基于X3D的虚拟三维场景漫游系统设计与实现
基于X3D的虚拟校园漫游系统的研究与实现
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎｄ ｓ ａ ｃ ａ Ｒｅ ｌｚ ｔｏｎ ｆ Ｖｉｔ ｌ Ｃａ ｐｕ ａｎ ｒ ｎ Ｓ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｏ Ｘ３ ａ ｉ ａ ｉ ｏ ｒ ｕａ ｍ ｓＷ ｄｅ ｉ ｇ ｙｓｅ ｓ ｄ ｎ Ｄ
Ｋ ｅ ｒ ： ｖｒｕ ｌｃ ｍｐ ｓ ｗａ ｄ ｒｎ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉｔａ ａ ｕ ； ｎ ｅ ｇ； Ｘ３ ； ｍｏ ｅｉｇ； ｉｔｒｃｉｎ ｉ Ｄ ｄｌ ｎ ｎｅ ａ ｔ ｏ
Ｏ 引言
高效 的 ３ Ｄ计算能 力、 渲染质 量和传输速度 ， 得到了众多著名软
０ ４ Ｘ Ｄ规范获得 国际标准组 织 ＩＯ ＩＣ Ｓ／ Ｅ 虚拟校园是虚拟现实技术在数字校 园中的具体应用 。随着 件 厂商的支持 。２０ 年 ， ３ 的认证 ， 正式 成为 国际通用标 准 ＩＯ ＩＣ１ ７５ 。我们 可通过 Ｓ／ Ｅ ９７闱 “ 数字 地球” “ 字 中国 ” “ 、数 、 数字城 市” 等概念 的提 出和逐步 实 Ｄ技术 对校 园场景进行建 模 ， 并结合 文字 、 图像和 声音等多 现， 虚拟校 园的设计与实现 已成为 当前 大学研 究的热点之一“ Ｘ３ 。 构建 出一个 生动逼真 的三维虚 拟校 园 ， 使人 们可 以 国内外 有不少大学都先后 创建 了自己的虚拟 校园 ， 让参 观者可 媒 体技术 ， 直 接通过互 联 网进入 校园 ， 临其境地在 校园 内漫游 ， 身 全方位 以在因特 网上浏览 校园 。如 新加坡 南洋科 技大学 ， 津大学 ， 天
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔ ｍｏ ｅ ｉ ｇ ｆ ｔ ｅ ｃ ｎｅ ｓ ｃ ａ ｕｉ ｉ ｇ ，ｔｅ ｓ ｎ ｒ ａ ｓ ｎ ａ ｕ ｉ ｇ ｔａ ｔ ｈｅ ｄ ｌ ｏ ｈ ｓ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ｂ ｌ ｎ ｓ ｒ ｅ ａ ｄ ｏ ｄ ｉ ｃ ｍｐ ｓ ｂｙ ｕｓｎ Ｘ３ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉ ｅ ｐ ｕ ｄ ｄ，ｔ ｅ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｓ ｘ ｏ ｎ ｅ ｈ ｉ ｔ ｒ ｃ ｉ ｎ ｅ ｈ ｌ ｇ ｈ ｅ — ｍｅ ｉ ｎ ｌ ｃ ｎｅ ｓ ｔ ｄ ｅ ， ａ ｄ ｏ ｎ ｅ ａ ｔｏ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ｏｆ ｔ ｒ ｅ ｄｉ ｎｓｏ ａ ｓ ｅ ｉ ｓｕ ｉ ｄ ｎ ｃ ｍｂｉ ｉ ｇ ｍｕｌ ｍ ｅ ｉ ｔｃ ｏ ｏ ａ ｄ ｎｎ ｔ ｄａ ｅ ｈ ｌｇ ｉ ｎ ｙ ｎ ｗｅ ｔ ｃ ｏ ｏ ，ｔ ｖ ｒｕ ｌ ｂ ｅ ｈ ｌｇ ｎ ｙ ｈｅ ｉ ａ ｔ ｃ ｍｐｕ ｗａ ｄ ｒｎｇ ｙ ｔ ｍ ｆ ｉ ｔｇ ａ ｉ ｇ ｖ ｉ ｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｄ ｖ ｒｕ ｌ ｈ ｅ — ｉ ｅ ｓ ｏ ａ ｃ ｎ ｓ ｒ ａｉ ｅ ． ａ ｓ ｎ ｅ ｉ ｓ ｓｅ ｏ ｎ ｅ ｒ ｔ ｏ ｃ ，ｔ ｘ ，ｖ ｄ ｏ ａ ｉ ａ ｔ ｒ ｅ ｄ ｍ ｎ ｉ ｎ ｌ ｓ ｅ ｅ ｉ ｅ ｌｚ ｄ ｎ ｎ ｔ
基于虚拟现实的三维漫游技术研究与实践
(2)三维环境：通过构建三维的虚拟环境，使用户能够在空间中自由移动和 观察，突破了传统二维平面的局限。
(3)交互性：用户可以通过设备与虚拟环境进行互动，实现实时交互和动态 反馈，提高了交互性和趣味性。
(4)多元化应用：三维漫游技术可应用于游戏、影视、教育、医疗、军事等 领域，具有广泛的应用前景。
基于虚拟现实的三维漫游技术 研究与实践
01 一、引言
目录
02 二、文献综述
03
三、技术特点与应用 实践
04 四、未来研究方向
05 五、结论
随着科技的不断发展，虚拟现实技术以其独特的互动性和沉浸感在众多领域 取得了显著的应用成果。其中，基于虚拟现实技术的三维漫游技术以其能够为用 户营造逼真、立体的虚拟环境而备受。本次演示将对基于虚拟现实技术的三维漫 游技术进行深入研究，探讨其技术特点与应用实践，以期为相关领域的研究和实 践提供有益的参考。
一、引言
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它通过模拟人 的视听和触觉等感官，使用户能够沉浸在虚拟环境中。三维漫游技术是虚拟现实 技术的一个重要分支，它通过在虚拟环境中实现自主移动和观察，使用户能够身 临其境地感受虚拟环境的真实感和氛围。本次演示主要研究基于虚拟现实技术的 三维漫游技术的技术特点与应用实践。
2、应用实践
(1)图像处理：在图像处理领域，三维漫游技术可应用于医学影像分析、地 质勘探、建筑漫游等领域，提高了图像处理的准确性和效率。
(2)影视娱乐：在影视娱乐领域，三维漫游技术制作出了极具沉浸感的影音 作品，提高了观众的观影体验。
(3)教育领域：在教育领域，虚拟现实技术为学生提供了直观、形象的学习 资源，有助于提高教学质量和效果。
四、未来研究方向
毕业答辩-基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统设计与实现
实现的主要功能
