校园虚拟展厅 篇1
利用计算机和互联网技术将逼真的产品展示给客户, 节约大量的销售成本, 扩大宣传影响, 一直是企业追求的目标。过去, 企业在网络上展示其商品的方式多是以文字、图片、Flash动画等形式出现, 这些方式缺少交互性, 顾客不能对产品产生感性认识, 难以刺激强烈的购物欲望。而运用虚拟现实技术, 构建具有真实感的三维虚拟产品展示系统, 让顾客可以从任意角度观看产品立体效果, 从而为顾客提供一个全面了解产品的新型体验环境, 为企业提供展示和销售产品的新模式, 这已成为电子商务和广告业发展的最新趋势, 必将为相关产业带来显著的经济效益。
1 Web3D技术
Web3D技术是虚拟现实技术 (Virtual Reality, VR) 中的一种。虚拟现实技术是一种逼真地模拟人在自然中的视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术, 是利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术, 生成三维逼真的虚拟环境, 使用户借助计算机及相关输入、输出设备, 进入虚拟空间, 进行实时交互, 感知和操作虚拟世界中的各种对象, 从而获得身临其境的感受和体会[1]。Web3D通过用这些技术可以开发出应用在网络页面中, 达到照片级渲染效果的虚拟场景, 并实现相应的动画效果, 利用计算机技术和网络技术将最逼真的产品展示给客户。与传统的产品二维图像展示相比, 基于Web3D技术的产品三维展示以其独有的优势正成为目前国内外企业推广产品的主要方式。目前, 这一手段已逐渐被较多的企业单位采用。
2 展示设计与虚拟展厅
展示设计是一个富于秩序的设计系统, 是通过在一定的空间环境中, 采用视觉传达手段, 将必要的信息和内容展示在公众面前, 并以此对观众的心理、思想和行为产生重大影响的创造性设计活动, 其目的于展示功能的最终实现, 其核心是如何高效的将信息传递给观众。
在现代展示活动中, 多媒体技术的引入极大的扩充了信息的容量, 意味着参观者通过展台的窗口可以接入到更广泛的信息网络中。基于网络的虚拟展厅是将现实展会中的真实场景和产品通过三维模型、多媒体、数据库技术等多种手段在计算机上模拟再现, 并通过互联网供参观者浏览的全新网络展示方式[2]。随着虚拟现实技术和网络技术的发展与普及, 虚拟展厅作为电子商务的展示平台, 己经被广泛地运用于汽车、手机、家电产品等大型企业的网站上, 消费者不需要亲临展示现场, 便可以通过网络的三维交互式商品虚拟展厅, 使用鼠标或键盘进行简单的操作, 便可以对产品进行旋转, 缩放, 平移等全方位地观看, 这对于企业和产品的广告宣传起到了很大的推动作用。建立企业产品虚拟展厅具有以下几个方面的优势:
1) 中小企业可以借助成熟的技术参与虚拟展厅的制作, 这样在展示与宣传层面与大企业站在同一起跑线上;
2) 在展厅设计中完全可以设计出体现企业个性与特色的虚拟场景作为产品的展示空间。展厅风格可以设定为科技风格、自然风格、海滨、岛屿、魔幻等, 这样可以体现出极具特色的展示环境, 从而吸引消费者浏览;
3) 虚拟展厅可以根据企业的风格进行定制, 不受实际环境、地理位置、气候条件、水电线路要求等约束, 可以完全在自由的条件下进行设计制作;
