基于VRML技术虚拟数字校园场景建模研究
基于VRML三维交互式虚拟校园的研究与应用的开题报告
基于VRML三维交互式虚拟校园的研究与应用的开题报告一、选题背景及意义随着数字技术的快速发展和信息化建设的不断推进，目前越来越多的教育机构和学校开始尝试利用虚拟现实技术构建数字化校园，旨在提高学生的学习体验和教学效果。
虚拟校园作为数字化学校的重要组成部分，可为学生、教师及家长提供更加真实、丰富的学习体验，同时也具有多样的功能，包括在线教学、学习资源共享、教学管理等。
因此，本课题旨在利用VRML三维建模技术，构建一种交互式虚拟校园，实现以学生为中心的教学模式，提升教学质量和学习效果。
二、研究内容1、总体设计运用软件技术对虚拟校园进行整体设计，包括建模、纹理等方面的设计。
2、虚拟场景构建利用VRML三维建模技术，在虚拟校园中构建各种校园场景，如教室、实验室、图书馆、体育馆等。
3、校园资源整合通过虚拟校园平台，整合学校教育资源，如教学资料、课程表等，集中管理，方便学生随时查看。
4、虚拟教学环境实现基于虚拟校园平台，实现在线教学课堂。
学生可以在虚拟教室中参加在线授课，进行互动交流。
教师可通过虚拟教学平台，对学生履行教学任务等情况进行管理。
三、研究方法1、文献调研法对虚拟校园和VRML三维建模技术的基础概念及应用进行系统性的研究和分析，为本研究提供理论支持和指导。
2、软件开发法利用Unity等虚拟现实开发平台实现虚拟校园的三维建模、虚拟教室的构建、虚拟教学平台的搭建等技术。
四、研究预期成果1、构建虚拟校园实现校园主体场景设计与实现，为学生提供一个高度还原真实校园场景的虚拟空间。
2、整合教育资源通过虚拟校园平台，整合学校教育资源，为学生提供统一的、集中管理的信息平台。
3、实现虚拟教学环境基于虚拟校园平台，实现在线教学课堂，为学生提供高度互动和个性化学习体验。
五、研究计划和进度安排1、文献综述和调研（4周）研究虚拟校园的现状和发展趋势，分析VRML三维建模技术的特点与应用。
2、系统设计（2周）设计虚拟校园系统的整体框架和各个模块的主要功能。
基于VRML的虚拟校园设计及实现的开题报告
基于VRML的虚拟校园设计及实现的开题报告（Introduction）虚拟现实技术是一种可使用户在计算机中体验高度仿真的三维交互环境的技术。
近年来，随着计算机技术的快速发展以及对虚拟现实技术的需求日益增加，这项技术已经得到了广泛的应用，人们可以通过虚拟现实技术在家中享受到游乐园、博物馆、森林等各种场景的仿真体验。
基于虚拟现实技术，设计建立一个虚拟校园是十分有意义的。
虚拟校园可以大大优化传统校园的管理体系，增强学生们之间的交流，同时将校园文化与传统教育有机融合起来。
本项目将使用VRML（Virtual Reality Modeling Language）语言，通过建立三维模型、动画以及交互功能等，实现一个基于虚拟现实技术的校园。
具体而言，本项目的目标是实现一个支持用户在虚拟校园内进行浏览、学习及交流的系统。
（Background）本项目的背景是在我国虚拟校园的开发工作也在如火如荼地进行，各级政府已经启动了一系列的项目来推进虚拟校园的建设。
尽管这些项目受到政府和社会各界的广泛关注和支持，但实际应用过程中还存在很多问题。
比如现有的虚拟校园设计往往缺乏足够的交互性，不利于学生的主动学习；一些虚拟校园系统过于复杂，使得学生难以使用，也增加了后期的维护工作量；虚拟校园开发的成本高昂，难以承担等问题。
针对这些问题，我们通过本项目的实现，尝试提出一种基于虚拟现实技术的校园设计方案，并探索如何通过优化设计来降低成本，增强交互性等。
（Objectives）本项目的主要目标是设计和实现一个基于VRML语言的虚拟校园系统，为学生提供一个丰富、清晰的校园体验，优化校园教学及管理的体系。
具体而言，本项目的目标包括：1.设计虚拟校园的3D建模，包括建筑、地形、植被、道路等元素。
2.设计虚拟校园的交互功能，包括用户登录、链接、导航、信息交流等功能。
3.实现虚拟校园内的教学资源，如图书馆、实验室、课堂等，提供方便的虚拟学习环境。
基于VRML虚拟校园设计
２８科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ虚拟现实技术（ＶＲ，ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）是当前非常活跃的研究领域，１９８９年由美国ＶＬＰ公司创建人ＪａｒｏｎＬａｎｉｅｒ提出，是一种逼真的模拟人在自然环境中的视、听、动作等行为的人机界面技术［１］。
