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三维虚拟校园系统是数字校园的基础和平台, 开展三维虚拟校园系统及相关课题的研究适应了信息社会发展的趋势,具有重要的理论意义和现实意义。 近年来,"数字城市"和"数字校园" 开始涌现并逐步转变为现实。 随着数字化技术的进一步发展,实现学校管理数字化、智能化是新时期对学校发展提出的新要求。
数字校园系统结合三维可视化技术与虚拟现实技术,再现实际地理环境的真实情况,系统具有动态性和实时交互性的特点。 三维虚拟校园系统设计的交互中,主要包括视图操作(平移、旋转、渲染、光照、雾化、视点变换)、三维漫游(绕点漫游、沿路径漫游、自由漫游)及漫游控制等功能。 用户可以在系统中通过行走, 鸟瞰以及选择不同的摄像机视图来多视角观看校园景观,以达到全方位认识校园的目的。

平台选择

平台选择包括建模平台的选择和开发平台的选择。
(1)建模平台的选择。2013年前三维建模的方法主要有:
①直接利用传统GIS中的二维线划数据及其相应的高度属性进行三维建模,各建筑物表面可加上相应的纹理,但这种方法只限于平顶建筑物的三维建模。
②使用3D 软件,如AutoCAD、3DMAX可直接做出逼真的三维模型,特别是对于那些不规则的建筑物(如路灯、凉亭、塔型建筑物等)效果较好。
③利用数字摄影测量技术进行三维建模,但采用这种方法过程较复杂,成本高,逼真度不好。基于开发系统成本和条件的考虑,本文利用二维CAD数据、数码相机实地拍摄的纹理数据、GoogleEarth 航拍地图基础,使用3DMAX 对地物进行三维建模。
(2)开发平台的选择。2013年前开发平台种类繁多,通过比较,本系统采用深圳中视典数字科技有限公司独立开发的一款三维虚拟现实平台--VR-Platform(简称VRP)三维互动仿真平台。
该软件特点是可同时支持多个max 版本的安装与使用,支持适时导航图显示、视角切换功能,能模拟高效高精度物理碰撞,支持自动漫游、手动漫游,可自定义漫游轨迹,可使用行走相机、飞行相机、绕物旋转相机等相机,可提供完善的SDK 接口。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化,真正做到了管理意义上的所见即所得。

三维模型

场景三维建模是虚拟三维校园漫游系统主要构成部分,也是工作最为繁重的部分。模型的好坏直接影响仿真的效果和相似度,所以构建的模型一定要遵循建筑物的实际形状。在建模过程中,把获取的原始工程CAD 图纸导入到3DMAX 中,根据CAD 图纸建筑物的顶面图、立面图创建三维模型。在创建模型时,为方便后期导入到VR-Platform 三维互动仿真平台,有几点需要恪守的建模准则。
首先要尽量做简模。虚拟现实中的运行画面每一帧都是靠显卡和CPU 实时计算出来的,如果面数太多,会导致运行速度急剧降低,甚至无法运行;模型面数的过多,还会导致文件容量增大,在网络上发布也会导致下载时间增加。
第二点要注意模型的三角网格面尽量为等边三角形,不要出现长条型,因为长条形的面不利于实时渲染,还会出现锯齿、纹理模糊等现象。
第三点模型的数量不要太多。如果场景中的模型数量太多会给后面的工序带来很多麻烦,如会增加烘焙物体的数量和时间,降低运行速度等,因此,一个完整场景中的模型数量控制在2000 个以内(根据个人机器配置)。
第四点合理分布模型的密度。在VRP 中,所有模型的面与面之间的距离不要太近。推荐最小间距为当前场景最大尺度的二千分之一。在制作场景长(或宽)为1km 的室外场景时,物体的面与面之间距离不要小于20cm。如果物体的面与面之间贴得太近,在运行该VR场景时,会出现两个面交替出现的闪烁现象。另外还需要注意在表现细长条的物体时,尽量不用模型而用贴图的方式表现;相同材质的模型,远距离的不要合并;保持模型面与面之间的距离;删除看不见的面;用面片表现复杂造型等准则。

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