基于3dsmax和VRP平臺的虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計分析

郭露 杜鴻鵬

摘要：虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計，是以江西理工大學(xué)校園為藍(lán)本，以動態(tài)的形式展現(xiàn)出來的一項(xiàng)科技系統(tǒng)。虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計既可以對校園文化起到宣傳作用，又可以作為輔助工具對校園進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，同時也能幫助提高管理的科學(xué)化水平，加快校園數(shù)字化建設(shè)。

關(guān)鍵詞：虛擬校園漫游系統(tǒng)；3DSMAX

“虛擬校園”是隨著計算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等數(shù)字科技發(fā)展而產(chǎn)生的，是三維景觀與教學(xué)環(huán)境數(shù)字模擬結(jié)合的產(chǎn)物，它將獲取的數(shù)字信息進(jìn)行處理，用計算機(jī)與三維模型結(jié)合起來，建立動態(tài)數(shù)據(jù)模塊，讓使用者可以使用不同的視角來觀看校園景觀，讓校園的展示更加人性化與科學(xué)化。2010年浙江大學(xué)率先提出了“智慧校園”的概念，隨后推出的虛擬校園漫游系統(tǒng)，讓其招生形象宣傳的得到了極大地提升，這種技術(shù)革新帶來的新奇引發(fā)了人們熱議，在全國掀起了一股虛擬校園的建設(shè)浪潮。隨后不久國內(nèi)多個高校也相繼構(gòu)建了自己的虛擬校園，如北京航空大學(xué)、南京大學(xué)等。

一、系統(tǒng)設(shè)計

本文的三維虛擬校園漫游系統(tǒng)以江西理工大學(xué)紅旗校區(qū)的校園布局、交通、景觀、及教學(xué)樓等建筑物為藍(lán)本，有漫游交互的建筑包括了主教學(xué)樓、食堂、學(xué)生宿舍、體育館和運(yùn)動場等。整個系統(tǒng)以3DSMAX和VRP平臺為技術(shù)支撐，呈現(xiàn)的形式包括視圖操作（平移、旋轉(zhuǎn)、渲染、光照、霧化、視點(diǎn)變換）、三維漫游（繞點(diǎn)漫游、沿路徑漫游、自由漫游）及漫游控制等功能。虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計制作的流程包括兩個部分：（1）三維模型創(chuàng)建；（2）系統(tǒng)的交互設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

二、虛擬校園場景模型制作

（一）平面圖制作

平面圖是三維虛擬校園建模比例設(shè)置的重要依據(jù)，能夠保證建模的準(zhǔn)確性。實(shí)地調(diào)研并繪制校園平面圖，具體做法是：結(jié)合AutoCAD“直線工具”等工具，細(xì)化校園建筑分布，并將大體的輪廓進(jìn)行記錄，用Google Earth衛(wèi)星影像截圖將校園內(nèi)各部分區(qū)域等各個建筑的具體情況進(jìn)行細(xì)化，然后以dwg格式進(jìn)行保存，最后導(dǎo)入到3dsMax中，由此構(gòu)建出校園的平面圖。

（二）三維模型創(chuàng)建

江西理工大學(xué)紅旗校區(qū)的三維模型創(chuàng)建可分為三大類，分別是：建筑群、景觀和道路。（1）建筑群可按照功能區(qū)劃分成是生活模塊和學(xué)習(xí)模塊，紅旗校園內(nèi)建筑群屬于傳統(tǒng)形態(tài)，可用幾何體建模完成；（2）景觀包括雕塑和樹木兩大類。在進(jìn)行建模時，需注重建模所需時間、物體結(jié)構(gòu)等。因此，會利用Billboard多邊形，代替原本復(fù)雜的幾何圖，減少建模所需時間，但此種提高效率的方式，也會讓質(zhì)量有所損失，主要的缺點(diǎn)是整個模型缺乏生動性，可以用材質(zhì)貼圖和光影來彌補(bǔ)； （3）校園的主干道路建模采取環(huán)境反襯法，即利用原有構(gòu)建的三維底圖中空余的道路，加上草坪等建筑模型，減少道路建模的工作量。

