校园虚拟现实三维场景建模技术及实现方法研究

2007年10月重庆师范大学学报(自然科学版)O ct.2007第24卷第4期Journa l o f Chongqi ng N or m a lU n i versity(N atural Science Ed iti on)V o.l24N o.4

校园虚拟现实三维场景建模技术及实现方法研究*

陈阿林1,胡朝晖2,祁相志1

(1.重庆师范大学网络中心,重庆400047;2.重庆职业技术学院,重庆400712)

摘要:虚拟校园是基于虚拟现实技术、地理信息技术将校园地理信息和其他校园信息结合,以三维可视化和虚拟现实场景界面呈现的信息系统,是数字校园工程的重要组成部分。本文主要介绍了建立虚拟校园的主要基础虚拟校园场景的三维建模技术。讨论了从地形、地貌建模,单体地物建模和建模单元集成的整体流程,并以本校为例给出具体的实现方法。

关键词:虚拟校园;三维场景;建模技术

中图分类号:TP319文献标识码:A 文章编号:1672-6693(2007)04-0037-04

我国在2006 2010年的国家中长期科学和技术发展规划纲要中,将虚拟现实技术列为了信息技术的前沿技术[1]。目前尝试和研究建设数字城市、数字社区的实践,在我国逐渐开始。在高校,现实大学校园的数字化和虚拟化,对虚拟校园的研究与构建也越来越多[2-5]。

数字校园可以被视为数字化的、虚拟的校园,是数字地球的微观表现形式在校园区域的具体体现。虚拟校园(V irt u a lC a m pus)是基于虚拟现实技术、地理信息技术将校园地理信息和其他校园信息结合,以三维可视化和虚拟现实场景界面呈现的信息系统,是数字校园工程的重要组成部分。

目前,在整个数字校园的建设中,数字校园虚拟仿真漫游系统是数字校园建设计划的重要应用之一,在此平台上的各种数据库及其系统集成构成了整个数字校园的核心应用。国内的许多高校也都在进行对数字校园的摸索,本文介绍以桌面非沉浸式虚拟现实技术就几所学校大范围的场景建模、可视仿真等有关技术进行了研究,主要以几何建模技术为主,对校园的真实场景进行抽象和可视化。

1虚拟校园三维场景建模方法

1.1概述

采用虚拟现实技术实现虚拟校园中,三维场景建模是一项很重要的工作,它占据的工程量达整体工作的70%~80%。场景建模实际上就是对校园实体对象按虚拟校园的呈现、可视化、漫游等要求,对其对等实体大量相关数据的收集、组织和存储供其使用的过程。主要通过校园总平面图、地形图、楼建筑图纸及学校区域的航拍图、卫星遥感图来获得数字化地图数据。校园总平面图通常以Auto-C AD格式存储,在处理中尽量简化多余的层面只保留对建模有用的层、面、体处理过的数据;纹理对于增加虚拟校园的真实感有至关重要的作用,纹理数据是指来自实地拍摄的数码照片和用于地表物体的纹理及简单映射几何模型的纹理数据库等。其整体流程如下。

(1)对学校区域的地理环境进行地形、地貌建模,根据学校区域地形特点可划分为若干区域,并确定每个区域上相关特征。

(2)对各个区域中的主要地物、单体景物建立三维几何模型和属性列表。

(3)模型的纹理处理,主要是对建筑物、地表等景物贴上适当处理好的纹理和材质,使其与真实景物相符,包括树木、花草、围栏等,大量的绿化不仅使虚拟校园变得美丽,而且会让在漫游中的景物具有强烈的层次感和真实感,贴图纹理包括不透明纹理和透明纹理。

(4)区域模型的优化。按照地形图的整体结构,依次连接成带属性参数的整体虚拟模型。

*收稿日期:2007-08-03

资助项目:重庆市教委科学技术研究资助项目(N o.K J060815)

作者简介:陈阿林(1954-),男,教授,研究方向为计算机网络、G IS和计算机应用。

1.2三维场景具体的技术

从虚拟现实技术要求的浸没感(I m m ersion)和存在感(Ex i s tence)来看,使用数字摄影测量技术进行校园三维建模最为理想。比较专业的软件工具有全数字摄影测量系统V irtuozo 和三维可视化软件

I M AGIS [6]

,仅建模方面,也可以使用RE ALV I Z 公司的I m age M odeler(简称I M ),I M 能够以影像为基础,利用照片、影片或电影影像去建立高阶3D 模型,能真实精确地记录复杂的几何和材质,得到的模型是非常逼真的,生成的模型可以导入任何的主流3D 软件中。

专业上使用比较多的是美国M u lti G en-Parad i g m 公司的建模软件M ultigen Creator 。M u ltigen C reator 具有简单、直观的交互能力,所见即所得,建立的三维模型尺寸较小,虚拟环境的实时性能好。这种设计使得用户可以利用软件的扩展工具通过基本的建模程序改造成适合用户需要的应用,是虚拟现实技

术中较好的建模软件之一,但对硬件要求较高[7]

。另外,还有许多建模工具,从底层软件:OpenGL 、D-i rect X 、Openinvetor ,到各种专业的建模软件如W TK 、VRP 等,可以根据用户的条件进行选择使用。地理信息系统(G I S)结合虚拟现实技术由二维

向三维GIS 发展[8-10]

,典型软件为美国环境系统研究所公司(Env ironm ental Syste m s Research I nstitute ,I nc .简称ESRI 公司)的ARCG I S 。建模方面可直接利用传统G I S 中的2维数据及其相应高度属性进行3维建模或称2.5维的建模。还使用3DS M ax 、MA -YA 、UG 、Au to CAD 等常用图形软件工具进行辅助建模。值得指出的是三维建模软件SketchUp ,在Sketch UP 中建立三维模型,采用建筑建模最常用的方法,即通过画线成面,而后挤压成型,建模流程简

单明了。Sketch U p 已被Goog le 收购,Google 还向全

世界提供一个3D W arehouse 网站,让SketchUp 用户存储自己所建的Sketch U p 模型,并可供所有用户共享。作者认为SketchUp 的独有特征和开放性将是今后三维建模软件发展的一种趋势之一。

