广东 吴迪 虚拟场景漫游的设计与实现探讨.doc

虚拟场景漫游的设计与实现探讨 吴迪 摘要：随着计算机软硬件技术的发展，利用虚拟现实技术进行复杂场景的虚拟漫游已成为可能，利用这一技术我们可以足不出户游览风景胜地，可以漫游虚拟博物馆欣赏文物，可以游览虚拟校园欣赏校园景致等等。虚拟现实(Virtual Reality简称VR)是一项涉及计算机图形学、人机交互、人上智能等学科的综合技术，它的日的是用计算机来生成一个逼真的二维感觉世界.给观众以如同真实世界的体验。虚拟现实技术从出现经过十几年的发展已经逐步走进了人们的日常生活，无论是在游戏、广告宣传还是在建筑设计、军事仿真等领域都显小出强大魅力。在虚拟现实的发展过程中人们总结出一个虚拟现实系统应具有以下三个特征：沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)和想象力(Imagination)。它们分别表示虚拟环境模拟的真实程度，与虚拟环境进行交互的自然程度和用户在虚拟环境中的认知能力。因此增强沉浸感，提高交互的方便性以及丰富人们的想象力是进行复杂虚拟场景漫游所应遵循的原则。本文将结合虚拟漫游系统的构建，探讨虚拟场景的建立及进行漫游的若干技术问题。虚拟漫游系统是一个以逼真的视觉、听觉、触觉为一体的特定范围的虚拟环境，它是一个真实的或假象的仿真虚拟空间，用户借助一定的装备在虚拟环境中进行虚拟漫游，从任意角度对虚拟环境中的对象进行观察，从而产生身临其境的感觉，同时也能对物体进行操作和规划，满足用户的所需要求。它的工作主要由部分组成：漫游引擎的实现和三维场景的建模三维场景建模就是构建虚拟校园环境，是漫游系统设计的核心问题之一 图1 图2 4) 3D精灵技术与广告牌技术 模拟树木作为场景中数目最多的外部景观,树木的逼真程度直接影响到整个场景的真实感。因此,单株树木的表示方法也是场景建模中的重要研究内容。一般来说,按照真实树木的形体进行详细建模是很难实现的。由于树的不规则形状,很难像建筑物建模那样用长方体、圆柱等基本几何体来表示一棵树。因此想通过精细建模的方法来表示大量的树木是行不通的。利用纹理映射来实现树木的简单表示,但也要采取必要的手段来保证场景中树木的立体感与真实性,文中使用 Billboard技术多边形面来模拟树的方法。Billboard技术使得当视点改变时,此多边形会绕指定的轴旋转从而保证实体始终面向着视点。只要时刻保持二维纹理树木图像的法线矢量指向观察者,就可以造成一种能够使观察者满意的三维树木的假象。如图3所示。 图 3 2 LOD的使用及碰撞检测 由于LOD技术在降低场景复杂度的同时也会增加系统的开销,所以在小区漫游系统中只将LOD技术应用于构建的比较精细的模型上。 为将要应用LOD技术的物体添加LOD属性:Virtools中的物体可以添加很多属性,例如,地板属性、碰撞检测属性等。把要应用LOD技术的物体添加LOD属性,在添加时可以将属性添加到模型中体积较大、面数较多的物体上去,其他体积较小并且不太重要的物体可以不添加 LOD属性,这样可以提高 LOD的效率。 Virtools软件的最大优点就是它提供了许多封装好的功能模块和参数操作, Collision Detection和Prevent Collision都有三个属性Geometry Precisi on。这个属性供用户选择碰撞检测的精度,它有三个选项: Automatic, BoudingBox和Faces。选项Automatic,在碰撞检测中各物体采用自身的精度；选项BoudingBox；宣布为障碍物的三维对象统一采用六面体的包围盒,由于在虚拟漫游中对物体之间的碰撞检测精度要求并不是太高,采用这种精度,既能达到预期效果,而且不影响速度,比较适合虚拟漫游系统中的碰撞检测；选项Faces,则是在面与面之间进行的碰撞检测,这种精度过于精细,影响漫游速度,故采用的较少。 二、漫游功能的设计 在虚拟场景漫游中,需要提供多种漫游控制功能,方便用户和虚拟场景之间的交互。本文设计和实现了几种漫游功能,如图4所示。 1)Unit:该小区有多种户型平面,本功能可让客户对小区中不同户型单元平面图进行浏览,并可以放大浏览,设置动态放大到一定的倍数,比如利用线性插值模块可以实现动放大到两倍就停止放大。 2)Single:单体住宅楼透视效果；可改变场景,转入到单体住宅楼环境中。这样可以提高运行速度,详细观看单体建筑的外观。 3)Indoor:住宅样板房间室内漫游；建立虚拟场景时,不可能对每栋楼的室内建立模型,其原因是工作量太大,电脑的资源有限。因此,建立几种户型的样板房,让客户感受不同户型房间内的空间、采光及家具的布置情况等,以帮助客户