, 这种方法极大的降低了模型面片数, 并配上良好的照片素材和透明贴图来实现模型效果。 (如图4所示)
完成所有场景元素的模型后, 按地图中相应位置摆放, 形成一个完整的虚拟校园场景, 整合后整体导入Virtools引擎中, 这样能很大的提高制作效率。
2.4 导出游戏引擎可用的文件格式
Maya的模型文件要导入Virtools引擎需要安装一个“Maya To Virtools”的插件, 并选择已安装的Maya软件所对应的版本。安装完成后, 打开Maya软件, 选择“Window”>“Settings/Preferences”>“Plug-in Manager”打开插件管理窗口, 找到“Maya2Virtools2.mll”项, 勾选后面的两个选项完成插件的加载。
打开“File”菜单, 点击“Export”后的小方块打开导出设置窗口, 选择Virtools格式导出, 通常情况下不需要更改下面的默认设置。最后所导出“*.nmo”格式的文件便可以直接导入Virtools引擎了。
3、游戏引擎虚拟漫游实施方案
把整合的场景模型导入到Virtools中, 形成了整个虚拟校园漫游的场景。 (如图5所示)
3.1 漫游方式设计
漫游的方式选用3D游戏常用的第三人称视角 (即跟随式视角) , 让玩家控制的人物在整个校园中自由行动。最初的设计是使用人物作为主角, 但是发现由于校园场景过大, 人的移动速度太慢, 使得漫游整个校园场景过于漫长, 非常影响用户体验, 强行提高奔跑速度又过于牵强。经过多次试验后, 最后选着通过驾驶小车的形式来进行漫游。同样选着第三人称视角, 将摄像机架设在小车的顶部, 这样比较容易操作。
3.2 碰撞检测及音效触发
碰撞是一个非常重要的系统, 当物体与物体接触时, 如果没有设置碰撞, 物体会发生穿透现象, 影响了虚拟环境的真是感。由于很多模型的结构比较复杂, 如果复杂的接触, 可能会触发多个面不同角度的碰撞, 容易产生程序错误。
可以通过Virtools引擎中的三维虚拟物体来实现引擎的碰撞计算的简单化。将每一个会产生碰撞的模型, 如楼房、小车等, 用一个三维虚拟物体完全包裹住, 将碰撞判定设置在这个三维虚拟物体上, 这样可以有效的减少碰撞时可能出现的错误。
音效是虚拟漫游中的一个重要元素, 校园介绍更是必不可少的。为了让小车在经过校门和各幢楼前时, 都能听到相应的简介, 这里同样可以用三维虚拟物体来触发音效。分别在和各幢楼以及学校大门等位置设置三维虚拟物体, 这里的三维虚拟物体设置为可穿透的触发机关, 当小车的三维虚拟物体与之相接触时, 触发音效 (如图6所示) 。
3.3 生成执行文件
完成虚拟校园漫游的制作后, 可以使用Virtools打包发布一个html格式的应用程序, 打开html文件便可以进行虚拟校园的漫游体验了。同时可以将这个html文件上传到网络, 用户可以通过IE浏览器在网上进行校园虚拟漫游。
4、结语
本文研究和提出了在Virtools平台下, 虚拟校园漫游系统的制作方法, 利用游戏引擎的特点和优势, 快速的建立了可交互的3D虚拟校园游系统。通过利用游戏引擎的灵活性, 使得虚拟漫游的应用拥有了更大的扩展性。游戏引擎的应用将更为广泛, 用户体验更加多样化。游戏引擎将会成为虚拟现实领域的一个重要角色。
参考文献
[1]火星时代.火星人系列图书:Maya白金手册[M].北京:人民邮电出版社, 2011.
[2]王立群, 李红松.电脑游戏策划与设计:Virtools简明教程[M].上海:复旦大学出版社, 2008.
[3]付志勇, 高鸣.三维游戏设计[M].北京:清华大学出版社, 2008.
[4]黄亚鹰, 邵阳.游戏引擎创建虚拟现实校园的研究与应用[J].湖南理工学院学报 (自然科学版) , 2011, 2.