学校简介 查看学校信息 登陆学校网站 手动漫游 系 统 运 行 切换不同场景 手动控制漫游 自动漫游 播放漫游动画 导航 建筑信息查询
场景小品
雾效、光晕
结束
我的设计答辩就到这里了， 敬请各位老师予以指正， 谢谢大家！
开发过程
CAD图纸处 理阶段
数据采集阶段
3Ds Max建模 阶段
三维漫游引擎 制作阶段
Photoshop处 理阶段
开发过程
数据采集阶段：是系统开发的基础，包括CAD图纸的获取、建筑实景照 片的拍摄、校园建筑信息的收集。 CAD图处理阶段：将得到的CAD图纸进行整理，分层导出校园平面图、 建筑轮廓图、校园道路图、植被分布图等。 Photoshop处理阶段：将拍照得到的建筑物图片进行处理，制作模型的 贴图、纹理材质，以及进行系统界面的设计。 3Ds Max建模阶段：运用整理后得到的CAD图纸进行建模，包括地形模 型、建筑模型、环境模型、装饰物的建造。 三维漫游引擎制作阶段：系统制作的最后阶段，主要是将建造的模型经 过纹理贴图后进行系统功能和界面的制作。实现的功能主要有：手动 漫游、自动漫游、导航查询、建筑信息查询等……
基于虚拟现实技术的三维校园漫 游系统设计与实现
系别：计算机科学系 班级：07计本5班 姓名：王荣华 指导教师：黄筱佟
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
研究背景及意义
• 随着计算机技术，特别是计算机图形学、三维仿 真技术以及虚拟现实技术的飞速发展，信息管理 的数字化和实物模型的虚拟化已成为当今世界非 常重要的技术应用领域。信息化时代的到来，使 网络虚拟展现有了很大的冲击性，被广泛应用于 房地产、医疗、教育、军事航天等领域。三维校 园漫游是虚拟现实技术在数字校园中的具体应用, 它具有校园对外宣传的功能, 给普通用户搭建了一 个了解校园的良好平台,使用户可以全面直观地了 解校园,对校园的各种景观建筑的属性进行查询。 当前，许多高校都已经建立起自己校园展示平台 并以投入使用，并取得了很好的宣传效果。
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案1. 引言1.1 背景介绍传统的教学模式往往受到时间和空间的限制，学生只能通过课本和图片去了解学校的各个角落。
借助虚拟校园漫游系统，学生可以通过身临其境的方式，实时感受校园的氛围，了解学校的建筑结构、景观规划等方面的信息。
这种沉浸式的学习体验不仅可以提高学生的学习兴趣和参与度，还可以丰富他们的学习体验，促进他们在校园生活中更好地融入和成长。
设计一套基于三维全景技术的虚拟校园漫游系统对于提高教学质量、增强学生学习体验有着重要的意义。
本文将围绕虚拟校园漫游系统的概述、系统架构设计、技术实现方案、用户体验优化以及安全性保障等方面展开讨论，为今后虚拟教育领域的发展提供一定的参考和借鉴。
1.2 研究意义虚拟校园漫游系统是利用三维全景技术构建的虚拟校园环境，让用户可以通过计算机或移动设备进行校园的虚拟漫游。
这种系统对于学校和学生来说具有重要的研究意义。
虚拟校园漫游系统可以为校园宣传和招生起到积极作用。
通过展示校园的美丽景观、先进设施和优质教学资源，吸引更多学生和家长了解学校并提高学校的知名度和声誉。
虚拟校园漫游系统可以为远程学习和教育提供支持。
学生和教师可以通过系统进行虚拟的学习和教学活动，不受地域限制，提高教学效率和教学质量。
虚拟校园漫游系统可以为校园安全管理提供帮助。
通过系统监控和管理校园的人流和安全设施，及时发现并处理安全隐患，保障师生的生命财产安全。
研究虚拟校园漫游系统具有重要的实践价值和发展前景，可以促进校园教育的创新发展和提升校园管理水平。
2. 正文2.1 虚拟校园漫游系统概述虚拟校园漫游系统是一种基于三维全景技术的校园导览系统，通过虚拟现实技术将校园环境以三维图像的形式呈现给用户，使用户能够在虚拟环境中自由漫游，了解校园的各个区域和建筑物。
这种系统可以极大地提升校园导览的效率和体验，让游客和新生更加快速、直观地了解校园的布局和景点。
虚拟校园漫游系统通常包括地图导航功能、建筑物展示、校园景点介绍等功能模块。
基于虚拟现实技术的虚拟漫游系统设计与实现
基于虚拟现实技术的虚拟漫游系统设计与实现虚拟现实技术（Virtual Reality, VR）是一种能够模拟现实环境并创造沉浸式体验的技术。
虚拟漫游系统基于虚拟现实技术，通过建立一个仿真的虚拟场景，让用户能够身临其境地探索和参与其中。
本文将介绍基于虚拟现实技术的虚拟漫游系统的设计与实现。
一、系统需求分析1. 用户需求虚拟漫游系统的用户有不同的需求，包括兴趣爱好、学术研究等。
系统需要兼顾不同用户的需求，提供多样化的虚拟场景和交互方式。
2. 技术需求虚拟漫游系统需要运用虚拟现实技术，并配备相应的硬件设备，如头显、手柄等。
系统需要具备实时渲染、交互式控制、多用户支持等技术要求。
二、系统设计1. 虚拟场景设计在系统设计过程中，首先需要考虑虚拟场景的设计。
根据用户需求和目的，选择合适的场景主题，如自然风光、历史文化等。
在场景设计中，要注重场景的真实感和细节设计，以提供更为逼真的体验。
2. 用户交互设计用户交互是虚拟漫游系统中重要的一环。
系统应提供多样化的交互方式，例如手柄、体感设备等，以满足用户的不同需求。
同时，系统应注重交互反馈设计，及时响应用户的操作，提供良好的使用体验。
3. 数据加载与渲染虚拟漫游系统需要加载大量的三维模型和贴图数据，并进行实时渲染。
为了提高系统性能，可以采用分层加载技术，根据用户所在位置和视线方向加载不同精度的模型和贴图，以降低系统资源的消耗。
4. 多用户支持虚拟漫游系统需考虑多用户同时体验的情况。
可以采用分布式架构，将用户分配到不同的服务器进行运算和渲染，以实现多用户之间的互动和交流。