4) 虚拟展示中, 由于所有虚拟展厅中的产品均为虚拟物体, 更新方便, 便于维护, 有新产品时只需要加入新产品的虚拟模块即可, 避免了展厅长期保持不变, 被消费者认为企业没有创新能力;
5) 仍在设计阶段的产品就可放入虚拟展厅中进行展示, 而不像传统展示必须有产品的实物才能进行。这样可以在设计阶段提前了解消费者对产品的反馈意见, 作为产品设计项目推进的重要参考, 从而节省大量的生产成本;
6) 虚拟展厅的风格可以按照消费者的意愿或随机产生展厅环境, 使浏览者具有不同的浏览体验。可以设定不同体验环境的展厅效果, 以游玩的方式取代简单的游历, 甚至可提供有奖励的娱乐游戏机制刺激消费者浏览, 在娱乐中加强对企业和产品的认知。
3 利用Web3D技术构建企业网上展厅的方法
目前绝大多数的虚拟展厅一般分为两种形式, 一种是虚拟博物馆形式, 即整个虚拟产品陈列在一个相对完整的空间内, 消费者在虚拟空间中游历并观赏陈列其中的各种产品;一种形式是独立的产品展示, 消费者通过鼠标的拖拽, 全方位的观赏一个产品。从企业整体效果而言, 结合这两种模式是较为有效的展示手段。无论采用哪种方式, 其技术实现方式基本上是一致的, 虚拟展厅的设计与制作的主要流程包括以下几个方面:
1) 构建目标环境的三维场景
首先确定虚拟展厅的风格, 由于不受实际环境的约束, 因此可以任意设定展示空间, 甚至可以设定一些具有浓重科幻、自然等风格的虚拟空间作为展示场景。使用三维软件创建出整个场景的三维模型, 并对模型附加材质、灯光, 摄像机等信息。目前较为常用的三维软件包括3DSMAX、MAYA、Cinema4D等, 均可制作出逼真的三维场景。
2) 制作展示用的产品模型
虚拟展厅的唯一限制条件是网络状况, 由于网络条件的限制, 在网络中进行展示的模型对模型的网格面片数是有一定的要求的。在这个环节需要制作出符合场景整体特征且面片数保持在一定要求之内的三维产品模型, 并对模型赋予材质、纹理、灯光等信息。
3) 模型输出
将环境模型和产品模型分别输出为Web3D软件支持的格式文件。由于目前大多数Web3D软件为了提高处理能力和运行速度, 需要在输入模型前即对模型的光照信息进行处理, 因此需要事先在三维软件中对环境模型和设施模型进行材质贴图烘焙处理, 使模型纹理贴图上直接具有光照信息, 这样在输入到Web3D平台中, 就不需要再次进行实时的灯光效果计算了。如何优化产品的模型, 笔者已在相关文章中进行了总结。
4) 输入模型至虚拟现实平台
将环境模型和产品模型分别输入到Web3D平台。为每个产品模型附加相应的脚本控制。这样即可通过点击制作的相应控件对产品模型进行放大、缩小, 移动、旋转等基本操作。通过高级的脚本控制还可以达到实时更换设施色彩、表面纹理等效果。
5) 网络发布
将制作好的虚拟展厅文件在网络上进行发布, 消费者在浏览网页的时候便可以直接进入三维场景进行浏览, 并可对任何产品模型进行相关操作。
4 结论
展示对于企业而言是较为有效的宣传与推广产品的途径。利用Web3D技术搭建虚拟展示平台可以大大丰富用户在网络浏览和选择产品的体验, 为企业获得更好的经济效益。
参考文献
[1]胡小强.虚拟现实技术及应用[M].北京:高等教育出版社, 2004, 5.
