发布时间 : 星期三 文章基于VR-Platform室内漫游系统技术 - 图文更新完毕开始阅读
西南科技大学城市学院本科生毕业论文
第3章 场景建模过程
3.1 三维虚拟场景的建模技术
为了使用户能够真正沉浸于一个由计算机生成的虚拟环境中，必须使
生成的环境足够逼真和自然，一个虚拟环境是否逼真，取决于人的感观对比环境的主观感觉。人对环境的感知主要是通过视觉、听觉。触觉、嗅觉及重力等来获取的，因此，一个好的虚拟环境必须给这些感观提供与现实环境相似的刺激。人的信息感知大部分是通过眼睛获取的，所以视觉感知的质量在用户对环境的主观感知中占有最重要的地位。也就是说，一个虚拟环境的好坏主要取决于视景生成系统的好坏，虚拟环境的视景效果是影响虚拟现实系统沉浸感的最重要的因素。
虚拟场景的构建首先要完成的是对场景的三维建模工作，三维模型的构建是漫游系统实现的基础，也是虚拟视景生成技术的一项重要研究内容。为了给用户创建一个能使他感到身临其境和沉浸其中的环境，虚拟现实系统必须能够根据需要逼真地显示出客观世界中的一切对象。不只是要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似，而且要求它们在形态、光照、质感等方面都十分逼真。三维建模在技术实现，主要包括多边形或三角形构成对象的立体外型和对几何建模的结果进行纹理、颜色、光照等处理。场景的种类主要有景观区和建筑住宅区。 3.1.1 几何建模
几何建模是开发虚拟现实系统过程中最基本、最重要的工作之一。虚拟环境中的几何模型是物体几何信息的表示，涉及表示几何信息的数据结构、相关的构造与操纵该数据结构的算法。虚拟环境中的每个物体包含形状和外观两个方面。物体的形状由构造物体的各个多边形、三角形和顶点等来确定，物体的外观则由表面纹理、颜色、光照系数等来确定。因此，用于存储虚拟环境中几何模型的模型文件应该能够提供上述信息。同时，还要满足虚拟建模技术的三个常用指标即交互显示能力、交互式操作能力、易于构造的能力对虚拟对象模型的要求。
对象的几何建模是生成高质量视景图像的先决条件。它是用来描述对象内部固有的几何性质的抽象模型，所表达的内容包括、对象中基元的轮廓和形状，以及反映基元表面特点的属性，例如颜色、基元间的连接性，即基元结构或对
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象的拓扑特性。连接性的描述可以用矩阵、树、网络等。应用中要求的数值和说明信息。
从体系和结构的角度来看，几何建模技术分为体素和结构两个方面。体素用来构造物体的原子单位，体素的选取决定了建模系统所能构造的对象范围。结构用来决定体素如何组合以构成新的对象。
几何建模可以进一步划分为层次建模法和属主建模法。 （1）层次建模方法
层次建模方法利用树形结构来表示物体的各个组成部分，对描述运动继承关系比较有利。例如手臂可以描述成由肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节、手掌、手指构成的层析结构，而手指又可以进一步细分。在层次模型中，较高层次构件的运动势必改变较低层次构件的空间位置，例如肘关节转动势必改变小臂、手掌的位置，而肩关节的转动有影响到大臂、小臂等。
（2）属主建模方法
属主建模方法的思想是让同一种对象拥有同一个属主，属主包含了该类对象的详细结构。当要建立某个属主一个实例时，只要复制指向属主的指着即可。每一个对象实例就是一个独立的节点，拥有自己独立的方位变换矩阵。以汽车建模为例，汽车的每个轮子有相同的结构，我们可为之建立一个轮子属主，每次需要轮子实例时，只要创建一个指向轮子属主的指针即可。通过独立的方位交换矩阵，便可以得到各个轮子的方位。这样做的好处是简单高效、易于修改、一致性好。几何建模在技术中得到了广泛的应用，也为虚拟环境建模技术研究奠定了基础。但是几何建模仅建立了对象的外观，而不能反映对象的物理特征，更不能表现对象的行为，即几何建模只能实现虚拟现实“外表相似”的特性，可无法实现虚拟现实的其它特性。 3.1.2物理建模
物理建模指的是虚拟对象的质量、重量、惯性、表面纹理光滑或粗糙、硬度、变形模式弹性或可塑性等特征的建模，这些特征与几何建模和行为法则相融合，形成一个更具真实感的虚拟环境。物理建模是虚拟现实系统中比较高层次的建模，它需要物理学与计算机图形学配合，涉及到力的反馈问题，主要是重量建模、表面变形和硬度等物理属性的体现。变形技术和粒子系统就是典型的物理建模方法。
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3.2室内场景的建模
一个复杂的室内环境的漫游场景可被划分成为多个子场景，各个子场景之间几何不可见或完全不可见。依据这些特点对场景进行场景分割，不同房间作为不同的子节点；首先选取合适的分割平面把多个房间隔开，然后分别构造房间结构。此外，系统就能有效地减少在任一时刻需显示的多边形数目，从而有效地降低了场景复杂度。
本文在设计过程中以教室为主要模型进行了构建，下面以教室为例介绍室内场景的具体建模过程。
教室是学生学习的主要场所，一般不采用过于复杂的设计，室内陈设简单的课桌椅、讲台和置物柜。具体过程如下：
(1)、首先用AutoCAD绘图软件对教室的轮廓进行整理，根据房屋的结构确定不同的图层，使用不同颜色的线进行绘制，作为建立模型的主要依据。
3-1.教室cad图纸
(2)、然后把保存好的CAD文件，利用导入命令导入。3Ds MAX中。进行建模，创建房屋的基本结构。
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3-2.教室的基本结构
(3)、创建室内模型，主要是桌子、椅子、置物柜、讲台、黑板等。在这部分模型的设计过程中，要根据各自的特点进行操作，并按照虚拟建模的特点，在不影响外观的情况，尽量要做建模。如图所示：
3-3.课桌椅
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