根据作者自身的条件,本文采用ARCGIS 、3DS 、Sketch U p 、AutoCAD 等软件进行虚拟校园三维场景建模。1.3实体建模环节

(1)数据收集。从学校相关部门如档案馆、基建处等获取校园的图纸资料,如学校平面图、地形图文件、大比例尺航摄相片或卫星遥感图、建筑单体及校园规划的工程图纸文件;反映学校真实的景观纹理图则可通过照片或数码相机摄取得到。景物的纹理图内容包括建筑物、道路、水面、树木、草地、水体等等,需要注意选择不同分辨率和精确度的数据和图片。

(2)地形、地貌建模。地形、地貌在空间上连续分布的,其建模是虚拟校园的关键部分。校园地形,地貌多以三维高程模型数据DE M 模型呈现。DE M 有方格网和不规则三角网两种主要的生成方式:GR I D 和T I N 。研究小比例尺的区域通常使用GR I D ;而研究详细的、大比例尺的地区通常使用T I N 。DE M 中高程点是由规则的格网构成,存储为栅格文件,其中每个格网包含它的高程值;T I N 中高程点是以不规则的三角网形式出现,精度高,但处理

速度慢。在ARCG I S [7]

中利用GRI D 模块或A rc M ap 的Spatial analysis 模块可由等高线或高程点生成DE M 。图1是用重庆三峡学院地形卫星图处理后所得高程模型,选择采用T I N 模型这种方式建立地形、地貌模型如图1

。

图1 三峡学院局部地形等高线赋值及对应T I N 模型地貌

对重庆师范大学新校区地形数据没采用卫星图处理,作者采用的估值法对等高线赋值,建立部分区

域地形的高程模型(图2)。

(3)地物模型建模。地物对象以离散实体为特性,是独立的个体而存在,如建筑物、树、电话亭、路

灯等。地物模型通常范围比较小,多使用Au to CAD 、3D MAX 、MAYA 、Ske tchUp 等传统三维建模工具建

立,也常常直接使用各种工具软件三维模型库中的单体模型,如M ultigen C reator 中的OpenF li g ht(.flt)格式的三维模型,SketchUp 中的(.skm )格式的三维

重庆师范大学学报(自然科学版) http ://www .csxbz .com 第24卷

模型。同时由3D MAX 、MAYA 、SketchUp 建造的地物单体模型,也可以加入C reato r 、SketchUp 的模型库,以便直接或者今后使用,图3是地物模型示例,

其中教学楼是按本校大学城真实实体所构建的。

图2 重师大学新校区部地形等高线估值

及对应T I N 模型地

形

图3 各种地物单体建模示例

(4)各个建模单元集成。以重庆师范大学新校

区为例,依次将建立好的地形地貌T I N 模型、道路规划线图层、铺地图层添加到Arc GIS 中,最后利用A rc G I S 的3D 模型导入功能将地物模型导入在地形TI N 模型之上,便可得到可视化的虚拟校园(图4)

。

图4 重庆师范大学新校区局部虚拟校园模型

2具体建模及流程

图5是具体建模流程,包括如下。

(1)收集到的校园CAD 规划图(含等高线),按不同的图层信息转换为DXF 格式文件导入A rc G I S 中,同时添加其他图层到场景图层里,如:道路图层、建筑物规划图层、铺地图层等等。利用A rc G I S 对不同的图层信息做数据处理,如:设置等高线值、根据建筑物轮廓线勾画建筑物平面、设置建筑物楼层属性值等等。

收集的校园地形图,通过地形图的等高线,通过各种矢量化工具软件跟踪扫描来得到DE M 数据。首先分别对每个区域进行数字化,当各域区数字化

工作完成后,在A rc G I S 中对各区矢量数据进行合

并;对所获等高线S H P 格式数据,在ArcScene 场景图层中通过3D 分析创建/修改T I N 从要素生成T I N ,高度源设置为等高线值字段,确定之后即可获得地形地貌的TI N 模型。生成后的TI N 模型自动添加到场景图层中,按比例修改TI N 图层的基表面高度Z 单位转换因子来调整地形地貌T I N 模型,以达到最接近真实场景的效果。

(2)将建筑物平面图层添加到场景图层里,设置图层的拉伸属性,为了达到接近真实场景的效果,设置楼层高度乘上合适的比例,快速得到建筑物的可视化图。

图5 建模流程

(3)在A rcScene 中3D 图形工具栏中,将默认标记符号属性类型改为3D 标记,导入利用Sketchup 建立的单体地物模型(如教学楼),设置合适的角度

和比例大小,使单体模型与建筑物规划图层上的地物轮廓线重合。从而达到在地形地貌的T I N 模型上获得位置与比例和真实场景一致的地物模型定位。(4)其他地物模型根据规划图上的位置和大小,调整角度和比例之后,与上相同步骤导入到地形地貌T I N 模型上。在所有的模型建立好并集成后,要把它放于特定的交互的3D 环境中,才能显示出具体效果。可利用A rcScene 文件菜单上的输出选项,以WRL 格式输出。用得比较多的是专业的实时场景驱动工具Vega 、VRm ap 等,也可在支持虚拟现实语言VMRL 的任何环境下,获得可视化的场景效果

[8]

。

3结语

三维虚拟校园环境是虚拟环境在教育和学习方

第4期陈阿林,等:校园虚拟现实三维场景建模技术及实现方法研究

面的应用。本文主要从虚拟校园可视化模型的建立方法,讨论了虚拟校园环境的设计,以本校校区为例,验证了技术路线的可行性,掌握了场景建模和可视化实现的理论和方法。目前建立的可视化的虚拟校园环境还不完整,下一步的工作除了进一步完善三维虚拟校园环境外,还将开展与实体虚化结合,加入实体对应的属性或实体内部嵌入的再次虚拟[11-12],使用LOD技术等,建立与三维虚拟校园密切结合的学校教学环境等,用于网上图书馆、虚拟社区、远程教学等具体可实用化项目。

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The Study of Building V irtual Reality Campus w ith Three D im ensional

