基于虚拟现实技术的校园场景构建
基于虚拟现实技术的校园场景构建
张萌 肖小祥 唐斌 易笑
（湖南省吉首大学张家界校区 旅游与管理工程学院）
摘要：虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。本文介绍通过运用虚拟现实技术构建虚拟校园场景，运用三维场景建模技术在计算机中按照实际的地理地貌构建出校园的地理环境。从而实现虚拟场景的构建，完成虚拟校园的漫游，对校园的真实场景进行抽象和可视化。
关键词：虚拟现实，三维建模
1 前言
虚拟现实技术是一门综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术。模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，从而与虚拟环境进行交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。此技术会让使用者有如同身临其境一样体验三维空间内的感受[1]。它具有多感知性、沉浸性、交互性和想象性，使人有身临其境的感觉。
2 校园场景的建模技术
虚拟场景模型是整个实时漫游系统的基础，模型的质量直接影响漫游系统的运行效果和逼真程度。如果完全用VRML语言建立复杂的三维模型是相当繁琐的并无直观性可言，而3DSMAX恰好弥补了VRML这方面的不足，3DSMAX强大的三维建模功能刚好完成模型的绘制。若使用两种建模方法相结合，可以得到效果逼真、数据量小、适于网络传输的三维模型。对于校园环境建模具体实施，可以按照快速建模的方法进行建模，其原理如图1所示 根据复杂程度划分模型用VRML对简单模型直接建模用3DSMAX来构建复杂模型导出复杂模型优化场景模型在VRML编辑器中组合、优化模型最终生成VRML三维场景模型
2.1利用VRML的建模
对于用VRML进行建模可以使用LOD技术，使用具有不同细节的描述方法得到一组模型。在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。该技术通常对每一原始多面体模型建立几个不同逼近精度的几何模型。在绘制时，根据不同的标准选择适当的层次模型来表示物体。在虚拟场景的构建中，恰当地选择细节层次模型能在不损失图形细节的条件下加速场景显示，提高系统的响应能力。用VRML建立复杂的三维模型是很繁冗的，VRML只是提供了构建虚拟校园的简单方法，因此我们再利用她构造虚拟校园的时候，必须要编写冗长的代码而且还无法直观地对构造的虚拟校园进行及时的修改。
2.2 利用3DSMAX建模
3DSMAX是一种功能强大的可视化建模工具，在对复杂的虚拟场景的构建中使用它可以得到适合用户需求的模型，同时可以实现场景设置，建筑材质设计，场景动画设置，运动路径设置，计算动画长度，创建摄像机并调节动画。在虚拟校园场景的构建中，充分利用3DSMAX提供的建模方法，例如直接创建几何体对象等，对其使用可以大大简化VRML编程的复杂程度。对三维建模成功后可以直接保存为VRML文件格式，在编辑环境中可以由VRML本身的节点实现一些场景的或物体的组合以及交互性和动态行为等。 3 虚拟场景的实现
虚拟场景的实现是虚拟现实技术的一种[2]，是在虚拟现实建模语言的基础上建立的。在虚拟环境我们可以随意的走动、浏览等，得到与现实生活中一样的真实感受。在场景构建完后，系统还必须实现实时的场景调度管理，并在显示设备上实时绘制输出实景画面。对于三维场景的模型的优化和调度管理可以保证系统的实时性。
为了逼真地实现虚拟现实所描述的校园环境，必须对虚拟校园场景进行设计，包括三维地形建模和三维实体建模[3] 。在虚拟校园建模中，楼群是比较重要的对象，一般在对楼群建模时，我们可以将楼群分为空心楼体和实心楼体。对于空心楼体等简单建筑物，可以利用相机拍摄外观，用Photoshop进行处理再采用VRML中几何节点构造的几何体拼贴纹理的方法进行建模。而对于实心楼梯等复杂的场景可以采用3DSMAX建模。
4 虚拟场景的漫游