虚拟校园在数字化校园中的应用 篇2
【关键词】虚拟现实 虚拟校园 三维建模技术 人机交互 场景漫游
虚拟校园是数字化校园的发展与应用，是数字校园的高级技术特征之一，其主要的实现技术是利用图像处理技术和计算机图形学技术以及三维建模可视化语言等工具在可视化介质上加以显示。现如今，虚拟现实技术已经运用到诸多领域，而将虚拟现实技术应用到数字化校园中则是一个具有实现意义与价值的趋势。它在远程参观与远程教育中会发挥出传统教育无法比拟的作用和效果，具有较高的实用意义。
本文以长安大学渭水校园为研究对象，深入分析了在虚拟校园系统中空间地物的建模方法，并且针对特殊环境详细研究其交互方式与漫游途径，对于遇到的问题加以分析和解决。
一、系统实现的功能
虚拟校园系统是基于地理信息系统技术、虚拟现实技术、宽带网络技术、多媒体技术、计算机图形学等高新技术，将校园地理空间信息和其属性信息相结合，构建一个逼真的、具有 视觉、厅局、触觉的虚拟校园景观，由其组成的关键技术就可以看出其功能可以是三维显示，人机交互，远程漫游，并且可以进行查询、搜索等操作。
（一）三维显示
校园三维场景实现是三维虚拟校园系统的主要功能，其质量好坏直接影响到场景的逼真度和系统的运行效率。以DEM和遥感影像为数据源，可快速重现实地地形，并且利用3s max等软件加入物体三维模型，可以实现三维物体的立体显示。
（二）人机交互
虚拟现实系统中的人机交互技术主要是发展和完善三维交互。而虚拟环境产生器则可以根据内部模型和外部环境的变化计算生成人在回路中的逼真的虚拟环境，人通过各种传感器与这个虚拟环境进行交互。
（三）远程漫游
构建一个虚拟现实漫游引擎就是采用高性能的计算机软硬件及各类先进的交互手段，创建一个参与者处于一个具有身临其境的沉浸感。
（四）空间分析
由于虚拟校园在一定程度上借助了地理信息系统技术，而地理信息系统技术的优势在于其强大的空间分析能力，所以建立的虚拟校园系统中可以实现面积量算、距离量算、通视性分析和拓扑关系的查询等功能。
二、系统实现
虚拟校园系统的实现，首先对数据进行采集和处理，然后利用建模软件建立三维地物模型，然后借助虚拟现实系统驱动，实现虚拟校园场景显示、三维场景漫游、查询、量算等功能。
（一）数据准备
数据的收集应用考虑到实际建模时不同地物复杂程度的不同而加以区分和选择。主要内容有：建筑物的设计图纸及文档资料等原始资料和校园较大比例尺的航摄相片资料等原始资料；还要包括利用相机在现场拍摄获得的资料，以备为以后的贴图工作做准备。
（二）场景的建模
1.建筑物建模
对于建筑物的建模需要一个从宏观到细节的技术路线。首先是利用一些传统或现代化的测量技术测量出渭水校园中多个建筑物的空间位置信息。在此过程中可以利用相机获取建筑物的纹理信息，然后将获取的建筑物的空间数据信息在建模软件中分别对建筑物加以建模。
当然对于一些局部不规则的建筑物，其模型的创建需要考虑到具体的细节部分，即可以对其进行规则与不规则划分：建筑物的规则部分可以用3D MAX等软件自动获得，另外的不规则部分的建模则可以利用专门的模型编辑软件加以实现，例如VRModel等。另外对于建筑物中的各种材质，可以对模型进行贴图，得到逼真的效果。
2.树木
树木的建模可以利用面片贴图法。这种方法通常在模型建造软件中建立单个面片或两个互相垂直的矩形面片，然后把植物立面用贴图的方式贴到面片上，并通过alpha通道进行透明处理。其中利用Photoshop对图片人们制作alpha是非常重要的一步。还有一种方法就是采用广告牌法，它将每棵树都看成长方形的面板，每个面板上都是已经拍摄好的树木的纹理。其主要特点就是用户漫游时它一直朝向视点的观察方向。
3.纹理的建立与映射
纹理映射是所有的虚拟现实技术实现环节中的重要部分，纹理资料的好坏直接影响到建筑物、树木以及地面等模型的逼真度。用相机或手机拍摄的地物的侧面纹理很多时候都是不满足要求的，这里就可以利用一些图像处理软件对获取的图像加以处理，此类软件可以是Photoshop和CAD等，处理过后的图像一般是正射相片。对于建筑物顶部的图片可以通过大比例尺航空正射影像获得。