Scene andM odeling Technology

C HEN A-lin1,H U Zhao-hui2,QI X iang-zh i1

(1.Chongqi ng N or m a lU n i versity,Chongq i ng400047;2.Chongqing P ro fessi ona lT echnology Instit u te,Chongqi ng400712,China) Abstrac t:T he v irt ua l campus i s an i n f o r m ati on m anage m ent sy stem based on a d i g ita l da ta of integ ra ted campus i nfor m a ti on i ncl uding geography and o t her i nfo r ma ti on.By comb i n i ng v irt ua l rea lity techno logy w ith d i g ital g eog raphy i n f o r m ati on,it could be sho w ed i n a three di m ensi onal v is ua liza ti on scene t o refl ect rea lit y scene i n campus.It i s a v ita l co m ponent o f d i g ital campus pro ject.Th is a rtic l e focuses on t hree d i m ensiona lmodeli ng techno log ies,wh ich are t he key ele m ents i n building v irt ua l ca m pus and the f ounda ti on o f d i g ita l campus pro ject.It discusses the terrain,the l andfo r m m ode ling,m onom ia lmodeli ng and t he m odeli ng unit i ntegration of overa ll fl ow, and g i v es the concrete rea lization m ethod i n the examp l e o f v irt ua l campus buil d i ng at Chonqq i ng N o r m al U niversity.

K ey word s:v irtua l ca m pus;three d i m ensi onal scene;mode li ng techno l ogy

(责任编辑游中胜)

40Journa l o f Chongqi ng N or m a lU niversity(N atural Science Ed iti on) V o.l24N o.4

三维建模在虚拟现实中的应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/a815030123.html, 三维建模在虚拟现实中的应用作者：冯丹来源：《商情》2019年第49期【摘要】虚拟现实建模技术是当下计算机技术当中的一项热门话题。当今三维建模技术主要以Autodesk maya和3Dmax两款设计软件为主要创怍工具，三维建模方法主要有多边形建模、非均匀有理B样条曲线建模、细分曲面技术建模。每种建模方法各有其优点和缺点。本文主要围绕多边形建模和NURBS建模两种方法进行介绍。【关键词】虚拟现实; 多边形建模; NURBS建模一、引言随着现在科技的发展以及计算机的普及应用，高科技技术产品的出现，三维技术和虚拟现实技术的应用逐渐发挥着重要的作用。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。这是现代计算机技术高度发展的主要象征之一，有效提高了各类产品、建筑、景观、动画等的设计效果，使得图形不再仅局限于二维空间当中，而是转变为了三维立体图像，有种身临其境的感觉，标志着人类计算机科技的进步。二、虚拟现实技术虚拟现实技术简称 VR 技术，同时也被叫做灵境技术，是针对图像进行数字化处理，并包含了图形学、多媒体、网络、人工智能、传感器与高分辨率显示等技术，将人们的五感融合在一起，形成真实虚拟三维空间的信息集成技术系统。三、三维建模技术三维建模技术是一门通过软件来实现模型的技术手段。3D Studio Max，常简称为3ds Max 或MAX，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。而NURBS曲面建模和Polygon多边形建模是这两款软件主要的建模类型。（一）多边形建模多边形建模是三维建模技术当中最早的建模技术之一。多边形建模方法是虚拟现实制作和虚拟建筑制作中最常用的三维建模方法，通过使用大量的、小的面片，多边形建模方法建立的模型可以建立任何平面或者曲面，并且使用这种方法建立的模型可以任意变化修改，能充分使用建模师的想象力，建立超现实三维模型。

三维激光扫描与虚拟现实技术

三维激光扫描与虚拟现实技术【摘要】虚拟现实（VirtualReality，简称VR）是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其在实际操作中的瓶颈问题本文通过引入三维激光扫描技术圆满的得到了解决。【关键词】三维激光扫描；虚拟现实；技术；发展虚拟现实有很多种定义，一种比较有概括性的定义是：虚拟现实是一种非常强大的高端人机接口，包括通过视觉、听觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。虚拟现实有三个关键特征，包括：实时的交互性（Interaction），实时指计算机能探测到用户的输入并同时修改虚拟世界；交互性有助于产生沉浸感（Immersion），即让用户感觉到置身于屏幕所显示的情节中；要实现虚拟现实的交互性和沉浸感，以及要在实际应用中更好地解决问题，在很大程度上取决于研究者和设计者的想象力（Imagination）。因此，交互性、沉浸感和想象力够成了虚拟现实的基本特征，也就是“3I”特性。虚拟现实技术在发展的过程中，还有一些障碍，其中一大障碍来源于繁琐的三维建模。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势.三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。由于其具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测量技术的又一次革命。 1.应用三维激光扫描技术的虚拟现实技术与传统虚拟现实技术的不同传统虚拟现实技术中的视景生成办法比较简单，如图1所示。图1流程仅解决了视景定性分析及模拟过程，但足以在可视化环境中实现虚拟现实应用的功能仿真，至于仿真结果的可逆行工作则受到局限，因为缺少对真实现实的精确测绘及全面的实测数据，因此很难解决视景仿真的精确定量分析、逆向还原及用于定量分析真实目标结构特性，说的更确切点，三维激光扫描技术真正解决了面向目标的三维可视化重建及逆向工程的双性职能，这必将为虚拟现实技术的更广泛应用开辟全新的应用领域，同时，也是对传统虚拟现实技术瓶颈的突破及扩展。具体流程如图2所示。 2.三维激光扫描技术将拓展虚拟现实技术的应用内涵从应用角度考虑，由于采用了三维激光扫描测绘技术与虚拟现实技术的完美结合，进而使正向工程更加精确及数据可操作化，同时也在逆向工程及快速还原应用中增加了革命性的跨越。三维激光扫描测绘技术是通过激光脉冲发射到真实视景中，经过激光发射及逐点测绘，将对象坐标系统及物体的结构形态直接生成到电脑中，然后经过点云处理及三维实体建模，最终重建出真实视景世界，它的技术特点是：所有采集的真实世界都是由精确数据做保证的，同时又可以结合图形图象技术再现实景。图3是采用三维激光扫描技术重建的模型及视景环境，他们都是从相应的VR用例资料中截取的，从图中我们看不出与传统虚拟现实应用的区别，因为他们都具有虚拟现实应用的沉浸感、人机交互操作能力、过程仿真能力等，但由于采集实景的技术及三维重建的手段不同，进而应用深度及广度具有很大区别。