三、系统实现1. 软件开发使用虚拟现实技术开发虚拟漫游系统，可以选择合适的开发平台和引擎。
常见的开发平台包括Unity、Unreal Engine等，它们提供了丰富的工具和资源，方便开发人员进行开发和调试。
2. 硬件设备选择虚拟漫游系统需要配备相应的硬件设备，如头显、手柄等。
在选择硬件设备时，需要考虑其与软件开发平台的兼容性和性能要求，以及用户的舒适感。
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案1. 引言1.1 背景介绍背景介绍：随着科技的不断发展，虚拟现实技术在教育领域的应用日益广泛。
传统的校园宣传方式已经不能满足人们对校园环境的好奇和需求，而虚拟校园漫游系统则可以通过三维全景技术为用户提供更为真实、沉浸式的校园体验。
通过这一技术，用户可以在不出门的情况下就可以全方位地了解学校的各个角落，包括校园建筑、教学楼、图书馆、体育场等。
这种虚拟体验不仅可以帮助学生更加直观地选择自己心仪的学校，也可以为校园宣传和招生工作提供更加生动和有吸引力的方式。
设计一个符合用户需求的虚拟校园漫游系统具有重要的意义和价值。
本文将探讨如何利用三维全景技术下的虚拟校园漫游系统来提升用户体验，同时将系统的安全性考虑在内，为校园文化传播和学校形象塑造做出贡献。
1.2 研究意义虚拟校园漫游系统是基于三维全景技术的新型校园信息化应用系统，具有很高的实用价值和推广意义。
虚拟校园漫游系统可以有效提高学生对校园环境的熟悉度和融入感，帮助新生更快地适应校园生活。
通过虚拟校园漫游系统，学生可以方便地了解校园内各类资源的位置和属性，节省了在校园导览和查询信息的时间和精力。
虚拟校园漫游系统还可以为校园教学、管理和服务提供更加便捷、高效的工具和支持，提升学校的整体管理水平和服务质量。
虚拟校园漫游系统的研究和应用不仅对提升学生体验、提高学校管理效率具有积极的意义，同时也有着广阔的商业化前景和社会效益。
【字数：215】1.3 研究目的研究目的旨在通过设计与实现三维全景技术下的虚拟校园漫游系统，为用户提供一个更加直观、真实的校园体验。
通过该系统，用户可以在虚拟环境中自由漫游，了解校园的实际情况和各项设施的布局，从而方便他们在现实生活中更好地适应校园生活。
本研究还旨在探索如何利用三维全景技术来提升用户体验，让用户可以更加方便、快捷地获取所需信息，并且为用户提供更多的交互功能，增强用户参与感和互动体验。
通过系统功能设计和系统安全设计，还可以确保系统的稳定性和安全性，保障用户在虚拟环境中的正常使用。
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案随着科技的不断发展，三维全景技术已经在各个领域得到了广泛的应用。
虚拟校园漫游系统是应用三维全景技术的一个重要方向，它可以为学生、教师和家长提供一个真实、直观的校园环境，使他们能够更好地了解学校的情况，并且方便地进行校园导览和相关信息的查找。
本文将对三维全景技术下的虚拟校园漫游系统进行设计方案的详细阐述。
1. 系统概述三维全景技术下的虚拟校园漫游系统，是基于三维数字模型技术，采用虚拟现实技术和交互式技术，通过计算机、传感器等设备，模拟出学校的真实环境，包括校园建筑、植物、道路、车辆等各种元素，形成一个可供用户漫游和交互的虚拟校园环境。
用户可以通过电脑、手机、VR眼镜等终端设备，实现对校园的虚拟漫游，随时随地了解学校的情况。
2. 系统功能（1）校园导览功能：用户可以在虚拟校园中进行导览，了解学校的各个部分、建筑物的分布和风格、周围环境等，同时可以查看各个建筑的详细信息和图片，方便用户快速的了解学校的情况。
（2）周边设施查询功能：系统可以提供校园附近的超市、餐厅、医院、银行等周边设施的查询服务，用户可以通过系统了解附近设施的位置、简介、营业时间等信息。
（3）在线咨询功能：系统可以实现学生、家长、教师的在线咨询功能，用户可以通过系统与学校的老师或工作人员进行在线交流，咨询招生政策、办学情况等相关信息。
（4）校园活动宣传：系统可以发布学校的各种活动信息，如开学典礼、运动会、文艺汇演等，方便用户了解学校的最新动态。
3. 技术实现三维全景技术下的虚拟校园漫游系统的主要技术实现包括：三维数字模型建模技术、虚拟现实技术、交互式技术等。
（1）三维数字模型建模技术：利用摄影测量技术和计算机图形学技术，对校园的建筑、植物、道路等进行数字化建模，形成真实的校园模型。
（2）虚拟现实技术：通过虚拟现实技术，将三维数字模型呈现给用户，实现用户对校园的虚拟漫游体验，使用户身临其境地感受校园的真实情况。
基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统设计与实现
第13期2023年7月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.14July,2023作者简介:张玉婷(1980 ),女,江苏南京人,讲师,硕士;研究方向:数字媒体技术,虚拟现实技术㊂基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统设计与实现张玉婷(金肯职业技术学院人工智能与信息工程学院,江苏南京210000)摘要:文章以金肯职业技术学院为例,通过3Ds Max 软件进行三维模型的创建,使用Photoshop 处理照片,Substance Painter 编辑材质贴图,再导出模型到Unreal Engine 4虚幻引擎中完成整个场景的搭建和运行㊂应用Unreal Engine 4自带的蓝图可视化脚本或者C ++语言,添加多样的人机交互,再连接到VR 设备,通过控制手柄,完成沉浸式的虚拟现实校园漫游系统㊂关键词:虚拟现实;漫游;Unreal Engine 