发布时间 : 星期一 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
的伟景行科技公司，作为国内建筑和城市规划领域最早从事虚拟现实可视化技术研究和开发的企业之一，现已发展为国际领先的虚拟现实技术整体解决方案供应商和相关服务提供商，并与清华大学建筑学院合作建立了业内首家虚拟现实技术实验室。该公司承接的多个应用虚拟现实技术的重点项目，如北京中关村科技园五个园区、北京中央商务区、西安市中央商务区、嘉兴市中心区城市设计等都取得了成功，充分体现了虚拟现实技术在我国城建领域的应用发展潜力[15]。
2.2虚拟漫游开发技术
虚拟漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，是由一系列的场景链接在一起组成的虚拟现实，它还可以将图像、声音、URL、交互地图和热点添加进去。当用户点击虚拟漫游中的热点欣赏这些场景时，仿佛在现实中从一个场景走到了另一个场景，让观众仿佛置身其中。虚拟漫游大大强化了用户虚拟现实的真实感。如果需要近距离观看，用户甚至可以放大某个场景视点，让用户看得更为真切。
虚拟建筑场景漫游是虚拟漫游的一个代表性方面，是虚拟建筑场景建立技术和虚拟漫游技术的结合。前者是基础，后者是系统运行方法。虚拟建筑场景漫游技术有多种分类方法，比如：按基于图像、图形或混合型的来分，按漫游对象一建筑物或建筑环境的真实存在与否来分；按漫游对象数据的真实性来分；按漫游系统的形成技术来分；按漫游系统的应用行业和目的来分等等。
目前国内外研究的虚拟场景漫游在实现方法上，主要按照虚拟场景的构造方法来区分。一种是传统的基于几何建模的虚拟漫游技术，另一种是基于实景图像的虚拟漫游技术，还有基于图形与图像混合建模的虚拟漫游技术。 2.2.1基于几何建模的虚拟漫游技术
基于几何建模的虚拟漫游技术（又称建模法）以计算机图形学为基础，在基于图形的绘制方法中，三维模型数据的获取常采用CAD的模型生成器或从实际环境中直接获取数据。首先对真实场景进行抽象，用多边形构造虚拟景观（包括地形、建筑、树木等）的三维几何模型，并建立虚拟环境中的光照和材质模型，然后进行纹理映射及控制参数设定，最后通过软件控制根据观测者的位置。光照、消隐信息，在输出设备上实时渲染绘制视景画面，从而完成对整个场景的漫游。
用图形法实现的漫游系统中，虚拟景观大多具有精确对应的几何模型，得
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到的场景显得比较细腻、逼真，同时便于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互，以及对虚拟对象的深度信息进行直接获取。即使在规划设计阶段，只要有相关的建筑图纸，按照对应比例与尺寸，一样能够完成场景的构建与漫游，即能够实现虚拟物实化。建模法的应用时间较长，技术路线比较成熟，国内外都研发了很多建模工具及控制集成软件，因此建模法目前应用非常广泛[17]。
但是，建模法也存在许多不足之处：一是对场景进行构建时，几何图形多，工作量大，花费大量的人力：二是当场景模型复杂是，实时显示的计算量较大，实时交互与高质量图形环境有时结合困难，场景难以达到完全逼真的要求；三是场景实时渲染绘制对计算机软硬件的条件要求较高。如果计算机的速度较慢，内存不够大的话，是无法及时地显示出逼真的三维场景的。 2.2.2基于图像的虚拟漫游技术
基于图像的虚拟漫游技术（简称图像法）不依赖于三维几何建模，而是利用照相机采集的离散图像或摄像机采集的连续视频作为基础数据，经过图像处理生成真实的全景图像，然后通过合适的空间模型把多幅全景图像组织为虚拟实景空间，用户在这个空间中可以前进、后退、环视、仰视、俯视、近看、远看等操作，从而实现全方位三维场景漫游的效果。