校园安全管理及可视化解决方案

目录 1 应用需求 (4) 2 GIS在行业中的典型应用 (8) 2.1 校园三维场景展示 (8) 2.2 多样化定位调图功能 (12) 2.3 校园室内数据展示与管理 (12) 2.4 校园管线三维模型展示 (12) 3 基于GIS的数字校园解决方案 (5) 3.1 GIS产品配置与总体架构 .............................................................................................. 错误!未定义书签。 3.1.1 总体架构 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。 3.1.2 平台逻辑结构 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1.3 平台开发架构 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1.4 平台部署架构 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1.5 软件配置 ............................................................................................................ 错误!未定义书签。 3.1.6 数据库平台 ........................................................................................................ 错误!未定义书签。 3.1.7 平台运行环境 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2 校园地面设施管理 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2.1 建立校园地面三维仿真环境 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.2.2 校园建筑属性展示 ............................................................................................ 错误!未定义书签。 3.2.3 地下管线三维管线查询 .................................................................................... 错误!未定义书签。 3.2.4 自动飞行浏览 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.3 校园地下管线管理 ....................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.3.1 地下管线敷设数据入库 (13) 3.3.2 管线属性数据查询 (13) 3.3.3 管线综合分析 (14) 3.3.4 管线三维浏览展示 ............................................................................................ 错误!未定义书签。 3.3.5 管线三维查询 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 3.4 学校房产资源管理 (19) 3.4.1 查看三维建筑的每层房间图形 ........................................................................ 错误!未定义书签。 3.4.2 房产资源专业权属管理功能 (19) 3.4.3 校园教室分配审批发布 (19) 3.4.4 房产信息查询功能 (20) 3.5 三维仿真设施报修管理 (21) 3.5.1 故障点管理及综合分析统计 (21) 3.5.2 实时故障报修 (21) 3.6 绿色校园 (22) 3.6.1 建筑房间照明节能分析管理 (22) 3.6.2 供热数据统计与管理 (22) 3.7 数字校园生活 (22) 3.7.1 公共活动位置定向 (22) 3.7.2 图书馆查询 (22) 3.7.3 应急演练 (22) 3.8 校园安全 ....................................................................................................................... 错误!未定义书签。

建模技术三种方法

建模技术是虚拟现实中的技术核心，也是难点之一，目前主要有三种方法实现。虚拟现实是在虚拟的数字空间中模拟真实世界中的事物，这就需要真实世界的事物在数字空间中的表示，于是催生了虚拟现实中的建模技术。虚拟现实对现实“虚拟”得到底像不像，是与建模技术紧密相关的。因此，建模技术的研究具有非常重要的意义，得到了国内外研究人员的重视。数字空间中的信息主要有一维、二维、三维几种形式。一维的信息主要指文字，通过现有的键盘、输入法等软硬件。二维的信息主要指平面图像，通过照相机、扫描仪、PhotoShop等图像采集与处理的软硬件。对于虚拟现实技术来说，事物的三维建模是更需要关心的核心，也是当今的难点技术。按使用方式的不同，现有的建模技术主要可以分为: 几何造型、扫描设备、基于图像等几种方法。基于几何造型的建模技术基于几何造型的建模技术是由专业人员通过使用专业软件（如AutoCAD、3dsmax、Maya）等工具，通过运用计算机图形学与美术方面的知识，搭建出物体的三维模型，有点类似画家作画。这种造型方式主要有三种: 线框模型、表面模型与实体模型。 1. 线框模型只有“线”的概念，使用一些顶点和棱边来表示物体。对于房屋、零件设计等更关注结构信息，对显示效果要求不高的计算机辅助设计（CAD）应用，线框模型以其简单、方便的优势得到较广泛的应用。AutoCAD软件是一个较好的造型工具。但这种方法很难表示物体的外观，应用范围受到限制。 2. 表面模型相对于线框模型来说，引入了“面”的概念。对于大多数应用来说，用户仅限于“看”的层面，对于看得见的物体表面，是用户关注的，而对于看不见的物体内部，则是用户不关心的。因此，表面模型通过使用一些参数化的面片来逼近真实物体的表面，就可以很好地表现出物体的外观。这种方式以其优秀的视觉效果被广泛应用于电影、游戏等行业中，也是我们平时接触最多的。3dsmax、Maya等工具在这方面有较优秀的表现。 3. 实体模型相对于表面模型来说，又引入了“体”的概念，在构建了物体表面的同时，深入到物体内部，形成物体的“体模型”，这种建模方法被应用于医学影像、科学数据可视化等专业应用中。利用三维扫描仪理论上说，对于任何应用情况，只要有了方便的建模工具，有水平的建模大师都可以用几何造型技术达到很好的效果。然而，科技在发展，人们总希望机器能够帮助人干更多的事。于是，人们发明了一些专门用于建模的自动工具设备，被称为三维扫描仪。它能够自动构建出物体的三维模型，并且精度非常之高，主要应用于专业场合，当然其价格也非常“专业”，一套三维扫描仪价格动辄数十万，并非普通用户可以承受得起。三维扫描仪有接触式与非接触式之分。