本文研究的项目背景是内蒙古科技大学虚拟校园，从另一角度来宣传学校，利用ＶＲＭＬ构建内蒙古科技大学虚拟校园，通过ＶＲＭＬ技术对校园场景进行建模，并且与图像、声音、文字、视频等多媒体技术的结合，构建出了一个生动逼真的三维校园，使更多的人可以通过学校主页了解内蒙古科技大学，了解学校的建设成就，在五十周年校庆时和本科教学评估时，使学校形象得到充分的展现，因此开展虚拟校园的建设研究有十分重要的现实应用意义。
１ 虚拟场景建设的相关技术在虚拟现实技术中，首先要解决的问题是虚拟场景的建模方法，即虚拟世界的构造问题。
而虚拟三维空间建模的好坏是产生沉浸感和真实感的先决条件，场景太简单会使用户觉得虚假，而复杂逼真的场景又势必会增加交互的难度，影响实时性。
目前围绕虚拟场景建模问题的解决方式主要有三类。
１．１基于几何模型的建模技术基于几何模型渲染的建模技术要求手工设定模型参数，它借助各种造型、建模技术，用一些基本的几何单元来构造虚拟场景，然后再进行纹理映射、光亮度计算，对几何模型进行渲染。
其缺点是建模前必须了解建筑物各组成部分的位置及大小，而且建模过程比较复杂且工作量大。
当构造出高度复杂的场景时，模型数据量相当庞大，影响后续的实时绘制过程。
在普通计算机上实现高度真实感图形的实时绘制，存在绘制算法与速度、质量和景物复杂程度之间的矛盾。
１．２基于图像绘制的建模技术基于图像的建模技术用建筑物图像作为输入，使用计算机视觉技术，自动恢复建筑物的几何模型。
它不依赖于几何模型，而是利用事先获取的一组真实图像序列，对环境进行编码，并通过适当地处理变换合成位于新视点的视图，最终实现环境的完全漫游。
基于VRML的三维虚拟校园漫游系统研究
现代计算机（总第二六三期）ＭＯＤＥＲＮＣＯＭＰＵＴＥＲ２００７．７＊资金项目：福建省教育厅自然科学基金资助计划项目收稿日期：２００７－０６－１３修稿日期：２００７－０７－０３作者简介：曲巨宝（１９６３－），男，吉林乾安人，副教授，硕士，研究方向为网络技术与数据存储０引言虚拟现实生成的逼真三维视觉、听觉、触觉、嗅觉等虚拟感觉世界，通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ直接作用于用户，使之产生身临其境的效果，尤其是与其中的物体进行实时交互后，使人产生与计算机融为一体的真实感。
为大学在网络上建立三维虚拟校园，对于宣传大学形象和校园文化无疑是非常重要的，也是普通网页所无法比拟的。
１ＶＲＭＬ的核心技术和体系结构虚拟现实建模语言（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙＭｏｄｅｌｉｎｇＬａｎｇｕａｇｅ，简称ＶＲＭＬ）可以描述三维物体及其行为，并把它放入虚拟的三维环境中，构建虚拟境界，因此又称灵境技术，它是以虚拟现实为特征的３ＤＷｅｂ技术的核心，集成文本、图像、音响、ＭＰＥＧ影像等多种媒体类型，并可以内嵌用Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ等语言编写的程序代码。
目前，基于Ｗｅｂ的虚拟漫游环境一般使用ＶＲＭＬ语言，采用面向对象的描述方法，通过对象的层次结构、封装、重用、消息（事件）传递以及超链接来实现。
２三维场景建模与集成虚拟场景建模是整个三维场景漫游系统的基础，模型的好坏，直接影响运行的效果和场景的逼真度。
过多的模型细节会严重降低模拟的效率，在建模过程中，往往要在模型的细节度和复杂性之间寻求平衡，必要时用纹理代替模型细节。
完全用ＶＲＭＬ语言建立复杂的三维模型既烦琐又不直观。
而使用３ＤＳＭＡＸ强大的三维建模功能，刚好可以弥补ＶＲＭＬ这方面的不足。
虚拟校园场景的开发主要分为两个阶段：第一阶段是针对校园内各个地上物体分别单独建模；第二阶段则是把所有已建模好的建筑物集成到虚拟环境中。
２．１建筑物模型设计对于外形简单、形状规则的建筑物可以采用贴图法建模。
基于VRML的虚拟校园系统的研究和设计
Microcomputer Applications V ol.27,No.7,2011研究与设计微型电脑应用2011年第27卷第7期文章编号：1007-757X(2011)07-0029-03基于VRML的虚拟校园系统的研究和设计宋燕燕，蒋博全，贾鹏程摘要：虚拟校园基于现实大学的一个三维虚拟环境，用于支持资源管理、环境规划和学校发展。
研究了虚拟校园系统的相关技术，并运用三维建模技术，利用VRML强大的交互性，实现了中国传媒大学南广学院虚拟校园系统。
关键词：虚拟校园；VRML；建模中图分类号：TP39文献标志码：A0引言虚拟校园系统是校园建筑及文化展示的理想方式，实时的三维空间表现能力、人机交互式的操作环境带来身临其境的感受，用户通过一定的方式可以从各个视角观察校园的内外建筑结构，感受校园文化。