4中图分类号:TP391㊀㊀文献标志码:A0㊀引言㊀㊀随着三维技术和虚拟现实技术的发展,现实场景的数字化可以更好㊁更便捷地展示特定的区域㊁场馆㊁风景㊂其科技性㊁艺术性和身临其境的观感,可以给人们提供跨越时间和空间的沉浸式体验㊂近年来,国内外各大高校一直努力进行硬件㊁软件的数字化㊁智能化㊁信息化的建设㊂在以往传统的校园场景三维建筑动画的基础上,融入新的虚拟现实技术,增加体验效果㊂本文以金肯职业技术学院为例,介绍基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统的设计与实现㊂1㊀总体设计㊀㊀首先确定了应用虚拟现实技术实现三维校园漫游的方案㊂使用CAD㊁3ds max 制作三维模型,在三维软件中对建筑物㊁地形㊁实体对象进行模型的创建和优化㊁展开UV,再导出FBX 文件到Unreal Engine 4(以下简称 UE4 )中进行整合和搭建场景㊂在其中完成植被㊁灯光㊁材质㊁碰撞等设置㊂通过蓝图可视化脚本或者C ++语言,添加有趣㊁恰当的交互设计,最后与VR 硬件设备进行打包安装㊁测试发布,完成虚拟校园的三维漫游系统的设计与制作[1]㊂2㊀漫游系统的开发与实现2.1㊀数据采集㊀㊀真实场景的数字化还原要有准确的校园各场景建筑物分布信息㊂金肯学院有南㊁东㊁西3个校区,已有的CAD 图纸不完整㊂通过实地勘测与拍照结合的方式,采集㊁整理了地形图和建筑设计图等数据,绘制了校园内的各教学楼㊁体育馆㊁图书馆㊁宿舍区㊁食堂㊁办公楼㊁实训楼等区域分布图,划分出主干道和建筑小品的区域[2]㊂2.2㊀模型创建和导入㊀㊀在前期绘制的CAD 图纸的基础上,通过照片建模的方式,在三维软件3Ds Max 中,1ʒ1还原各主要建筑物的外观模型㊂由于整个场景数字化数据较大,因此在创建过程中,务必要做好模型面数的控制,及时优化㊁处理错漏面,最后导出为FBX 格式的文件㊂打开UE4,在新建项目中选择蓝图,选择第一人称,创建空白项目㊂点击导入命令按钮,将FBX 文件导入引擎中㊂第一次导入的时候,通常需要选择设置选项卡㊂可以根据系统要求设置 自动创建碰撞体 创建灯光UV 视图 合并模型 等项目内容㊂此外,还可以选择 新建材质 或者 导入纹理 来决定导入模型时,是否创建材质球和附带相关的材质素材㊂将地形㊁建筑物等模型依次导入后,UE4会对导入有问题的部分进行提醒,通常要一一查看模型㊁材质球㊁纹理贴图等效果是否需要修改㊂必要的时候,要返回到三维模型软件中进行调整㊂解决问题后,对各个文件进行分类整理,方便以后调取使用㊂2.3㊀材质贴图制作㊀㊀由于整个校园的建筑外立面设计独特㊁风格统一,系统采用了大量拍摄的实景照片,使用Photoshop 软件进行后期处理,Substance Painter 软件绘制纹理,作为建筑的贴图使用㊂此外,使用UE4虚幻引擎自带的材质系统为模型添加外观效果[3]㊂打开UE4虚幻引擎,在内容浏览器空白处单击鼠标右键,选择创建新材质㊂双击材质球,打开UE4的材质编辑器,在界面中空白位置按下数字键3,创建一个三维数组㊂点击Constant 色块可以设置具体的RGB 颜色㊂按住鼠标左键不松手,拖拽连接到基础颜色的节点上,完成材质颜色的创建㊂同样的原理,按住数字键1,创建一个一维数组,设置参数在0~1的任意数值,再拖拽到粗糙度或者高光度的节点上,就可以设置相对应的效果㊂之后返回场景中,将材质球附在模型上,就可以看到实际效果㊂漫游系统中,可以通过复制已有的材质球,在编辑器中修改其中的某些参数,来得到另一个新的材质㊂基础材质如图1所示㊂图1㊀基础材质在系统中,有些模型需要添加纹理贴图㊂可以在材质编辑器界面中,按住U 键的同时单击鼠标左键,就会创建新的节点纹理坐标㊂在其中导入处理好的贴图,将输出端连接到UV 引脚上㊂在左下角的界面中输入数量,可以调整贴图的比例以适应模型的大小㊂2.4㊀交互设计㊀㊀本系统设置了第一人称的视角,带上VR 眼镜之后,仿佛置身于现实场景中㊂参观者通过对手柄的控制,实现走㊁跑㊁跳跃㊁转向㊁瞬移等运动效果,模拟真实场景中人的基本运动动作㊂系统添加了对话系统㊂当人物走进特定的区域,或者点击场景中的某个道具,画面中会出现相关的校园介绍㊂为了增加参观者的体验感,这些内容以动态文字㊁动画视频结合的方式呈现,伴以适合的音乐,提升氛围感和视觉效果㊂系统设计了自动导航,默认情况下顺着设计好的路线进行漫游㊂通过右上角的同步小地图,体验者可以一目了然地掌握所在位置㊂同时,考虑到校区区域范围大,在制作系统时,设计了通过快捷键或者操作VR 设备配套的手柄,可以跳转到不同的校园区域,精准定位到各场景,实现空间的交互㊂为了添加趣味性,系统特地增加了一些交互小游戏㊂比如在漫游到湖心亭的时候,体验者通过手柄射线点击UI 界面上的按钮,开启材质贴图的样式和颜色的切换功能,欣赏由 一键换装 带来的春夏秋冬不同的风景㊂2.5㊀多视角角色的创建和切换㊀㊀高职院校各类实训室㊁工作室的建设,也体现学院的成果和特色㊂系统特意增加了室内漫游的内容,因此系统需要实现360ʎ室外场景自由旋转查看的功能和用于室内漫游的角色,以及两种角色相互切换控制权的设置㊂在UE4中选择蓝图类创建Pawn,创建一个能被操控的角色㊂在编辑界面中,添加组件里面新建弹簧臂组件㊂以这个点做一个牵制,以弹簧臂组件为父类,添加摄像机组件为子类,弹簧臂就能牵制摄像机进行360ʎ的旋转查看㊂接着点击弹簧臂组件,在细节面板中勾选使用Pawn 控制旋转,弹簧臂会跟着鼠标进行旋转㊂接下来,通过蓝图输入一些控制逻辑,来实现鼠标输入的事件㊂在事件列表界面中,输入Turn,调取 输入轴Turn ;再输入LookUp,调取 输入轴LookUp ㊂将 输入轴Turn 里面的Axis Value 连接关联的 添加控制器Yaw 输入 ,其中Yaw 设置的是Z 轴㊂将Lookup 连接关联的 添加控制器Pitch 输入 ,Pitch 对应的是Y 