空间统计学模拟方法在城市重金属污染分析中的应用

生态环境 2008, 17(6): 1898-1902 https://www.360docs.net/doc/a815030123.html, Ecology and Environment E-mail: editor@https://www.360docs.net/doc/a815030123.html, 基金项目：建设部研究开发项目（06-K9-8）作者简介：孙英君（1976年生），女，副教授，博士，主要研究方向为空间信息分析技术在城市建设中的应用。E-mail:qingdaosyj@https://www.360docs.net/doc/a815030123.html, 收稿日期：2008-06-11 空间统计学模拟方法在城市重金属污染分析中的应用孙英君，丁宁，蔡菲，孟飞山东建筑大学土木学院，山东济南 250014 摘要：城市土壤重金属污染是城市化后噬待解决的一个重要问题。传统的土壤重金属污染分析方法——克里格方法，通过满足未采样点局部方差最小而获得土壤污染状况预测结果，算法本身会给估值结果带来光滑作用，并只能提供未采样点的局部不确定性。文章提出利用空间统计学的模拟方法，对土壤重金属污染状况进行研究，通过获取多幅模拟结果之间的差异来揭示研究区域土壤重金属污染的整体空间分布形态。文章以上海某区域6种重金属（Cu 、Pb 、Cd 、Cr 、Hg 和As)为研究对象，利用空间统计学模拟方法对其空间分布予以研究，给出每种重金属空间分布模拟结果。最后，文章以研究区域土壤环境背景上限值为标准，给出研究区域不同土壤重金属空间分布相应级别的不确定性分析结果。关键词：模拟；地统计学；空间变异；重金属；不确定性中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）05-1898-05 城市的土壤环境质量与人类健康息息相关，随着城市化进程的迅速发展，城市土壤重金属污染日趋引起人们的关注。研究者将汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍合称为重金属环境污染元素，尤其是铅、镉、汞、铜及其复合污染最为突出，其中镉、汞、铅等重金属是城市和工业发展过程中产生的典型的“污染元素”，给区域土壤资源的保护、利用与管理带来了严峻挑战[1]。据报道，中国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm 2，约占总耕地面积的1/5。土壤重金属污染导致严重的经济损失，如中国每年就因重金属污染而减产粮食1000多万t ，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万t ，合计经济损失至少200亿元[2]。同时，土壤重金属污染也会导致重金属在植物体中积累，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发癌症和其他疾病等。其次，土壤受到重金属污染会导致大气污染、地表水污染，地下水污染等生态环境问题。因此开展土壤重金属空间结构特征的研究，特别是模拟土壤重金属的全局空间分布形态，定量化评价土壤重金属污染程度，及时有效地采取防护、修复措施，对减少城市重金属污染，提高人们的生活质量具有重要的意义。 1 土壤重金属空间结构及分布特征研究现状已有一些研究者对城市重金属污染状况进行分析：Hu 等利用地统计学对北京市大兴区土壤重金属含量的空间分布特征进行了研究[3]；郑袁明、陈同斌等利用地统计技术对北京市近郊区土壤Ni 的空间结构及分布特征进行了研究[4]；钟晓兰等以江苏省太仓市为例，运用地统计技术研究了长江三角洲地区土壤重金属污染的空间变异特征[5]；郑海龙等利用地统计学普通克里格插值方法对上海梅山刚体集团附近的土壤重金属空间变异进行研究[6]；李亮亮等通过克里格插值对葫芦岛市连山区、龙港区土壤重金属汞、铬、镍的空间分布进行单因子评价[7]。Pilar Burgos 等运用Kriging 方法对Seville ， Spain 地区的土壤修复前后重金属、微量元素的变化进行了分析[8]；M. Biasioli 等利用地统计方法及GIS 技术对大型城市发展对土壤重金属的影响加以分析[9]。Li 等利用克里格方法，结合GIS 技术对香港九龙6种重金属元素（Cd 、Cr 、Cu 、Ni 、Pb 和Zn ）的空间分布加以研究，并通过热点探测的方法进行污染源的求解[10]。黄勇等对地统计学在土壤重金属研究中的应用做了综述及其展望[11]。总结起来，在土壤重金属空间结构及分布特征研究上，研究人员较多地基于GIS 技术与空间（地）统计学克里格系列插值方法对城市重金属污染状况进行分析：利用GIS 技术进行研究区域及其采样数据、空间分布插值结果的可视化表达；利用空间统计学的变异函数对采样数据的空间异质性予以分析，并通过理论变异函数的不同因子、系数来寻求异质性产生的原因（影响因子），最后给出克里格算法插值得到的某重金属空间分布结果。 2 存在的问题及解决方法经过克里格插值得到的重金属空间分布结果不能够反映研究区域的真实状况，特别是当研究者

国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势的技术报告

国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势的技术报告一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍 VRML技术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。重大的发展过程如下： VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。 1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph'96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在 VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比 VRML1.0增加了近 30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。X3D整合正在发展的XML、JAVA、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下： Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件， Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D 等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：https://www.360docs.net/doc/a815030123.html, , https://www.360docs.net/doc/a815030123.html,

实现虚拟现实的建模方法

实现虚拟现实的建模方法虚拟现实是在虚拟的数字空间中模拟真实世界中的事物，这就需要真实世界的事物在数字空间中的表示，于是催生了虚拟现实中的建模技术。虚拟现实对现实“虚拟”得到底像不像，是与建模技术紧密相关的。因此，建模技术的研究具有非常重要的意义，得到了国内外研究人员的重视。数字空间中的信息主要有一维、二维、三维几种形式。一维的信息主要指文字，通过现有的键盘、输入法等软硬件。二维的信息主要指平面图像，通过照相机、扫描仪、PhotoShop等图像采集与处理的软硬件。对于虚拟现实技术来说，事物的三维建模是更需要关心的核心，也是当今的难点技术。按使用方式的不同，现有的建模技术主要可以分为: 几何造型、扫描设备、基于图像等几种方法。基于几何造型的建模技术是由专业人员通过使用专业软件（如AutoCAD、 3dsmax、Maya）等工具，通过运用计算机图形学与美术方面的知识，搭建出物体的三维模型，有点类似画家作画。这种造型方式主要有三种: 线框模型、表面模型与实体模型。 1. 线框模型只有“线”的概念，使用一些顶点和棱边来表示物体。对于房屋、零件设计等更关注结构信息，对显示效果要求不高的计算机辅助设计（CAD）应用，线框模型以其简单、方便的优势得到较广泛的应用。AutoCAD软件是一个较好的造型工具。但这种方法很难表示物体的外观，应用范围受到限制。 2. 表面模型相对于线框模型来说，引入了“面”的概念。对于大多数应用来说，用户仅限于“看”的层面，对于看得见的物体表面，是用户关注的，而对于看不见的物体内部，则是用户不关心的。因此，表面模型通过使用一些参数化的面片来逼近真实物体的表面，就可以很好地表现出物体的外观。这种方式以其优秀的视觉效果被广泛应用于电影、游戏等行业中，也是我们平时接触最多的。3dsmax、Maya等工具在这方面有较优秀的表现。 3. 实体模型相对于表面模型来说，又引入了“体”的概念，在构建了物体表面的同时，深入到物体内部，形成物体的“体模型”，这种建模方法被应用于医学影像、科学数据可视化等专业应用中。理论上说，对于任何应用情况，只要有了方便的建模工具，有水平的建模大师都可以用几何造型技术达到很好的效果。然而，科技在发展，人们总希望机器能够帮助人干更多的事。于是，人们发明了一些专门用于建模的自动工具设备，被称为三维扫描仪。它能够自动构建出物体的三维模型，并且精度非常之高，主要应用于专业场合，当然其价格也非常“专业”，一套三维扫描仪价格动辄数十万，并非普通用户可以承受得起。三维扫描仪有接触式与非接触式之分。 1. 接触式三维扫描仪需要扫描仪接触到被扫描物体。它主要使用压电传感器，捕捉物体的表面信息，这种设备价格稍便宜，但使用不方便，已经不是主流。