目前国内外研究的虚拟校园系统在实现方法上可分为两种，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，另一种是新兴的基于实景图像的全景技术。
建模法实现的虚拟校园系统中虚拟景观大多具有精确对应的几何模型，得到的场景比较细腻、逼真，同时便于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互。
全景技术是一种基于图像绘制技术生成真实感图形的虚拟现实技术，是一种基于图像处理的技术，它是把相机环绕四周进行360°拍摄的一组校园实景照片拼接成一个全景图像，用一个专用的播放软件在单机或网络上显示。
VRML(Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言)是一种基于web面向对象的三维造型语言，是计算机网络、多媒体技术与人工智能等技术的结合。
本文基于VRML实现虚拟校园系统，使其临场感强，文件短小，易于在网络上传输。
1VRMLVRML是一种虚拟现实建模语言，它以Internet作为应用平台，作为构筑虚拟现实应用的基本构架。
VRML文件是虚拟现实的文本性描述文件，可由任一文本编辑器编写，例如记事本、写字板等，也常采用一个功能强大并且使用简便的开发设计软件—VrmlPad。
基于VRML与Java的虚拟校园系统研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉｔ ａ ａ ｕ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ＶＲＭ Ｌ ａ ｄ Ｊ ｖ ｓ ａ ｃ ｆａ ｖｒｕ ｌｃ ｍｐ ｓｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ａａ
第 ３ 卷 第 ２期 １
２１ ０ ０年 ３月
闽江学 院学 报
Ｊ ０ＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＭＩ Ｊ ＡＮ ＵＮＩ ＥＲ Ｉ Ｙ Ｎ Ｉ Ｇ Ｖ ＳＴ
Ｖ０ ． Ｎｏ ２ １３ｌ ． Ｍａ ． ２ ０ ｒ ０１
基 于 Ｖ ＭＬ与 Ｊｖ Ｒ ａａ的虚拟 校 园系统 研 究
刘 莞
ｏ ｔａｄ ｓｇ ｒｃ ｓ ｏ ｓ ｕ ｔ ｇｖｒ ａ ｃ ｍｐ ｓ ｎ ｅ ｕｓｆｒ ａｄ ｔ ｓｎ ｕ ｅｉｎ ｐｏ ｅｓｔ ｃ ｎ ｔ ｃｉ ｉｔ ｌ ａ ｕ ，ａ ｄｔ ｎ ｐ ｔ ｗ ｒ ｏｕ ｉｇＶＲＭＬ ａ ｄＪ ｖ ｃ — ｏ ｒ ｎ ｕ ｈ ｏ ｎ ａ ａ ｔ ｈ ｅ
（ 福建工程学院现代教育技术 中心 ， 福建 福州 ３ ００ ） ５ １８
摘要 ： 通过对虚拟校 园相关技 术的分析 与研 究， 出构建虚拟校 园系统设计流程 ， 出采用 Ｖ ＭＬ与 Ｊｖ 技术构建 指 提 Ｒ ａａ
虚拟校 园 系统 ， 并实现虚拟校 园中 自动导航与 漫游 ， 交互式漫游 ， 信息查询等功能．
虚拟校园系统是指计算机对真实校园的三维模拟． 用户可以通过一定的方式对模拟 的场景进行身临其 境 的全方位 审视 ， 可在虚 拟场景 中巡 航漫游 … ． 并 Ｖ Ｍ （ ｉｕｌ ｅｌ ｏｅｎ ａｇａｅ 是一种网络上用于描述三维物体及其行为的虚拟现实建模语 Ｒ Ｌ Ｖｒ ａ Ｒ ａ ｔ Ｍ ｄｌｇＬｎｕｇ） ｔ ｉ ｙ ｉ 言， 它可在互联 网上创建交互式的三维多媒体场景；ａａ Ｊｖ 技术可在网络程序 中开发小应用程序 ， 为虚拟校园 提供更强大的交互功能． 通过 Ｖ Ｍ 与 Ｊ ａ Ｒ Ｌ ａ 技术可构建虚拟校园并达到远程访问的目的． ｖ １ 虚拟 校 园系统 的设计
基于VRML技术的虚拟数字校园场景建模研究
基于VRML技术的虚拟数字校园场景建模研究摘要：本文以VRML技术为切入点，着眼于校园场景模型构建作业的开展，从基于VRML技术的虚拟数字校园场景建模流程分析以及基于VRML技术的虚拟数字校园场景建模关键问题分析这两个方面入手，围绕这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。