轴㊂设置完成之后,摄像机就可以跟随鼠标旋转㊂接着把蓝图类放置在场景中,调整位置㊁高度㊂可以通过调整摄像机的目标臂长度的数值,将视角调整得远或者近一些㊂设置完成回到场景,在细节面板中,自动控制玩家选择 玩家0 ㊂保存文件进行编译,查看设置效果㊂如果旋转生硬,可以在蓝图类中选择弹簧臂组件,启动摄像机旋转延迟㊂这样旋转角度时,就会更加丝滑自然㊂接下来继续创建第二个用于室内场景漫游的角色㊂在内容浏览器中单击鼠标右键,选择蓝图类,创建一个有碰撞的Actor 角色,用来模仿人在场景中真实漫游㊂先添加弹簧臂组件和摄像机㊂摄像机放在弹簧臂组件的子类里面,但弹簧臂长度要改成0,用来模拟人的头部旋转查看场景㊂在右侧的编辑面板中,勾选 使用Pawn 的控制旋转 ㊂在设置完Z 轴Y 轴坐标后,还需要设置角色前后左右的移动㊂在场景漫游角色的事件图表界面中,添加 输入轴Move Forward 和 输入轴Move Right ,再调出 获取控制旋转 ,在Return Value 右键引出 分割结构体引脚 ,使用Z 轴Yaw 创建旋转体,Return Value 中获取向前向量,再获取向右向量Add Movement,添加移动输入㊂系统已经封装好能够让角色移动的蓝图节点,只要传入对应的参数即可㊂设置完成之后,当按下键盘W,就会返回数字+1,按下S 就会返回数字-1,如果没有输入,就会返回数字0㊂有数值之后,角色就会移动㊂当按下W 键,传入的是+1,移动的方向就会参考向控制器正前方移动;当按下S 键,传入的是-1,向前的向量乘以-1,变成向后的向量,就会向后移动㊂同样的原理,按下A 键输入的是-1,向左移动;按下D 键输入的是+1,向右移动㊂将设置好的Actor 角色拖动到场景中编译测试㊂如果角色移动速度或快或慢,可以在Character Movement 组件中设置最大行走速度,改成适合的数值即可㊂最后,设置两个角色控制权的切换㊂为了能够快速地实现功能,可以把这些蓝图写在关卡蓝图里面㊂打开关卡蓝图界面,先创建两个自定义事件,一个是切换到场景漫游,另一个是切换到360度自由查看㊂接下来将两个蓝图类拖拽到关卡蓝图界面㊂新建 获取玩家控制器 节点,连接 使用混合设置视图目标 ,引脚连到 切换到场景漫游 ,再将 场景漫游角色 连接到New View Target,Bland Time(混合时间)设置成2.0㊂设置的效果是经过2s时间,将当前的画面,混合到新的画面㊂Bland Func(混合函数)选择 VT混合交叉缓动 ,就会有缓动效果㊂再用同样的方法,完成从另一个角色的跳转设置,实现2个镜头之间的混合㊂之后,在事件图表界面中输入F键㊁空格键和键盘,直接跳转到键盘事件,用FlipFlop制作一个流程控制㊂按下F走A,再按一下走B,再按一下再走A,往复循环的功能㊂实现由A引出切换到场景漫游,由B切换到360ʎ全景漫游㊂2.6㊀场景中播放视频㊀㊀为了更好地展示和介绍学院信息,系统在场景中设置了几处通过屏幕播放视频的组件㊂先提前制作好相关的mp4格式的视频文件㊂在内容文件夹里面创建新文件夹存储相关文件㊂在空白处单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择Media里面的Media Player㊂再次单击鼠标右键,在弹出的快捷菜单中选择创建蓝图类,选择Actor角色,命名之后双击打开编辑界面㊂在左侧的组件中选择Cube,调整尺寸大小,做成类似显示屏的模型,用来播放视频使用,再根据需求设置材质㊂在关卡蓝图中,调出Event BeginPlay事件㊂创建变量,选择Media Player中的Object Reference对象引用㊂在默认值中选择创建的Media Player㊂再将Media Player拖入编辑区,拖出引脚连接Open Source 打开源㊂在下方选择需要播放的视频㊂再将创建的Actor拖入场景,并编译保存㊂此时场景中可以播放视频画面,但缺少声音㊂这是因为这种播放视频的原理是将视频作为材质附在模型上㊂因此需要再设置声音㊂双击打开Actor编辑界面,在Cube组件中找出Media Sound组件㊂在编辑器的Media Player里面找到创建的播放器㊂再次编译,视频画面和声音都同步出现了㊂3 结语㊀㊀本系统使用了三维软件㊁虚幻引擎和VR设备,创建了校园的虚拟现实漫游系统,对现实场景数字化构建㊁虚拟交互体验,进行了实践操作㊂由于相关技术难度较大,更新换代较快,目前国内的研究还需要学习和补充一些国外的技术和思维㊂随着技术的发展,还会有更多的虚拟数字化应用,适用于更多不同的领域,拓展时间和空间的范围[4]㊂参考文献[1]叶玉萍.基于虚拟现实技术的三维校园漫游系统研究[J].电脑与信息技术,2020(28):14-16. [2]庄姗姗.基于虚拟现实技术的漫游校园VR系统的研究与开发[J].信息记录材料,2021(22):227-229. [3]苏雨晴,李彦雪,严进轩.虚拟现实技术在校园景观漫游中的应用研究[J].现代园艺,2022(7):121-123.[4]刘崧印,朱学芳,李川.基于VR技术的虚拟图书馆全景漫游系统的设计与实现[J].图书馆学研究, 2022(11):47-56.