（三）紋理貼圖

紋理映射方面是真實(shí)感圖像制作過程中重要環(huán)節(jié)，因?yàn)槟茉诮档蛷?fù)雜度的同時讓表現(xiàn)對象的細(xì)節(jié)得以體現(xiàn)。主教樓和各學(xué)院樓的外墻主要是以小磁磚覆蓋，食堂及宿舍等生活區(qū)的外墻面主要是粉刷油漆，體育館的墻面則是用金屬色的漆面等，這些材質(zhì)紋理都可以在3DSMAX的材質(zhì)屬性中表現(xiàn)出來。通過對材質(zhì)的模糊度以及反光值等設(shè)置調(diào)整來進(jìn)行塑造，另外也可以用拍攝來獲取紋理素材。紋理照片以正方形排列為宜，一般像素為2n，如128×128、256×256等；需要注意的是如果紋理大小為982*618時，將它應(yīng)用到400×400的物體上，3DSMAX中要是依照比例就會使紋理變形。所以需利用UVWMAP修改器等，使得整個貼圖的操作水平提高，并且做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，讓重復(fù)值、投影方式更為吻合。

三、虛擬校園VRP交互設(shè)計

（一）虛擬校園交互平臺功能模塊設(shè)計

交互平臺設(shè)計是整個虛擬校園系統(tǒng)的核心，各功能模塊之間的交互是相輔相成的，主要依靠Building Blocks腳本模塊化合可視化流程圖式腳本，通過創(chuàng)建按鈕熱區(qū)及對熱區(qū)設(shè)置交互事件來實(shí)現(xiàn)。其各功能模塊在虛擬校園系統(tǒng)中的功能主要體現(xiàn)在以下四個方面： （1）三維場景展示和導(dǎo)航；使用者可以利用計算機(jī)本身配備的鼠標(biāo)等進(jìn)行三維漫游，通過鍵盤控制漫游高度和漫游方向，同時可以選取任意角度進(jìn)行瀏覽，還可以控制漫游的速度，從而讓整個的觀測體驗(yàn)良好。（2）數(shù)據(jù)管理和查詢；在校園三維全景中會將校園內(nèi)各個建筑都標(biāo)注好其屬性，利用超鏈接等，讓用戶點(diǎn)擊的建筑物能反映出多方面的信息，具有雙向查詢功能。 （3）線路定制飛行；用戶可以以第一視角方式，按照預(yù)設(shè)的固定參觀路線和漫游時間在校園三維環(huán)境進(jìn)行飛行觀看。（4）屬性查詢；使用者能夠?qū)ㄖ畔⑦M(jìn)行快速檢索等，系統(tǒng)能讓訪問者通過點(diǎn)擊建筑物關(guān)聯(lián)屬性來了解學(xué)校的概況、發(fā)展歷史、學(xué)科設(shè)置等情況，從而多方位了解校園的歷史沿革發(fā)展。

（二）VRP虛擬漫游

在三維場景漫游中需對應(yīng)好相機(jī)動畫，在整個場景中需自帶行走、旋轉(zhuǎn)、飛行等相機(jī)，從而讓用戶能夠自由、繞點(diǎn)的漫游，能夠多視角的欣賞校園風(fēng)景。另外，真實(shí)校園場景的虛擬十分的復(fù)雜，需綜合考慮各種因素，這些可以通過添加天空盒、太陽光暈、背景音樂等讓整個場景更逼真。最后通過VRP 平臺的編輯器打包功能，保存設(shè)置編程成可執(zhí)行的exe文件，生成虛擬漫游系統(tǒng)。

四、結(jié)語

伴隨我國虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和高校數(shù)字化校園建設(shè)的不斷推進(jìn)，虛擬校園建設(shè)逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文的虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計側(cè)重于三維場景的構(gòu)建，通過建立一個可視化的、有聲有色的仿真校園景觀，不僅有助于學(xué)校的對外形象宣傳、而且可以成為校園規(guī)劃的有力輔助工具。

（作者單位：江西理工大學(xué)文法學(xué)院）

參考文獻(xiàn)

[1]余莉，王乘.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的校園數(shù)字三維仿真系統(tǒng)[J].計算機(jī)仿真， 2014，21（4）：98-101.