关键词：VRML技术3D Studio Max虚拟数字校园场景建模Abstract: Based on VRML technology as a starting point, focusing on the campus scene modeling work, from VRML technology based on Virtual Digital Campus Modeling Process Analysis and VRML technology based on Virtual Digital Campus Modeling Analysis of key problems in these two aspects, around this center problem spread out more detailed analysis and exposition, hope to be able to cause each staff special attention.Key words: VRML 3D Studio Max virtual campus scene modeling一、基于VRML技术的虚拟数字校园场景建模流程分析（一）基于3D Studio Max进行基本模型的构造分析：校园场景建模同一般意义上建模处理之间最大的产异性在于：建模内容及建模对象的复杂性与多样性。
若在虚拟数字校园场景建模过程当中近借助于VRML代码编写的方式开展，无法确保编码效率的达成以及编码质量的稳定性。
基于VRML技术虚拟校园开发论文
浅议基于VRML技术的虚拟校园的开发摘要：虚拟现实技术作为二十世纪末的新兴技术在虚拟校园方面有广泛的应用，具有极大的发展潜力和良好的发展前景。
本文主要介绍虚拟现实技术开发虚拟校园的步骤、交互设计和发布方法。
关键词：虚拟现实；虚拟校园；vrml；建模中图分类号：tp311.52 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 (2011) 22-0000-02virtual campus development based on vrml technologyliu yong1,2(1. guilin university of electronic technology,guilin 541004,china;2. guangxi university offinance&economics,nanning 530003,china)abstract:at the begging of the 21st century,vrml as new technology in virtual campus has wide application,it has great development potential and good prospects for development.this paper mainly introduces the development steps of virtual campus by the virtual reality technology,tools,interactive design and publishing method.keywords:virtual reality;virtual campus;vrml;modeling 虚拟现实技术用以实现校园的数字化，它不再只以文字、图片等传统的表现方式提供给用户，而是将一个三维立体的交互方式呈献给浏览者，使其在互联网上便可对校园的建筑、景观和教学的各种设施进行游历和操控，以此来获得身临其境的感觉。
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基于VRML技术的虚拟数字校园场景建模研究摘要：本文以vrml技术为切入点，着眼于校园场景模型构建作业的开展，从基于vrml技术的虚拟数字校园场景建模流程分析以及基于vrml技术的虚拟数字校园场景建模关键问题分析这两个方面入手，围绕这一中心问题展开了较为详细的分析与阐述，希望能够引起各方工作人员的特别关注与重视。
关键词：vrml技术3d studio max虚拟数字校园场景建模
abstract: based on vrml technology as a starting point, focusing on the campus scene modeling work, from vrml technology based on virtual digital campus modeling process analysis and vrml technology based on virtual digital campus modeling analysis of key problems in these two aspects, around this center problem spread out more detailed analysis and exposition, hope to be able to cause each staff special attention.