虚拟现实与三维动画的区别

张家湾及机场片区VR项目背景资料 (一)定义： 1)三维动画又称3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。 2)虚拟现实技术就是采用以计算机技术为核心结合光电传感技术生成逼真的视、听、触一体化的特定范围内虚拟的环境（如飞机驾驶舱、分子结构世界，高危环境）。若使用特定装备（动作采集自由度空间定位、力反馈输入、数字头盔、立体显示环境等），就可以自然地与虚拟世界中的客体进行实时逼真交互，从而产生亲临现场的感受和体验。 (二)技术区别： 1) 是依靠计算机预先处理好的路径上所能看见的静止照片连续播放而形成的，不具有任何交互性，即不是用户想看什么地方

就能看到什么地方，用户只能按照设计师预先固定好的一条线路去看某些场景，它给用户提供的信息很少或不是所需的，用户是被动的；而虚拟现实技术则截然不同，它通过计算机实时计算场景，根据用户的需要把整个空间中所有的信息真实地提供给用户，用户可依自己的路线行走，计算机会产生相应的场景，真正做到“想得到，就看得到”。 2)技术特点对比

(三)价格计算方式 1)三维动画一般按时间计算价格,市场价按制作的精细程度从 1000-2000/秒计算，通常10分钟左右的三维动画约在60-120 万左右，10分钟大概可以播放完相当于一个企业或者一个居民小区的三维动画，且只能表现部分细节，即镜头部分建模，三维动画为示意性展现，不具有现实参考价值。 2)张家湾及机场片区VR工作量预估(以初步规划方案作参考进

基于GE_GIS技术的三维可视化校园地理信息系统设计与实现

基于GE &GIS 技术的三维可视化校园地理信息系统设计与实现郭正鑫,张祖陆,赵璐 (山东师范大学人口#资源与环境学院,山东济南250014) 摘要:目前,校园地理信息系统多采用二维地图显示。基于Google Earth 展示平台和GIS 技术的校园地理信息系统,探讨了以动态、三维的方式来显示和管理校园信息的新方法。实践证明,与传统的校园GIS 相比,该系统可更加直观地反映校园信息,有效提高校园信息交互检索的效率,并为在其它领域的应用提供了借鉴。关键词:三维仿真模型;地理信息系统;校园地理信息系统中图分类号:P208;G47 文献标志码:A 文章编号:1005-8141(2008)11-0961-04 Design and Implementation of 3D Campus Geographic Information System Based on Google Earth and GIS GUO Zheng-xin,ZHANG Zu-lu,ZHAO Lu (College of Population,Resources and Envi ronmen t,Shandong Normal University ,Jinan 250014,Chi na) Abstract:Nowadays,the spatial data in campus GIS were displayed by planar map s.This paper discussed a new method to display and manage the diversiform campus information in a dynamic 3D mode and constructed the campus geographic information system based on Google Earth and GIS.The resul t showed that this system could recur the campus information much more vividly and could interactively search the campus information much more efficien tly than traditional campus GIS.In addition,this study could provide reference for the application of 3D visualization technology in other field. Key words:3D artificial model;Geographic Information System;campus geographic i nformation system 收稿日期:2008-09-10;修订日期:2008-10-19 基金项目:国家自然科学基金项目(编号:40471122);山东省自然科学基金项目(编号:Y2004E01)资助。第一作者简介:郭正鑫(1983-),男,硕士研究生,主要从事GIS 开发和应用。 1 3D )C GIS 的提出 GIS 是用来存储、管理空间数据的信息系统,几乎所有使用空间数据和空间信息的部门都可以应用,如导航、土地、水资源利用以及辅助决策服务等[1]。在对校园GI S 的研究中,如曲巨宝对分布式WebGIS 技术的校园地理信息系统的研究[2] ,李明峰、朱振宇等对建立基于MapX 校园地理信息系统的研究[3],杨武年等关于数字成都理工大学校园空间信息系统构建与实现的研究[4] 等。这些研究有的侧重专业研究,有的侧重对具体问题的分析,有的侧重技术开发。但上述大部分校园GI S 研究多采用二维地图显示,并且着重突出某一方面的功能。因此,本研究提出了另一个新的思路,即构建一个三维可视化校园地理信息系统(3D Campus Geographic Information System,3D )CGIS)来增强校园GIS 的可视化程度。 GE(Google Earth)采用的3D 地图定位技术能够把Google Map 上的最新卫星图片推向一个新水平,使其最近几年的应用范围越来越广,如汽车导航、交通服务、城市定位搜索、监控系统等。刘冰、石奉华对GE 在旅游、导航的问题进行了探讨 [5] ;陈锐祥、何兆成等主要研究了GE 在交通信息服务系统中的应用[6];孙玉龙、茅志兵等阐述了GE 在航标监控系统中的应用等[7]。基于Visual Basic 6.0平台,本文借助GE 和GIS 技术,构建了基于GE &GIS 平台的校园三维仿真模型,并在模型中实现空间数据和属性数据的集成和交互,实现/图数0同步查询和管理,从而为管理者提供决策依据。本系统采用GE &GIS 技术作为开发平台,结合VB6.0集成开发环境进行了模型的构建。考虑到数据范围,本文采用ACCESS 数据库。 2 系统需求分析目前,大部分高校的校园信息是相互独立的,这主要是由于其管理模式造成的。该管理模式现状是:学生信息由学生工作处管理,校园建筑信息由学校总务处管理,因此未进行有效的集成管理。这种管理模式不利于实现学生档案信息与校园地图实体的关联及动态查询更新。为了提高学校整体管理效率,校园地理信息系统应该寻找一种有效的方式,能集中管理多种信息,并能进行扩充。我们通过用户访谈和问卷调查的形式[8,9]了解到,用户对该系统的功能需求主要有以下方面:1三维可视化展示校园信息,能详细直观地表达校园的各项空间信息和属性信息;o实现属性信息和地图上图元的定位互查;?实现出发地和目的地两点间的路径分析,从而得出最优路径;?实现学生信息的定位管理和 # 961#