对于虚拟校园场景的漫游可以通过自动漫游和交互式漫游来实现。自动漫游实际就是虚拟校园中的动画，它主要是触发器和插值技术来实现。而在用户对虚拟校园进行漫游过程中，静态的虚拟环境不能满足用户的需求，用户可能会在虚拟场景中进行人机交互，这就产生了交互式漫游。由于3DSMAX中提供了人机交互功能有限，为了提供更多的交以及动画功能可以使用EON来描述运动。在用户漫游过程中当鼠标移动到装有传感器的虚拟对象时，虚拟对象因为感应到输入装置发出的动作而有所改变，从而产生交互。
5 结语
利用VRML和3DSMAX实现了校园虚拟场景的总体模型的构建，给用户提供了一个虚拟现实场景，在漫游过程中能给人以更真实的感受。虚拟现实是一个充满活力、具有巨大应用前景的高新技术领域，它具有交互性、逼真性和沉浸感。在对虚拟校园的构建中，充分利用虚拟现实技术的特点，使用户在浏览时可以了解到一个更加真实的校园，便于人们对校园文化、历史、环境的认识。
参考文献
[1]舒建华.虚拟现实技术的应用现状与未来展望[J].电脑知识与技术，2008（3）：1706-1708
[2]张波，张焕春.基于VRML97的虚拟现实技术在现代测控系统中的应用研究[J].计算机自动测量与控制，2001,9（4）：18-20
[3]童小念，罗铁祥，李志玲.MultiGen Creator建模技术的优化与实现[J].计算机系统应用，2008,24（2）：94-100
作者简介：张萌(1989-)，女，本科在读，研究方向：计算机网络与通信。肖小祥(1989-)，男，本科在读，研究方向：计算机网络通信。唐斌(1990-)，男，本科在读，研究方向：计算机网络与通信。易笑（1992-），女，本科在读
基于ArcGIS的大学虚拟校园的建立
第２４卷第３期 Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．３ 徐州工程学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａ１ ｏｆ Ｘｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａ１ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｅｄｉｔｉｏｎ） ２００９年９月 ＳＥＰ．２ＯＯ９
基于ＡｒｃＧＩＳ的大学虚拟校园的建立
丁一波
（南京农业大学公共管理学院，南京 ２１００９５）
摘 要：虚拟现实技术是一门新兴的技术，应用领域广泛．将虚拟现实技术应用于数字校园建
设中具有重要意义．虚拟校园打破了时空的限制，真实、直观地展现交互式三维校园场景．以南京农
业大学主校区为例，通过虚拟地表生成、三维建模、图像处理及三维模型导入等一系列步骤建成南
京农业大学虚拟校园，并对相关技术进行了讨论．
关键词：虚拟现实；三维建模；ＡｒｅＧＩＳ；ＳｋｅｔｅｈＵｐ
中图分类号：ＴＰ３１５文献标志码：Ａ文章编号：１６７４～３５８Ｘ（２００９）０３—００４６－０４
虚拟现实（ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ）技术是２Ｏ世纪８Ｏ年代由美国人Ｊａｒｏｎ Ｌａｎｉｅｒ正式提出的计算机图形新技术，
它利用计算机，生成逼真的三维视觉、听觉、触觉等感觉形式的虚拟世界．由于它具有沉浸、交互、构想三个主
要特征ｌ１］，所以近年来在计算机仿真研究领域十分活跃，被广泛应用于航天、医疗、工程、军事等领域．
随着虚拟现实技术和ＧＩＳ技术的发展，虚拟校园系统开始出现，它可以实现校园场景的三维可视化、场
景漫游及信息查询等功能，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的校园立体景观，可以进行诸如查
询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作．实现数字校园技术由二维ＧＩＳ向三维虚拟现实的转化，可为校园可
视化管理、分析、指挥、决策提供支持口 ］．因此，将虚拟现实技术应用于校园建设中具有重要意义．
