毕业设计虚拟校园三维模型设计制作

潍坊学院本科毕业论文 1 目录 摘要 ……………………………………………………………………………………2 前言 ……………………………………………………………………………………4 1.论文的选题背景与研究意义 ………………………………………………………5 1.1选题的背景 ……………………………………………………………………5 1.2论文的研究意义 ………………………………………………………………5 2.当前虚拟现实系统的主要问题与发展方向 ………………………………………5 2.1虚拟现实系统中场景建模的问题 ……………………………………………5 2.2虚拟现实系统中场景绘制的主要问题 ………………………………………6 2.3虚拟现实系统今后的发展方向 ………………………………………………7 3.虚拟校园系统的三维建模 …………………………………………………………7 3.1场景的建模技术 ………………………………………………………………7 3.1.1基于图形绘制的建模技术 ………………………………………………7 3.1.2基于图像的建模绘制技术 ………………………………………………8 3.1.3基于图形与图像的混合建模技术 ………………………………………9 3.2层次细节模型生成和绘制 ……………………………………………………9 3.3系统的建模方法 ………………………………………………………………10 4.建模设计与数据表现 ………………………………………………………………11 4.1三维建模的原则 ………………………………………………………………11 4.2实体建筑的构建 ………………………………………………………………12 4.2.1构建实体建筑的基本原理………………………………………………12 4.2.2实体建筑的构建…………………………………………………………12 5.建模中常见的问题 …………………………………………………………………16 5.1过分强调细节 …………………………………………………………………16 5.2实体拼接组合的位置关系不正确 ……………………………………………16 5.3存在冗余多边形 ………………………………………………………………17 结束语 …………………………………………………………………………………18 参考文献 ………………………………………………………………………………19 致谢 ……………………………………………………………………………………20 潍坊学院本科毕业论文 2 摘要 随着计算机技术、通信技术及其他相关技术的飞速发展，虚拟现实的仿真技术也日益成为当前研究的热点。通常传统的校园三维立体图内容单一，缺乏实体感，实用价值受到限制，而虚拟校园是将虚拟现实技术引入到“数字校园”的研究中，为校园的规划和设计提供了一种全新的手段。虚拟校园三维模型不仅能自然、真实、形象地表达现实世界的对象，而且拓展了现实校园的时间和空间维度，从而扩展其功能。 本文在分析了虚拟现实(Virtual Reality)技术的概念、基本特征及其在国内外发展应用情况的基础上，结合校园的具体情况，构建了基于Web的VCS虚拟校园系统采用图形与图像混合建模技术，实现了VCS虚拟校园系统的三维建模，并对虚拟世界中复杂物体建模技术进行了探索，总结出了树木、花草等复杂对象建模的一般方法，分析并解决了几何体的纹理映射问题，极大地减少了场景制作的工作量。 关键词：虚拟校园，三维建模， 潍坊学院本科毕业论文

3 Abstract With the development of computer technology,communications technology,and other relative technology,the simulation technology based on virtual reality is a hot research issue at present.The traditional campus's illustration is always too simple and lacks the reality.As a result its practical value is often limited.Introducing virtual reality technology into the research of numerical campus can provide a new method for campus design and planning.Virtual campus 3D model space not only offer the natural,real, visual and vivid representation of real world but also can develop time and space of campus,sequentially extend its function. This paper expatiates on concept and characters of the Virtual Reality system.It expounds the status of the development and application of VR also. The virtual campus system based on web is realized according to some concrete conditions of campus.It includes 3D modeling,roaming,multimedia playing and real time interaction The technology of Graphic and Image-Based Modeling and Rendering is adopted,and 3D model of virtual campus system were accomplished.The geometry modeling of complex object is explored in VR,and commonly means were summed up such as trees,flower and grass etc.This paper also analyzed texture mapping problems of big and small geometry object,which can reduce workload of building scene. Keywords:Virtual campus system,3D model 潍坊学院本科毕业论文

4 前言 虚拟现实技术是利用计算机生成一种高逼真的模拟环境，通过多种传感器接口使使用者“沉浸”到这种环境中，实现使用者与该虚拟环境直接进行“交互”的技术。立体式虚拟校园能给使用者创建一个使他感受到身临其境的环境，建模技术是整个立体式虚拟校园建立的基础，是建立立体式虚拟校园的关键技术，是整个虚拟现实技术的骨架。