3DS MAX建模方法介绍虚拟现实

3DS MAX建模方法介绍 3DS MAX（简称MAX）软件，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。它集建模、动画、渲染于一体，被广泛地应用于娱乐游戏、影视动画、广告动画、建筑设计、工业设计、虚拟现实等领域，是当前世界上销量最大的虚拟现实技术应用软件。三维建模是三维动画处理和可视化设计的基础，处于所有工作流程的开始阶段，起着极其重要的作用。在3ds Max 中有非常多的建模方法，如基础建模、复合对象建模、二维图形建模、多边模建模、面片建模、NURBS 建模等，面对如此多的建模方法，应充分了解每个方法的优势和不足，掌握其特点及适用对象，选择最适合的创建方法，可以创建出逼真的效果。图1：3ds Max软件界面 1、基础建模基础建模是最基础也是最常用的建模方法，如标准基本体扩展基本体、二维图形等，它是从几何体创建命令面板中创建，方法很简单，单击拖动鼠标或使用键盘输出即可，每种几何体都由多种属性参数控制，通过对参数的调整来控制基本体的形态基础模型可以搭建简单的模型，同时也是创建复杂模型的基础。从理论上说，任何复杂的物体都可以拆分成多个标准的内置模型；反之，多个标准的内置模型也可以合成任何复杂的物体模型，简单的物体可以用内置模型进行创建，通过参数调整其大小、比例和位置，最后形成物体的模型。而更为复杂的物体可以先由内置模型进行创建再利用编辑修改器进行弯曲、扭曲等变形操作，最后形成所需物体的模型。

2、复合对象建模复合物体是指将两个或更多的对象组合形成的新对象，实际物体往往可以看成是由很多简单物体组合而成。对于合并的过程可以反复调节，从而制作一些高难度的造型，如头发、毛皮复杂的地形和变形动画等复合物体生成的方法有以下几种变形：由两个或多个节点数相同的二维或三维物体组成通过对这些节点的插入，从一个物体变为另一个物体，其间的形状发生渐变而生成动画。连接：由两个带有开放面的物体，通过开放面或空洞将其连接后组合成一个新的物体连接的对象必须都有开放的面或空洞，就是两个对象连接的位置；布尔：对两个以上的对象进行并集、差集、交集的运算，得到新的对象形态；放样：起源于古代的造船技术，以龙骨为路径，在不同界面处放入木板，从而产生船体模型这种技术被应用于三维建模领域，即放样操作；形体合并：将一个二维图形投影到一个三维对象表面，从而产生相交或相减的效果常用于生产物体边面的文字镂空、花纹、立体浮雕效果，从复杂面物体截取部分表面以及一些动画效果等；包裹：将一个物体的节点包裹到另一个物体表面上，而塑造一个新物体，常用于给物体添加几何细节；地形：根据一组等高线的分布创建地形对象；离散：将物体的多个副本散布到屏幕上或定义的区域内；水滴网格：将粒子系统转换为网格对象。 3、二维图形建模二维图形是指由一条或多条样条线组成的对象，二维图形创建在复合物体面片建模中应用比较广泛，它可以作为几何形体直接渲染输出，更重要的是可以通过二维挤出、旋转、斜切等编辑修改，使二维图形转换为三维图形，或作为动画的路径和放样的路径或截面使用，还可以将二维图形直接设置成可渲染的，创建霓红灯一类的效果3ds Max 包含 3 种重要的线类型：样条线、NURBS 曲线、扩展样条线，在许多方面它们的用处是相同的，其中的样条线继承了NURBS 曲线和扩展样条线所具有的特性，绝大部分默认的图形方式是样条方式。样条线建模是指调用样条强大的可塑性，并配合样条自身的可渲染性，样条线专用修改器以及放样的创建方法，制作形态富于变化的模型，一般多用于抽作复杂模型的外部形状或不规则物体的截面轮廓。 4 、多边形建模多边形建模是最为传统和经典的一种建模方式。3ds Max 中的多边形建模