１ 软件介绍
ＡｒｃＧＩＳ是ＥＳＲＩ在全面整合了ＧＩＳ与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主
基于CityEngine建模技术的三维虚拟校园开发与制作
软件开发与应用Software Development And Application电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering
●项目性质：赛尔网络下一代互联网技术创新项目；项目名称：基于IPv6的AR录取通知书设计与实现；项目编号：NGII20180610。三维虚拟校园漫游系统以其逼真的校园环境再现能力和丰富的交互功能，在校园规划、对外宣传、帮助新生熟悉校园等方面，都能起到非常重要的作用，近年来在国内外高校中得到了广泛的应用。笔者在赛尔网络下一代互联网创新开发项目研究中，也制作了荆楚理工学院三维校园模型。我们最初使用3DMax三维建模软件，花费了大量人力和时间对荆楚理工学院校园环境进行了三维建模，校园环境细节得到最大程度的还原。虽然展示校果很好，但因模型面数巨大，程序在目前主流配置手机上都无法流畅运行，所以我们转而使用专用于大规模城市仿真的CityEngine进行校园模型制作。1 数据准备与处理1.1 影像数据获取建模所需的影像数据可以通过CityEngine软件的Get Map Data功能获取，也可以从水经注万能地图下载器等相关软件中获取。1.2 建筑物轮廓数据如果有校园建筑的测绘地形图，我们可以直接从地形图里提取建筑物平面轮廓的CAD数据，然后使用ArcGIS工具，将CAD数据转化为Shapefile文件，设置相关属性，如楼层、屋顶、建筑名称等。如果拿不到建筑的CAD数据，也可以在ArcGIS中对高分辨率的地图影像进行矢量化得到建筑物轮廓。本次建模没有使用这两种方法，一是我们没有CAD数据；二是高清影像图进行矢量化也不能达到所需效果。我们采用的办法是在CityEngine中对照影像数据绘出轮廓图和在3D Max中参照实际建筑绘出轮廓图，然后再将轮廓图导入CityEngine，将其转化为形状后再进行规则建模。1.3 道路数据如果有校园道路中心线数据（道路中心线数据中包括了道路的宽度、车道数等基本属性信息），可以在CityEngine中根据道路中心线数据进行道路建模。因我们同样无法获取到道路中心线数据，只能用CityEngine软件提供的道路绘制工具，对照影像数据进行绘制。1.4 纹理数据的准备例如建筑物的门、窗、墙体等纹理，可以通过数字摄影技术进行素材采集，然后使用PhotoShop等软件进行后期处理后使用。2 建筑物的三维建模（1）首先对所研究的校园区域进行实地考察，将区域内的建筑物和影像图的差别做好标注和记载，记录每一个建筑的特点和整体样式，如建筑物的高度、宽度、形状、楼层数、窗户样式等。（2）基于该地块的实际建筑样式，编写详细参数规则（CGA）。创建规则时，可以根据每一种建筑类型创建一个规则文件，使用某一个或者一类建筑平面轮廓，选择对应的规则，设置其Start Rule，生成相应的建筑模型。基于CityEngine建模技术的三维虚拟校园开发与制作
基于虚拟现实的虚拟教育系统设计与实现
基于虚拟现实的虚拟教育系统设计与实现
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种通过计算机仿真技术，将用户置身于虚拟环境中并与之进行交互的技术。随着科技的快速发展，VR被广泛应用于各个领域，其中包括教育。基于虚拟现实的虚拟教育系统设计与实现是一项创新的教育方式，可以在增强学生学习体验的同时提供更多的学习机会和资源。本文将探讨基于虚拟现实的虚拟教育系统的设计与实现。
首先，设计一个基于虚拟现实的虚拟教育系统需要考虑几个关键要素。首先是硬件设备，包括虚拟现实头显、手柄和感应器等，这些设备能够将用户置身于虚拟环境中并实现交互体验。其次是软件系统，需要开发适应不同学科和场景的虚拟教育应用程序，并提供足够的互动和自主探索的机会。最后，还需要建立一个完善的教育内容库，包括各种学科的教学资源和虚拟环境的建模与设计。