(编辑㊀沈㊀强)Design and implementation of3D campus roaming system based on virtual reality technologyZhang YutingSchool of Artificial Intelligence and Information Engineering Jinken College of Technology Nanjing210000 ChinaAbstract Taking JinKen Vocational and Technical College as an example the system uses3ds Max software to create a three-dimensional model uses Photoshop to process photos Substance Painter to process material maps and then exports the model to the Unreal Engine4virtual engine to complete the construction and operation of the entire scene. Apply Unreal Engine4 s own blueprint visualization script or C++language add various human-computer interactions and then connect to VR devices.Through the control handle complete an immersive virtual reality campus roaming system.Key words virtual reality roam Unreal Engine4。
三维虚拟校园自动漫游系统的设计与实现
三维虚拟校园自动漫游系统的设计与实现引言：随着科技的不断发展和网络的普及，虚拟现实技术正成为学校教学、宣传和展示的一种新方式。
三维虚拟校园自动漫游系统是基于虚拟现实技术的一种应用，通过使用此系统，用户可以在电脑或移动设备上实现在校园中自由漫游，了解学校的教学环境、学科设置和各个教学楼的位置，提高学校的宣传和招生效果。
一、系统需求分析1.功能需求：-展示学校校园各个教学楼、实验室、体育场馆等的立体模型；-提供漫游操作，实现在虚拟校园中的自由移动，用户可以随意切换位置和方向；-提供校园各个位置的详细介绍，如教学楼的名称、所属学科、使用情况等；-提供全景图、图片、视频等多种展示方式，向用户展示校园的方方面面；-实现导航功能，用户可以根据自己的兴趣和需求，规划自己的漫游路线；-可以与学校的官方网站和其他平台进行数据共享，为学校的招生宣传提供支持。
2.非功能需求：-系统界面友好、简洁，易于操作；-系统运行稳定，流畅，可以在不同的操作系统和设备上运行；-数据的准确性和完整性；-系统的安全性和隐私保护。
二、系统设计基于以上需求分析，我们可以设计以下系统架构：1.前端界面设计：在此模块实现系统的用户界面和用户操作。
-使用虚拟现实技术，实现校园各个位置的三维立体模型的展示；-提供用户漫游的操作界面，用户可以通过鼠标、键盘或者触摸屏操作实现虚拟校园的自由移动；-提供校园各个位置的详细信息展示界面，包括文字介绍、图片、视频等展示方式；-提供导航功能，用户可以根据自己的需求规划漫游路径。
2.后端数据库设计：在此模块实现系统所需的数据存储和管理。
-设计数据库，存储校园各个位置的相关信息，如教学楼名称、所属学科、楼层布局等；-存储校园各个位置的图片、视频等多媒体展示资源；-设计用户数据表，管理用户的个人信息和漫游记录。
3.数据交互和共享设计：在此模块实现系统与外部系统的数据交互和共享。
-设计数据接口，实现系统与学校的官方网站和其他平台的数据共享；-提供数据导入和导出功能，实现数据的迁移和备份。
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案
三维全景技术下的虚拟校园漫游系统设计方案随着科技的不断发展，虚拟现实技术在教育领域中得到了广泛的应用。
虚拟校园漫游系统作为其重要的应用之一，为学生提供了全新的学习体验，让他们可以在虚拟的环境中进行校园漫游，了解校园的各项设施和资源。
本文针对此类系统的设计方案进行探讨，从技术选型、功能设计、用户体验等多个方面进行详细分析。
一、技术选型虚拟校园漫游系统的技术选型需要考虑到系统的性能要求、用户体验以及成本等多个因素。
在三维全景技术下的虚拟校园漫游系统中，需要使用虚拟现实设备，如VR头显、手柄等设备，以提供用户沉浸式的体验。
系统需要具备对大量数据的处理能力，因此需要考虑到服务器、数据库、网络等方面的技术选型。
1.硬件设备：VR头显、手柄、PC或游戏主机等设备，以及服务器、数据库等服务器端设备；2.软件平台：Unity 3D、Unreal Engine等游戏引擎，以及VR开发平台，如SteamVR、Oculus SDK等；3.数据存储：选择可扩展的云存储方案，如AWS S3、Azure Blob Storage等；4.网络传输：选择高速、低延迟的网络传输方案，确保系统能够在不同地区的用户都有较好的使用体验。
二、功能设计虚拟校园漫游系统的功能设计需要考虑到用户的实际需求，系统应该能够提供丰富多样的场景和交互方式，以提高用户的参与度和体验感。
1.校园地图：提供校园地图，用户可以在地图上选择不同的地点进行漫游；2.三维场景：校园内各个建筑、教学楼、宿舍楼、操场等建筑的三维模型，以及校园内的环境细节，如树木、道路、广场等；3.导航功能：为用户提供导航功能，使其能够更方便地找到自己需要的地点；4.多媒体介绍：校园内各项设施和资源的多媒体介绍，包括文字、图片、音频、视频等形式；5.虚拟导游：系统应当提供虚拟导游功能，为用户提供更加丰富和生动的校园介绍体验；6.交互功能：用户可以与系统内的物体进行交互，如探索建筑内部、交互式参观等功能。