虚拟现实技术考试题和答案解析

虚拟现实技术试题（一） 1、虚拟现实是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等多种感觉通道的实时模拟和实时交互。 2、虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型以及传统的三维动画是不一样的。 3、虚拟现实技术应该具备的三个特征:Immersion( 沉浸) Interaction( 交互) Imagination( 想象) 4、一个典型的虚拟现实系统的组成主要由头盔显示设备多传感器组力反馈装置 5、从虚拟现实技术的相关概念可以看出，虚拟现实技术在人机交互方面有了很大的改进。常被称之为“基于自然的人机界面”计算机综合技术，是一个发展前景非常广阔的新技术。 6、根据虚拟现实对“沉浸性”程度和交互程度的不同，可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式桌面式增强式分布式。 7、有关虚拟现实的输入设备主要分为两类。三维位置跟踪器 8、在虚拟现实系统的输入设部分，基于自然交互设备主要有力反馈设备数据手套三维鼠标. 9、三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键设备之一，一般要跟踪参与对象的宽度、高度、深度、俯仰角(pitch) 、转动角(yaw) 和偏转角（roll ）, 我们称为 6 自由度（6DOF）。 10、空间位置跟踪技术有多种，常见的跟踪系统有机械跟踪器电磁跟踪器超声波跟踪器惯性跟踪器光学跟踪器。 11、所谓力反馈，是运用先进的技术手段将虚拟物体的空间无能运动转变成物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感，从而提供一个崭新的人机交互界面。该项技术最早应用于尖端医学和军事领域。 12、立体显示技术是虚拟现实系统的一种极为重要的支撑技术。要实现立体的显示。现已有多种方法与手段进行实现。主要有互补色偏振光时分式光栅式真三维显示. 12、正是由于人类两眼的视差，使人的大脑能将两眼所得到的细微差别的图像进行融合，从而在大脑中产生有空间感的立体物体视觉。 13、HMD（Head_Mounted_Display ）, 头盔式显示器，主要组成是显示元件\ 光学系统 14、洞穴式立体显示装置（CAVE Computer Automatic Virtual Enviroment ）系统是一套基于高端计算机的多面式的房间式立体投影解决方案,CAVE主要组成由高性能图形工作站投影设备跟踪系统声音系统。 13、三维视觉建模又可细分为几何建模、物理建模、行为建模技术，分别是基于物体的几何信息来描述物体模型的建模方法、涉及到物体的物理属性，行为建模反映研究对象的物理本质及其内在的工作原理。 14、在真实感实时绘制技术中，为了提高显示的逼真度，加强真实性，常利用的方法有纹理映射反走样环境映射。 15、在基于几何图形的实时绘制技术实现过程中，目前有下面几种用来降低场景的复杂度，以提高三维场景的动态显示速度的方法: 预测计算法、脱机计算法、3D剪切法、可见消隐法、细节层次模型法。其中细节层次模型法应用较为普遍。16、为了保证虚拟环境的真实性，常需要对虚拟物体进行碰撞检测，实现方法有多种，但其中的层次包围盒法方法是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法，它是解决碰撞检测问题复杂性的一种有效方法。实时绘制技术场景简化快速消隐纹理化对象限时绘制\

三维虚拟现实技术

虚拟现实技术的演变发展及在军事地形学研究的影响 ——《三维虚拟现实技术》研究报告（姓名：刘栋学号:2009202140087）一．前言随着计算机科学的飞速发展，虚拟现实技术已渗透进入了军事、工程、医学、教育等各个方面，并且在这些领域中起着重要的作用。如海湾战争的美国士兵对周边的环境不觉得陌生，是由于虚拟现实已把他们带入那漫无边际的风尘黄沙让他们身临其境感受到大漠的荒凉。三维虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中去。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术、前沿学科和研究领域。三维虚拟现实技术具有以下四个重要特征① 多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知

和计算机的发展促使了虚拟现实技术的萌芽。 2.1.2虚拟现实技术的萌芽阶段 60年代到 70年代初是虚拟现实思想萌芽阶段。 60 年代初Ivan Sutherland教授在他的博士论文对有关计算机图形交互系统方面作了论述。65年他发表的论文“the ultimate display”提出了感觉真实、交互真实的人机协作新理论。1968 年他开发了头盔式立体显示器，后来他开发了一个虚拟系统，可称得上是第一个虚拟现实系统。它是基于传统习惯、花费又大、模型又过分简化了的一个虚拟世界。Ivan Sutherland 的论文和一个过于简单的虚拟世界是具有初始意义的虚拟现实技术，也正是虚拟现实技术的萌芽。由于在图形方面的显示和交互，因此人们称他为图形学之父。 2.1.3虚拟现实概念和理论的初步形成 1973年到 1989年为虚拟现实技术的第三阶段。 1973年 Myron Krurger 提出了“Artificial Reality”这是早期出现的虚拟现实的词。从字

三维可视化与物联网技术在数字校园建设中的应用

三维可视化与物联网技术在数字校园建设中的应用 ——以滨海新区三维可视化数字校园系统建设研究为例天津市滨海新区塘沽教育中心马连成贺秀芳摘要：天津市滨海新区三维可视化数字校园信息管理系统的建设，首次将物联网、三维可视化技术在校园中进行集成应用，通过各类传感器的对接，实现了校园内资产与设备管理、多媒体教室和实验室使用监管、地下管网管理、安全监督管理、应急管理等系统的集成应用和联动管理，并借助三维场景和动态模型表现管理对象的空间位置、属性及其状态信息，为校园各部门管理人员提供可视化管理方式，极大的丰富了数字校园信息管理的内涵，提升了校园管理信息化水平，为校园全方位管理提供决策支撑。关键字：物联网三维可视化数字校园三维可视化数字校园信息管理系统主要是通过物联网、数据通信与传感网络、三维可视化与虚拟仿真、智能分析与多维联动、三维GIS 空间信息等最新技术的联合应用，依托于三维可视化综合管理平台，集成各种感知识别设备、现有业务系统和各类数据，完成了对校园校产、校园人员、设备与设施的属性和位置管理，实现了对以上对象的状态进行实时监测、数据分析和报警联动，最后通过三维可视化的方式对便于展示的部分进行位置、属性和状态的综合直观显示。该系统集成校园现有固定资产、校园OA、校园教务管理系统等业务的接口，真正建立起包括校园环境及建筑监管、校园设备监管、校园运营管理、校园决策辅助等功能在内的全方位、网络化、可视化信息管理系统，最终实现校园管理信息系统的数据交互与共享，为数字校园安全、精细化管理、绿色校园建设提供重要的辅助支撑。本系统建设完成后，还可以与教育局等主管部门进行基于GIS的教育布局分析系统进行对接，不断完善同空间位置相关联的各类管理信息的集成、联动与分析，并形成适合教育系统应用的多层次管理结构。一、系统结构设计