在基于虚拟现实的虚拟教育系统的实现过程中，教育内容的开发是最关键的一环。教育内容需要根据学科的特点和学生的需求设计制定。例如，在语言学习方面，可以创造一个虚拟语言环境，并通过与虚拟角色进行对话来提升学生的口语表达能力。在科学学习方面，可以建立一个虚拟实验室，让学生在虚拟环境中进行实验操作，提高实验技能和科学思维能力。同时，还可以利用虚拟现实技术将历史场景恢复，让学生亲身感受历史事件，增加学习的趣味性和深度。
另外，基于虚拟现实的虚拟教育系统设计还应该注重教学过程的互动性和自主性。虚拟现实技术可以让学生主动参与到学习过程中，通过与虚拟环境进行互动和探索来获得知识。通过设定任务和目标，学生可以在虚拟环境中自主学习，培养解决问题的能力和创造力。此外，系统还可以根据学生的反馈和表现，提供个性化的学习建议和资源，帮助学生更好地掌握知识。
在基于虚拟现实的虚拟教育系统设计与实现中，评估和反馈机制也非常重要。教育者需要通过系统的数据统计和分析来评估学生的学习情况，并及时反馈给学生和家长。通过追踪学生在虚拟环境中的表现和行为，可以获取更加准确和客观的学习数据，为教学提供更科学的依据。同时，通过与其他学生和虚拟角色的互动，学生可以获得更多的合作和交流机会，培养团队合作和社交能力。
基于VRML的虚拟校园设计与实现
第１６卷第２期
２ ０ ０ ８年４月 电 脑 与 信 息 技 术
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．１６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２００８
文章编号：１００５—１２２８（２００８）０２—０００８—０３
基于ＶＲＭＬ的虚拟校园设计与实现
董辉
（潍坊学院计算机与通信工程学院，山东潍坊２６１０６１）
摘要：文章介绍了ＶＲＭＬ语言和潍坊学院虚拟校园系统的开发和设计过程，重点讨论了虚拟校园的构建技术，介绍了
一些常用的楼宇建模、树木建模的方法，并针对各个问题提出了相应的措施。 关键词：ｖＲＭＩ，；虚拟校园；虚拟现实 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃａｍｐｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＶＲＭＬ
ＤｏＮＧ Ｈｕｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｗｅｉｆａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｉｆａｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６１０６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｌａｎ ｏｆ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｗｅｉｆａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ， ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｍｃｆｉｏｎ ａｎｄ ＶＲＭＬ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｍｃａｓｕ￣．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｎｇｓ ｓｏｍｅ ｓｐａｃｅ ｔｏ ｓｅｔｔｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖｌ￣／ＶｔＬ；ｖｉｒｔｕａｌ ｃａｍｐｕｓ；ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ
０引言