本文以潍坊学院虚拟校园的设计为研究对象，以潍坊学院校园为虚拟空间，以建立潍坊学院虚拟校园为目的，探讨了建立立体式虚拟校园的建模技术与数据表现方法。论文从三维模型在计算机内的表示着手，从本质上探讨了三维模型的表示方式，为所有建模的原理提供了理论依据。论文分析了虚拟现实技术中的三维建模技术的方法、特点，针对虚拟校园中的各种不同类型的物体的建模方法及其数据表现方法分别进行了深入地探讨。针对校园中出现的地形，实体建筑，自然景观，粒子系统等实体的建模方法做了详细的分析，这些建模方法具有一定的针对性，符合事物自身的特点，对不同类型的事物具有很强的代表性，体现了虚拟现实建模技术的一些重要概念和方法。 潍坊学院本科毕业论文 5 1.论文的选题背景与研究意义 1.1选题的背景 虚拟现实(简称VR)技术是指利用计算机建立的人工媒体空间，它是模拟的，但又是具有真实感的，通过多媒体传感交互设备使人进入一种虚拟的环境，并提供一种模拟现实的操作环境，利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、触觉的感观世界，使人们对所研究的对象和环境获得身临其境的感受，从而提高人类认知的广度和深度，拓宽人类认识客观世界的“认识空间”和“方法空间”，最终达到更本质地反映客观世界的实质〔1]。VR有三个最突出的特征:沉浸感(Imnlersoin)，让参与者有身临其境的真是感觉;交互性(Interactino)，通过使用虚拟交互设备实现参与者与虚拟环境(virtualEnvironment)对象的自然交互与操作;构想(Imagination)，是指虚拟环境可以使人沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性的认识，启发人的创造性思维[1]〔2]。目前，随着虚拟现实技术的日趋成熟，“数字地球”与“数字城市”的逐步完善，网络教育与数字校园的结合已成为一种必然的趋势，人们已经不满足于对校园环境的浏览，基于教学、教务、校园生活为一体的三维可视化虚拟校园建设孕育而生。基于这种情形，建立立体式虚拟校园是非常必要的。 1.2论文的研究意义

“虚拟校园”包括信息的获取、处理和应用，采取不同方式的遥感与非遥感手段获潍坊学院本科毕业论文 6 得海量的校园数据，将校园信息按地理坐标组织，对校园内部及周边环境进行建模，在计算机中重现真实的校园原貌〔3]。本文将潍坊学院校园的基础设施以逼真的三维景观形式表达，不仅可以提高学校教学、科研、后勤保障等管理工作的效率，还可用于Intenret上发布，向国内外展示学校校园风光、历史沿革、科研成果、院系和专业设置、教学设施与成果、国内外合作交流等广泛的应用前景和推广价值。虚拟校园的建立，将会提高我校的知名度，对我校的发展及形象宣传具有重要的价值和积极作用。虚拟校园中的三维建模是整个立体式虚拟校园建立的关键。三维建模技术是整个立体式虚拟校园建立的基础，是整个虚拟现实技术的骨架。

2.当前虚拟现实系统的主要问题和发展方向 技术上，虚拟现实系统的主要问题集中体现在场景建模、场景的实时绘制几方面，分述如下:

2.1虚拟现实系统中场景建模的问题 在虚拟现实系统中首先要做的第一步是生成虚拟场景，也就是我们通常所说的场景建模。当前世界范围内围绕虚拟场景建模问题的解决方式主要有以下两种，其一是基于计算机图形学的三维几何模型建模G(ocmeyrt一BasdeMdoelni助，又称为基于图形的建模(Grpahics一BasdeMdoelin幻，另一种建模方式是近几年发展起来的基于图像的建模(mIgae一BasdeMdoeling)技术，它采用待建三维虚拟空间的多幅图像样本，在一定的图像处理算法和视觉计算算法的基础上来构造三维场景。这两种建模方法各有优缺点，基于计算机图形学的几何模型建模的优点是，用户可以方便地与虚拟场景中的虚拟对象进行交互，也可以方便地获取虚拟对象的深度信息，由于深度信息是三维图形最基本的特征，同时“以人为本”的交互性能深受大家的青睐，基于图形的建模方式在众多虚拟现实系统中得以广泛应用。其缺点是几何模型三维场景的真实感是建立在对几何物体表面材质的光照模型基础上的，其阴影和纹理要在基于某种光照模型的计算下，通过硬件绘制，并配以图形加速性能显示出来，这在场景模型复杂的情况下，将会因计算量较大，而产生延时，从而使场景的复杂度受到限制;基于图像的三维场景建模是在对场景己有图像集合处理的基础上生成的，其优点是计算量较小，对硬件的要求不如几何建模那样高，缺点是场景中的虚拟物体是图像中的二维对象，因而用户很难，甚至不能与这些虚拟对象进行交互操作，，此外基于图像的三维场景建模的虚拟现实系统，在用户的使用过程中，仅能定点游览或小范围的变动视点，而不能随意漫游，极大地限制了该方法的使用。一个较好的策略是结合这二种建模方法，取长补短，使虚拟现实系统的性能更加