（三）人机交互
人机交互应该是多通道的，即交互通道应该是视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉和方向感等，让人真正地拥有沉浸感与真实感。视觉通道产生以用户本人为视点的包括各种景物和运动目标的视景，人通过头盔显示器等立体显示设备进行观察；听觉通道为用户提供三维立体音响；而触觉与力反馈的关系真正建立起来一个“看得见摸得着”的虚拟环境，其中系统要识别用户何时“输入”，包括头的位置和指向，手的位置、指向和角度等。对于人的头位置和指向的跟踪检测主要是通过安装在头盔上的跟踪装置实现的，对于手的检测与跟踪主要是采用数据手套实现的。
（四）实时漫游
实时漫游是每个虚拟现实系统的最终体验形式，按用户的需求方式，可将虚拟现实漫游方式分为三种：
一是自动式漫游体系。其总体思路是按照事先给定的路径进行漫游。这就好像我们事先给定一系列的路径坐标点，然后用户依次路径这些给定的点的位置来体验我们的虚拟校园系统。
二是查询式漫游体系。这就是如今一些网络地图中的一些功能：你可以选择你的目的地，比如图书馆，我们的系统会生成多条路径供你选择。
三是交互式漫游体系。这主要是指鼠标和键盘的中介作用，你可以利用它們来选择你的行进方向。它可以生成一个不存在的视点，并依据这个虚拟视点的位置和视角，在浏览器中呈现对应的场景信息。
（五） 碰撞检测
碰撞检测是指对漫游视点与物体之间的几何位置关系进行限制，通过检测视点与物体的距离，一旦小于某个阈值，则认为是发生了碰撞。
较常用的方法是层次包围盒法，它的基本思想是利用体积略大而几何特征简单的包围盒来近似描述复杂的几何对象。
另一种较常用的方法是空间分解法，它是将整个虚拟空间划分成相等体积的单元格，只对占据同一单元格或相邻单元格的几何对象进行相交测试。适用于稀疏的环境中分布较均匀的几何对象的碰撞检测。
三、结论与展望
虚拟校园带给我们的不仅是视觉上的改变，从某种意义上说它将改变人们的思维方式。本文描述了虚拟校园系统的总体功能，探讨了实现虚拟校园系统的方法；并以虚拟校园中一些场景为例做出了技术说明。其实在不久的将来，借助互联网，虚拟校园系统的功能可以在人们的共同努力下进一步得到完善。也许能够成为学生的第二个可以交友、学习和娱乐的第二个“真实”校园。
参考文献：
[1] 朱静雯，伍艳莲.基于OpenGL的虚拟校园漫游系统的实现[J].考试周刊，2009（35）：156-158.
[2]钟帅.谈虚拟现实中的碰撞检测问题[N].河南机电高等专科学校学报，2009-11-27（6）.
[3]毛学刚，李明泽，范文义.三维虚拟校园的设计与实现[J].测绘信息与工程，2008，33（1）：47-48.
[4]韩小卫.基于虚拟现实技术校园漫游系统的设计与实现[N]. 延安大学学报，2008-6-27（2）.
[5]洪德法，卢文嘉，李伟，伊燕平.三维虚拟校园系统的设计与实现[J].地理空间信息，2012，10（1）：84-87.
二三维联动的虚拟校园设计与实现 篇3
二三维联动的虚拟校园设计与实现
传统的2维地理信息系统技术成熟但缺乏3维可视化和分析的能力,而目前的3维地理信息系统发展可拥有3维可视化分析能力,然而还缺少2维地理信息系统的便捷.以二三维联动为开发思路的地理信息系统能够解决这对矛盾.本文基于二三维联动GIS的设计方案,以虚拟校园设计与实现为应用实例,利用ArcEnginefAE)实现二三维联动GIS系统的`开发设计,对GIS系统的开发做出了一种新的、有益的尝试.
作 者：邵明旭 XU Hui-pin 覃如府 CHEN Hua-gen SHAO Ming-xu XU Hui-pin QIN Ru-fu CHEN Hua-gen 作者单位：同济大学,海洋地质国家重点实验室,上海,92 刊 名：地理信息世界 ISTIC英文刊名：GEOMATICS WORLD 年，卷(期)： 6(2) 分类号：P208 关键词：二三维联动 地理信息系统 ArcEngiBe(AE)