虚拟校园是现今高等院校的重要信息设施之一。 虚拟校园能打破时空的限制，真实、直观地展现交互式
基于Unity3D的虚拟校园漫游系统
基于Unity3D的虚拟校园漫游系统
随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟校园漫游系统成为了校园建设的一个新领域。基于Unity3D技术的虚拟校园漫游系统，能够让学生在虚拟场景中自由游走，感受校园的风景，了解校园文化，增强对校园的归属感以及对学校的认知度，对于吸引学生、推广学校、提高校园文化建设，都有着重要的作用。
虚拟校园漫游系统的开发中，通过建立现实世界与虚拟世界的一一对应关系，可以将虚拟世界的建筑、场景、设施与现实世界一一对应，使用户在虚拟场景中获得与真实环境相同的体验感。同时，虚拟校园漫游系统中也会涉及到相应的互动元素，来让用户更深入地了解校园文化、校园设施，增强用户对学校的归属感。
基于Unity3D的虚拟校园漫游系统，有着非常广泛的应用场景。特别是在学校招生宣传方面，通过虚拟漫游系统，能够让学生、家长更好地了解学校的文化氛围、校园环境、教学设施等。此外，虚拟校园漫游系统还可以应用于校园导览、校园安全教育、学生培训等领域，为学生、教师及家长提供更加便利的服务。
虚拟校园漫游系统的开发需要技术人员进行技术支持，包括建模、场景设计、编程等多个方面。同时，系统的运行环境与硬件设备需考虑到用户使用设备的情况，比如移动设备、PC机、游戏机等，要能够支持多种使用设备。在虚拟校园漫游系统开发中，系统性能的优化也是必不可少的一环，必须保证用户在掌握一定系统操作技能的前提下，能够流畅地运行系统并且实现互动。
总之，基于Unity3D的虚拟校园漫游系统，可以带来良好的用户体验，提高用户的参与度，加深用户对学校的了解，为学校的推广、校园文化建设等方面提供了重要的支持，具有非常广泛的应用价值。
基于MultiGen Creator／Vega的校园虚拟现实研究
ｔ，４ ＭｕｈｉＧｅｎ Ｃ ｒｅａｔ０ｒ／Ｖｅｇａ 的校园虚拟现实研究
袁庆华１ 罗璇２
（１武汉大学设计研究总院 湖北 武汉４３００７９ ２中 台集团武汉勘察研究院有限公司 湖北 武汉４３００８０）
１ 引言 摘要ＶＲ与ＧＩＳ相结合是ＶＲ技术的一个非常重要的应用，是实现“数字地球”、“数字城市”、“数字区 域”等的关键技术之一。以武汉大学信息学部教学区为研究区域，利用教学区的航空影像、数字化地图、实测数据 以及区内建筑物的数字影像，在ＭｕｈｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ／Ｖｅｇａ软件平台上建立该区域的虚拟现实场景．实现三维模型 漫游。并将此场景用于ＧＩＳ．实现了ＧＩＳ属性查询功能 关键词虚拟现实三维建模ＭｏｈｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ Ｖｅｇａ ＧＩＳ 中图分类号ＴＮ９４１ 文献标识码Ａ
虚拟现实（ＶＲ）技术实际上是一种计 算机仿真系统．它利用计算机产生一个逼 真的三维空间环境．用户可以通过专用的 传感设备进人该环境．自然地观察环境．并 能与环境中的事物进行交互与控制 ＶＲ与 ＧＩＳ相结合是ＶＲ技术的一个非常重要的 应用．是实现“数字地球”、“数字城市”、“数 字区域”等的关键技术之一 ＶＲ技术的出 现从根本上打破了人类在地理空间信息表 达和处理方面的限制．使之从二维走向三 维、从静止走向动态．从抽象单调走向具体 生动。 本文以武汉大学信息学部教学区为研 究对象．利用教学区的航空影像、数字化地 图、实测数据以及区内建筑物的数字影像， 在ＭｕｈｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ／Ｖｅｇａ软件平台上建立 该区域的虚拟现实场景．实现三维模型漫 游功能 在此基础上探讨了将该虚拟场景 用于ＧＩＳ．实现了ＧＩＳ属性查询功能。 ２基于ＭｕｌｔｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ的校园 模型建立 ＭｕｈｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ 是 ＭｕｈｉＧｅｎ Ｄａｒａｄｉｇｍ公司最新推出的一套高逼真度、 最佳优化的实时三维建模工具，是唯一将 多边形建模、矢量建模和地形生成集成在 一个软件包中的手动建模工具．能进行矢 量编辑和建模、地形表面生成。它的文件格 式（ＯｒｅｎＦｌｉｇｈｔ格式）成了虚拟现实业界的 标准．可以直接导人Ｖｅｇａ中进行实时交互 的二次开发。 本次试验中采用ＭｕｈｉＧｅｎ Ｃｒｅａｔｏｒ作 为建模工具．校园模型建立的基本过程如 收稿日期：２００８—０４—１１ １５８ 科技创业月刊２００８年第７期 图１所示。 获取资料（地形数据、数字地图、航拍、地面摄影等） 原始资料和数据的纠正、处理等 校园地形、地物、环境景观建模
基于Unity 3D的校园全景漫游系统的实现
基于Unity 3D的校园全景漫游系统的实现
虚拟现实技术是当今计算机科学研究的一个热点，将虚拟现实技术引入“智慧校园”的研究，可以提升智慧校园的体验，并为学校规划和合理应用“智慧校园”提供一种新的支持手段。本项目构建的虚拟校园漫游系统，具有校园的三维立体展示功能，并通过交互式查询和信息延伸展示、校园导航、校园信息管理等，提升了信息交互体验，是学校信息资产三维可视化的一个重要实践。
标签：全景漫游; 智慧校园; Unity 3d
0.引言
VR/AR技术是继计算机、互联网与移动互联网之后的又一个信息产业领域的潮流，是在技术突破后的又一个新应用场景，VR/AR技术融合了计算机仿真技术、计算机3D图形技术、显示技术等多种新技术手段，在三维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户具有身临其境的沉浸感受，虚拟现实（增强现实）技术在2019年获得爆发式发展，特别是在当前疫情状况下，很多传统项目都移植到网上，各种VR/AR软件工程师需求量暴涨1400%以上，而随着5G技术的发展，阻碍虚拟现实技术发展的网络瓶颈得到突破，各种虚拟场景漫游项目找到现实应用场景，在此基础上，开发校园全景漫游系统，就具有了现实意义。
Unity 3D是虚拟现实和增强现实（VR/AR）开发重要的一种开发引擎，它具有完善的技术和丰富的个性化功能，具有跨平台的部署能力，能兼顾在PC端、苹果端、网页端、手机端和VR眼镜等平台进行项目发布和部署，从而降低了项目开发人员的要求，可以是一次开发多端使用。
Unity具有丰富的插件，例如地形插件Gaia可以快速完成高精度地形外貌制作，Playmaker插件可以提供无代码开发等功能，通过成熟插件进行开发，能加快项目开发进度，提升项目开发质量。
本项目以校园全景漫游为研究对象，在完成部分DEMO案例项目的基础上，实现了基于Unity的校园3D全境漫游，并获江苏省大学生创新创业项目省级立项。
1.项目背景
基于SuperMap的三维虚拟校园设计与实现
第35
卷第1
期
2021
年1
月北京测绘
BeijingSurveyingand MappingVol35 No1
January2021
引文格式：
刘永轩•
基于SuperMap
的三维虚拟校园设计与实现北京测绘，2021,35(1):2023.
DOI
： 10. 19580/j. cnki. 1007-3000. 2021. 01. 005
基于SuperMap的三维虚拟校园设计与实现
刘永轩12
(1.
北京市测绘设计研究院，北京100038
； 2.
城市空间信息工程北京市重点实验室，北京100038
)
［摘 要］
本文基于SuperMap
软件，以山西师范大学校区为例，通过虚拟地表的生成、三维建模、纹理
贴图等方法，打破了时空的限制，直观地展现了交互式三维校园场景，实现了校园三维虚拟场景的缩放、旋
转、漫游操作等功能，达到了模拟现实的效果，并可作为数字化校园的基础平台，拓展现实校园的时间和空间
维度，提升传统数字校园的运行效率，扩展传统数字校园的业务功能，最终实现教育过程的全面信息化，从