key words: vrml 3d studio max virtual campus scene modeling [中图分类号] tp391.41 [文献标识码]a[文章编号]
一、基于vrml技术的虚拟数字校园场景建模流程分析
（一）基于3d studio max进行基本模型的构造分析：校园场景建模同一般意义上建模处理之间最大的产异性在于：建模内容及建模对象的复杂性与多样性。
若在虚拟数字校园场景建模过程当中
近借助于vrml代码编写的方式开展，无法确保编码效率的达成以及编码质量的稳定性。
在当期技术条件支持下，有关虚拟数字校园场景建模作业的开展还可以借助于3d studio max三维软件予以实现，针对结构复杂的三维模型进行高效且及时的构造作业。
与此同时，此种建模方式最为明显的优势在于：其能够针对材质、光效以及动画等相关指标参数的应用实现对三维模型的高仿真设定。
与此同时，还可以通过以.wrl格式为载体的指标数据实现对场景建模作业效率的稳定提升。
（二）基于vrml pad进行虚拟数字校园场景建模编辑分析：在当前技术条件支持下，vrml pad无疑是应用最为广泛以及优势最为显著的虚拟现实文件专用编辑装置，一方面，其能够支撑程序调试作业的开展，另一方面，其能够实现对代码编写质量的有效提升，从而能够较为可靠的完成校园复杂环境下的虚拟场景构建作业。
从相关应用实践的角度上来说，借助于上一步骤3d studio max处理作用下所输出的vrml文件能够进行网上发布处理，但受到交互行为不够充分以及场景物体概括度较低的因素影响，在虚拟数字校园场景建模编辑过程当中还是应当直接打开.wrl文件，通过对交互行为的完善以及对相关声音等文件的加入作业，确保所构建系统功能的完善性。
总的来说，通过虚拟数字校园场景规划设计数据的输入与总结，相关工作人员可以通过对专业制图系统的有效应用，产生与这部分设计数据相对应的.dwg格式文件，将这部分.dwg格式文件导入3d studio max处理系统以及vrml pad处理程序当中，能
够最终生成与输入状态下规划设计数据相对应的.wrl格式文件。
二、基于vrml技术的虚拟数字校园场景建模关键问题分析
（一）虚拟数字校园场景建模过程中平面图的创建分析：为确保最终所得出的虚拟数字校园场景比例协调且真实合理，在建模过程当中针对各场景要素进行恰当的布局可以说是尤为关键的。
从这一角度上来说，在进行校园场景建模作业之前，首先需要安排专门工作人员借助于auto cad应用软件的支持进行校园场景布局平面图的绘制作业（在auto cad应用软件的支持作用之下，所绘制的平面图能够以.dwg格式予以储存，进而能够在后续建模过程当中直接导入3d studio max处理系统当中）。
在平面图的创建过程中，最为关键的一点在于针对楼群、道路等关键建筑物予以精确定位，为后续建模作业的开展提供最基本的参照与依据，如下图（见图1）所示。
图1：虚拟数字校园场景建模过程中平面图的创建示意图
（二）虚拟数字校园场景建模过程中的纹理采集分析：在虚拟数字校园场景建模的作业过程当中，需要针对校内存在的普遍性纹理图片予以收集整理（包括建筑物门窗图片、草地图片以及砖纹图片等在内）。
在此过程当中收集相应的图片信息数据，并结合对原始图片的分析，在photo shop应用软件的辅助之下将这部分基于收集整理的原始图片处理成为能够实现无缝平铺的贴图资料。
（三）虚拟数字校园场景建模过程中基于3d studio max对基
本模型的构建分析：在当前技术条件支持下，vrml相对于校园场景实体的描述及反映往往借助于节点予以实现。
从这一角度上来说，3d studio max应用软件能够将存在于整个校园场景模型中的关键模型信息以vrml为载体予以输出作业，这部分所转换成为节点的三维模型能够借助于一般意义上的浏览器予以表述及绘制。
（四）虚拟数字校园场景建模过程中对于vrml节点的引入分析：通过对实践研究与分析资料的整理发现：在3d studio max当中，部分vrml的节点并不能够直接借助对场景模型的常见而予以呈现，其要求在建模场景当中进行图标的插入处理，以此达到引出vrml
节点的关键目的。
并在对校园场景对象的优化作业之下，最终生成虚拟数字化的校园场景模型。
参考文献：
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[3] 张连华,章仁龙,白英彩等.基于权能的黑客攻击场景建模
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[4] 黄永丽,苏尚恩.八叉树在三维场景建模和路径规划中的应用[j].郑州轻工业学院学报（自然科学版）,2012,27(3):24-27.。