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2009年6月第7卷第3期地理空间信息ＧＥＯＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＪｕｎ．，２００９Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．３基于X3D 的虚拟三维场景漫游系统设计与实现王方雄1，李洋1，韩飞2（1.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连116029；2.中海石油基地集团有限责任公司通讯网络分公司，广东深圳518067）摘要：X3D 是新一代的互联网3D 图形规范,为构建基于Web 的虚拟三维场景及其人机交互提供了一种新的途径。
提出了基于X3D 的虚拟三维场景的建模方案，采用了地理信息系统的图层化方法将虚拟三维场景数据划分为独立地物、植被、交通、建筑物和数字地形等数据层，介绍了各数据层的三维建模及实现方法，并以一个典型的城市小区为例阐述了虚拟三维场景的优化与整合技术。
关键词：X3D ；虚拟三维场景；三维建模中图分类号：P228文献标志码:B文章编号:1672-4623(2009)03-0021-03Modeling and Implementing Virtual 3D Scene Based on X3DWANG Fangxiong 1，LI Yang 1,HAN Fei 2（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＵｒｂａｎａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＬｉａｏｎｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＮｅｔＢｒａｎｃｈｏｆＣＮＯＯＣＯｉｌＢａｓｅＧｒｏｕｐ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０６７，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Ｘ３ＤｉｓｔｈｅｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｎｅｔ３Ｄｇｒａｐｈｉｃｓｓｔａｎｄａｒｄ．ＩｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｗａｙｔｏｂｕｉｌｄａＷｅｂ－ｂａｓｅｄｖｉｒｔｕａｌ３Ｄｓｃｅｎｅａｎｄｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｖｉｒｔｕａｌ３ＤｓｃｅｎｅｂａｓｅｄｏｎＸ３Ｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｕｓｉｎｇｌａｙｅｒｓｍｅｔｈｏｄｏｆｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ａｖｉｒｔｕａｌ３Ｄｓｃｅｎｅｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏａｓｅｒｉｅｓｏｆｄａｔａｌａｙｅｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｆｅａｔｕｒｅ，ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎｄｄｉｇｉｔａｌｔｅｒｒａｉｎ．Ａｎｄｔｈｅｎ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅｖｅｒｙｌａｙｅｒｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｖｉｒｔｕａｌ３Ｄｓｃｅｎｅｓｗａｓｓｔａｔｅｄｆｏｒａｃａｓｅｓｔｕｄｙｏｆａｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｃｔ．Key words:Ｘ３Ｄ；Ｖｉｒｔｕａｌ３ＤＳｃｅｎｅ；３ＤＭｏｄｅｌｉｎｇ收稿日期：2008-11-07项目来源：教育部高校博士点专项科研基金资助项目(20070165001)。
X3D (Extensible 3D )是Web3D 联盟提出的新一代互联网三维图形标准（ISO/IEC 19775）[1]，它继承并发展了VRML 技术，整合了Java 、XML 、流媒体及多媒体等技术，使其具有更好的跨平台性和动态性，更强大高效的3D 计算能力、渲染质量和传输速度。
由于X3D 基于XML 标准，其扩展性和跨平台性大大增强[2]。
X3D 采用XML 编码结构使得X3D 浏览器使用DOM (文档对象模型)来存取数据成为可能，X3D 浏览器通过对树形结构各结点的操作，来实现虚拟三维场景的浏览与控制。
X3D 为虚拟三维场景的建模与实现提供了结点支持，主要有空间造型组节点、纹理效果结点、空间信息节点、场景优化效果结点以及事件处理结点等[3]。
１虚拟现实漫游系统的架构及实现方案1.1系统架构虚拟三维场景采用B/S 结构，由客户层、逻辑层和数据层构成。
数据层由存贮X3D （*.x3d 、*.wrl ）文件、XML DB 和空间属性信息的数据库组成。
逻辑层由Web 服务器和应用服务器组成。
Web 服务器接收浏览器传来的Http 请求并传给应用服务器，应用服务器将Web 服务器传来的Http 请求转换成数据库识别的语句，并向数据库发出请求进行查询。
数据服务器接收请求后执行相应的操作并将查询结果集返回给应用服务器，应用服务器把结果集进行分析处理并以浏览器能接受的形式（HTML 和X3D ）发送给Web 服务器，最后Web 服务器把结果通过Http 应答返回给Web 浏览器。
客户层用户通过浏览器向服务器(Web 服务器、应用服务器)发出请求，请求下载用户请求的X3D 三维场景文件，然后利用嵌入在浏览器(例如IE )里的BS Contact 插件显示虚拟三维场景。