而达到提高校园管理水平和效率的目的。
［关键词］
SuperMap
；三维虚拟现实；数字校园
［
中图分类号］
P208 ［
文献标识码］
A
0 引言
扩展人类空间认知手段和范围是三维地图的
本质目的，作为三维虚拟现实的基础，三维虚拟场
景建模与仿真技术受到越来越多的重视，并得到了
广泛的应用
。目前数字地图技术在国内外得到了
广泛的应用，美国、日本、欧洲的许多大中城市均实
现了地图的数字化，国内各大城市地图也基本实现
了数字化
,而且国内很多高校都建立了自己的三维
校园模型，如武汉大学、北京大学、山东科技大学
、
福建师范大学等
。数字地图技术日渐成熟,并得到
了快速发展
。但早期的数字化地图，仅体现为文本
地图的数字化，本质上还是一个二维平面地图，而
且数字化的方法也较为简单
。而新兴的数字三维
地图技术，将以直观的三维形式展现地图，可以生
动地展现真实的校园景观，实现了三维地形和三维
基于虚拟现实技术的校园漫游系统的设计
科技信息 。计算机与信息技术Ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００７年第１８期
基于虚拟现实技术的校园漫游系统的设计
朱志辉孙自广徐奕奕
（广西工学院计算机工程系 广西柳，ｋｌ１ ５４５００６）
摘要：以广西工学院为原型，设计和实现了虚拟校园漫游系统。结合ＶＲＭＬ和Ｊａｖａ ＳＡＩ，实现虚拟场景的自动漫游和人机交互。为提高场景
浏览速度，还应用了一些模型文件的优化处理方法。 关键词：ＶＲＭＬ；虚拟校园；漫游系统；优化
１．引言
虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ，简称ＶＲ）诞生于２Ｏ世纪９Ｏ年代初，它是 以计算机技术为核心，融视觉、听觉、触觉为一体的模仿现实的三维空
间再现技术．通过虚拟现实系统，使用者借助一定的设备（如头盔式显 示器、数据手套等），利用自然技能与之交互，达到身临其境的体验和沉
浸感受 。 虚拟校园是基于地理信息技术、虚拟现实技术和计算机网络技术
等高新技术，将校园地理信息和其他校园信息相结合，以虚拟现实场景 界面实现校园景观及信息的浏览查询，并可上载到计算机网络和提供
远程用户访问［３１。虚拟校园提供了校园景观及设施最直观的表现形式，
方便了用户对校园信息的访问，促进了大学的建设和远程教学的发
展。本文以广西工学院为目标设计校园漫游系统，采用ＶＲＭＬ技术来
构建虚拟场景。
２．虚拟漫游系统的设计
２．１设计目标针对校园漫游系统进行了理论和技术实现上的研
究探索，设计了虚拟校园模型，将校园内的建筑、风景结合在一起，在 可视环境下解决与校园空间有关的信息查询、对外宣传等实际问题。
广西工学院虚拟校园漫游系统的设计目标如下： １）访问者可以实现自主导航和沿固定路线漫游；
２）校园中各景点配有声音解说介绍；
３）系统应具有碰撞检测功能．杜绝“穿墙而过”这类违背现实的情
况：
４）系统允许多机多用户操作，并具有良好的扩展性。 ２．２设计的总体考虑在漫游系统中．场景是由各种各样的的物
基于VRML构建虚拟校园场景中纹理映射技术的应用
Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｖｏｉ．２３，Ｎｏ．１０，２００７ 开发应用 微型电脑应用 ２００７年第２３卷第１Ｏ期 文章编号：１００７—７５７Ｘ（２００７）１Ｏ一００３６一Ｏ４ 基于ＶＲＭＬ构建虚拟校园场景中 纹理映射技术的应用 施贵刚，程效军 摘要：在基于ＶＲＭＬ构建的某虚拟校园实践中，纹理映射技术使三维虚拟现实环境达到了良好的逼真效果。在ＶＲＭＬ中 表面纹理映射技术中主要有纹理元素、纹理坐标系统、纹理映射切割器、纹理贴图的控制。在阐述它们原理过程中，首先分析了纹 理坐标系统的建立与纹理映射切割器的形成；其次着重探讨了纹理贴图控制的技术，对纹理映射的实现，纹理坐标的回旋、锁定、 变换作了深入的研究。并分别附以丰富的实例且编程实现。最后，以构建某虚拟校园三维场景为实例，验证了纹理映射技术的实 用性和优越性，总结了纹理映射的一般步骤和一些实践经验。 