虚拟实景空间的生成主要依赖于全景图像生成器和空间编辑器。前者负责把多幅相互间有少量重叠区域的普通图像或连续的视频拼接为全景图像，把众多的全景图像组织为虚拟实景空间的功能则是由空间编辑器实现，常用的处理方法有图像透视变换、图像拼合、图像变形、图像合成与裁剪等[18]。浏览器提高给最终用户漫游虚拟实景空间时使用，它采用全景图像数据预调，视点空间缓冲预调、视图变形、图像平滑过度等一系列关键技术使得用户视点转移时场景能够平滑过渡，从而保证了用户视觉的一致性，使用户产生实景空间中行走的感觉。
图像法能生成反映真实场景的高质量的图像环境，由于不需要复杂建模，漫游效果及处理时间与场景内容的复杂度无关，不需要专业的图形加速设备，对硬件的要求不及几何建模那么高，而且通过真实图像完全可以生成与照片一样极具真实感的合成场景。这种基于实景的方法具有快速、简单、逼真的优点，能较好地实现实物虚化，可以应用于旅游景点、虚拟场馆介绍以及远地空间再现等许多方面，是目前国际上的研究热度之一。
但是图像法首先要求获得基于真实场景的实景图像，因此当真实场景并不
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存在或还处于设计规划阶段时，在场景构造上它就无能为力了；而且，由于场景中的虚拟物体是图像中的二维对象，因而用户很难，甚至不能与这些二维对象进行交互；另外，获得实景图像需要高性能的照相与摄影装备，得到的大量图像文件也需要大量的存储空间，这些都使它的应用受到了一些限制。这种技术首见于Quick Time系统。它采用实时图像图形处理来生成三维观察效果，用方向不受约束的图像（包括360度漫游所需的信息）代替了电影片段，用实时图像代替了电影播放。这种方法的一个缺点是在景点切换时会有跳跃。
此外，基于图像的虚拟场景漫游技术的实现，是利用摄影设备连续扫描周围空间的真实图像。要求精度高时，要利用激光扫描仪来获得真实图像数据。
与在三维图像世界中的漫游相比，这种系统可以避免复杂的三维建模工作，所以更适合复杂的自然风光、地景的漫游。 2.2.3基于图形与图像混合建模的虚拟漫游技术
以上的两种实现虚拟漫游的技术方法中，建模法是基于几何建模的建模和绘制，图像法称为基于图像的建模和绘制。这两种方法各有优缺点，如果能将两者的优点集合于一体，采用基于图形与图像混合建模技术，在应用中扬长避短。混合建模技术的基本思想是首先对几何模型进行预绘制，得到若干帧具有深度及几何拓扑关系的图像，再对模型进行修正，最后得到以图像形式表示的几何模型。这样既增加了场景真实感，又能保证实时性与交互性，提高用户的沉浸感。
混合建模虽然具有各种优点，但其实也带来了很多技术上的困难。例如：表达一个场景所需要数据量过于巨大，需要巨大的存储量；在使用全景拼图对场景的表达时不能有障碍物。在漫游过程中视点位置受限，生成新视点下的图像是存在垂直方向上的走样等。因此，混合建模技术现在还处于探索研究阶段，没有得到广泛应用。
图像建立起来的虚拟现实环境反映的景观真实感强，但不好控制，需占用大量内存；而于图形建模方法建立起来的虚拟环境，需要大量的计算机矢量建模过程，对计算机系统的速度性能要求很高，真实感不强，但其容易控制，方便实现人机交互。从实用和技术成熟度的角度出发，本系统所使用的虚拟漫游技术是基于图形的几何建模技术。
2.3本章小结
本章主要对虚拟漫游技术，以及国内外发展现状进行了介绍，对虚拟现实
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与虚拟漫游之间的关系进行了阐述，并对三种漫游技术进行了研究。确定了本系统所采用的方法。
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