客户层的交互主要通过JavaScript 的API 访问X3D 文件,从而实现用户与虚拟现实漫游系统的交互。
地理空间信息图1虚拟三维场景的建模路线虚拟三维场景的数据采用图层化思想来组织实现，根据三维场景中的地形地物特征，划分为数字地形、建筑物、交通、植被和独立地物等数据图层，如图2所示。
图2虚拟三维场景的数据组织２虚拟三维场景的建模实现三维场景中的地形、建筑物、交通要素、植被及独立地物基于X3D及三维建模软件分别建模，其中，植被和独立地物的建模方法相同。
2.1地形建模地形的建模方法主要有三种：基于离散点的地表建模，基于三角网的地表建模和基于等高线的地表建模。
基于离散点的地表建模是通过离散点的三维坐标数据，利用X3D的坐标生成器节点导入转化后的坐标数据真接生成数字地形。
但这种方法无法保证精度，数据转换过程中有些数据的坐标会丢失，而且修改起来比较繁琐，开发的效率低下。
基于三角网的建模是将整个区域表面建模为一系列相互连接的不规则三角形。
基于等高线的地表建模是使用3DS Max等三维建模软件的地形工具对矢量化的等高线采用曲面建模直接生成，具有精度高、生成快、维护方便的特点。
所以本文采用了基于等高线的数字地形建模方法，数字地形的X3D代码片段如下：<Scene><Shape><Appearance><Material diffuseColor="0.21.00.2"/></Appearance><ElevationGrid ccw="true"creaseAngle="3.0"height="……"solid="false"xDimension="8"xSpacing="2.0"zDimension="6"zSpacing="1.0"/></Shape></Scene>2.2建筑物建模建筑物建模是虚拟三维场景中虚拟表达的重要部分，也是虚拟现实再现真实地物的一个重要的环节，真实性的程度直接影响着可视化的最终效果。
利用可视化建模工具（3D Max等）建模建筑物可分为三个层次：远景建筑模型的构建可以采用贴图纹理的方式，将远景建筑抽象为一个对象的属性值；数字地形范围内的建筑（不提供室内漫游效果的）可以通过外景体建模，带室内景观漫游的建筑则采用精细模型构建。
2.3交通层建模交通层的建模主要依据建模好的数字地形与道路第７卷第３期23的X、Y坐标数据，一般可分为道路、人行道及道路两侧的栅栏层三个层次进行建模。
由于形体的单一，可以使用简单几何形体造型，例如在3DS Max中利用长方体、柱体等加入旋转角度可以快速的组建,或是采用建立交通的模型体库，将相似的道路及人行道利用引用单体的方式进行组建。
栅栏层的组建除简单形体建模外主要依靠贴图的纹理来实现，纹理的精细程度决定栅栏层的表达效果。
2.4植被层建模与建筑物建模相比，植被层的建模方法要复杂。
目前植被的建模主要采用基于规则几何体的建模方法和三维造型建模方法。
前者采用简单的几何形体来表示植被（树）的大小及大体形态，然后在几何形体上加入植物纹理的贴图。
该方法只支持简单形体的植物表达，无法表达复杂植物和形体。
基于重用技术的三维造型建模方法可以很好地表达各种复杂的植物及形体，首先利用简单几何形体构建出植被实物的单体模型，然后在三维场景中找出所有相似物的分布位置X, Y坐标数据，最后在X3D编辑器中用单体模型去替换对应坐标位置上的规则形体。
独立地物也采用相同的建模思路与方法。
植被层的X3D代码片段如下：<Scene><Transform rotation="0010"><Inline DEF="Tree"url="TreeSingle.wrl"/></Transform><Transform><PositionInterpolator key="……"/><Shape USE="Tree"/></Transform></Scene３虚拟三维场景漫游系统的实现利用X3D的InLine节点将分层建模的三维场景数据进行整合，通过建立一个主索引文件将数字地形、建筑物、交通、独立地物、植被等各个图层联结在一起，索引文件中还包含场景的真实感处理、光照以及三维场景控制的脚本事件代码，其虚拟三维场景在BS Contact浏览器中漫游显示的效果见图3。
图3虚拟三维场景漫游系统的效果图４结语X3D技术标准作为VRML97的发展成为下一代的网络三维图形的传输标准，采用XML编码方式，以更小的内核来实现网络条件下的虚拟三维图形的传输，有着不可取代的技术优势。
X3D技术在实现网络环境下三维图形的传输与显示方面具有体积小，实现容易，数据的压缩比高等特点，这些都为三维图形在网络环境下传输创造了便利的条件。
本文以一个典型的城市小区为例，给出了基于X3D的虚拟现实漫游系统的设计以及图层化的数据组织方案，介绍了各数据层的三维建模及实现方法，并将图层化的思想引入虚拟三维场景较好的解决了前台的延迟滞留问题。
参考文献[1]Web3D Consortium.ISO-IEC-19775:2004[EB/OL].http:///x3d/specifications/ISO-IEC-19775-X3DAbst-ractSpecification，2008-3-17[2]刑爱凤.基于X3D的虚拟现实际上建模技术[J].电子工程师，2008，36(4):67-70[3]张金钊，张金锐，张金镝.X3D虚拟现实设计—第二代立体网络程序语言[M].北京:电子工业出版社,2007[4]李成名，王继周，马照亭.数字城市三维地理空间框架[M].北京:科学出版社，2008[5]李大伟，王昊鹏，赵文杰.基于X3D的房屋实体构造的实现方法[J].计算机时代，2008，2:49-51[6]谢文达，冯开平，左宗义，等.基于X3D/VRML在线室内装饰设计系统的研究[J].武汉大学学报：工学版，2006，39(4): 107-110第一作者简介：王方雄，博士，副教授，主研方向为网络GIS 与空间信息网格。