关键词：ＶＲＭＬ；纹理坐标；纹理映射；贴图控制；虚拟校园场景 中图分类号：ＴＰ３９１．１０ 文献标识码：Ａ １引言 众所周知，三维模拟和虚拟现实是数字城市主要表现的 形式。目前，用虚拟现实建模语言（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ，ＶＲＭＬ）创建的具有照片纹理的三维城市模型（３ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ，３ＤＣＭ），可以使人们身 临其境般地感受数字城市，其在城市规划管理、场地选址、旅 游等领域应用广泛 】］。为了营造逼真的三维虚拟环境，纹理映 射技术的应用至关重要。纹理映射将丰富的纹理细节叠加在 物体表面上，增强虚拟现实世界的真实感，弥补细节的不足； 通过透视变换，纹理提供了良好的三维线素；同时使用纹理大 大减少了环境模型的多边形数目，提高图形显示的刷新频率。 ２ ＶＲＭＬ表面纹理映射 纹理映射技术产生在２Ｏ世纪７Ｏ年代，是模拟自然景物表 面细节的一种有效方法，在生成真实感图形中得到了大量的 应用。纹理数据的来源主要有三种途径，分别来自于航空影 像、近景摄影相片或已经有的纹理数据库。在特殊情况下，我 们也可以通过图像处理软件自己定制纹理，建立系统的纹理 数据库。 利用ＶＲＭＬ提供的纹理节点，可以把地面研究对象如： 房屋，每个侧面的数字影像（通过数码相机实地获取）或对象 顶面影像（通过航空遥感获取）等纹理要素映射到对象模型 上；把遥感影像、专题地图和地形要素映射到地形造型上。并 可以拉伸、缩小和旋转该纹理，也可在一个造型的表面上多次 放置一个纹理图像；也可从纹理图像中抽取一部分，在整个造 型上以此为纹理；此外还可通过采用ＴｅｘｔｕｒｅＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ节点 转换、旋转和缩放纹理坐标以形成新的纹理映射。从而生成直 观逼真的城市景观效果。 纹理映射可以像把墙纸贴到墙上一样映射到一个表面 上，ＶＲＭＬ中的Ｔｅｘｔｕｒｅ节点有三种：第一种是图像纹理（Ｉｒａ— ａｇｅＴｅｘｔｕｒｅ），它指定一个ＪＰＥＧ、ＧＩＦ、ＢＭＰ、ＴＩＦＦ、ＰＮＧ等格 式图像文件的ＵＲＬ；第二种是影片纹理（ＭｏｖｉｅＴｅｘｔｕｒｅ），它包 含有ＭＰＥＧ影片文件的ＵＲＬ，可产生动画式样的纹理；第三 种是像素纹理（ＰｉｘｅｌＴｅｘｔｕｒｅ），它容许在节点内直接以十六进 制数定义象素形成纹理。大多数的图象处理软件中自带的调 色板程序都是采用以十进制表示一个字节来计量颜色值，即０ ～２５５。此时可利用Ｗｉｎｄｏｗｓ的计数器方便实现十六进制和十 进制的转化。用十进制表示的颜色值只要除以２５５就可以转 化为ＶＲＭＬ文件中的ＲＧＢ颜色表示法。 ２．１纹理元素 纹理可以包含１至４个元素。单元素纹理，包含一个强度 值，用来调整物体的颜色；２元素纹理，包含强度值和透明度 值；３元素纹理，包含红、绿、蓝三种颜色；４元素纹理，包含三 种颜色和透明度值。常见的ＪＰＥＧ纹理是３元素纹理，ＰＮＧ纹 理是１～４元素，而且是唯一支持单元素纹理格式，ＧＩＦ可使 用３和４元素纹理 ２］。为了利用最小的内存需求达到较好的效 果，可尝试对物体用单元素纹理和逐个顶点着色。这样的组合 可以达到比单独重复ＲＧＢ纹理更丰富的效果。对于不同纹理 格式的处理和转换的工具很多，功能比较弱的有Ｗｉｎｄｏｗｓ的 画图、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｐｈｏｔｏ Ｅｄｉｔｏｒ等；功能强大的如本文使用的 Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ，它在图像编辑方面优势非常明显。此外还有Ｅｑｕｉ— ｌｉｂｒｉｎｍ’ＤｅＢｏｂｅｌｉｚｅｒ。 作者简介：施贵刚，同济大学测量与国土信息工程系，讲师，博士研究生，上海２０００９２ 程效军，同济大学测量与国土信息工程系，教授，博导，上海２０００９２ ・３６・