青島農業大學局部校園漫游系統畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 青島農業大學建校以來，不斷發展壯大，如今，為響應國家和政府的號 召，已把校園信息化建設作為重中之重。學校目前已具備比較完善的網站，可以實現成績錄入、信息查詢、公告發布、資料下載等功能，但對學校的展示還只停留在文 字和圖片上，學校領導和校規劃處對校園的規劃建設只基于二維平面 圖。 虛擬校園系統應做到對整體校容校貌的三維空間展示，但是因為青島農業大學占地面積巨大，植被種類眾多，建筑物 復雜多樣，因此，本系統主要實現青島農業大學局部場景的建模和漫游 。 1. 實現從虹子廣場到信息樓之間主要建筑的三維模型建立，包括主樓、化學樓和信息樓，盡量做到逼真且占用內存小。 2. 實現對搭建場景的不同路徑自動漫游，系統分兩條自動漫游路徑，是依據主要道路而事先設置好的。 3. 實現 系統中虛擬場景的 碰撞檢測，避免人物穿 樹而過 或者 穿 墻而入。 使人物可以順利過橋和攀爬臺階。 4. 實現手動漫游，用戶按照自己的意愿在系統中隨意漫游，觀賞校園建筑和景觀。 5. 實現自動漫游，開發者事先選取主要道路，設定為主要游覽路徑，使用戶不必自己操作就可以游覽校園。 6. 實現飛行漫游，使用戶可以高空 俯瞰以實現虛擬化的青島農業大學場景，了解建筑物布局。 7. 場景和模型的優化，通過各種優化技術，使模型能耗小，漫 游通暢，給用戶身臨其境的感受。 8. 系統發布為網頁版，使用戶通過網絡訪問該系統，而不必下載安裝客戶端。 青島農業大學局部校園漫游系統的研究與開發 5 虛擬場景總體設計 本系統總體場景布局如圖 21。 在本系統的 虛擬 場景中 包含 了許多的 模型，本系統根據不同模型 所具有 的特點采用了不同的建模方式。模型的創建主要通過 3DMAX，而場景的搭建主要在Unity3D 中完成。天空、地面和河流引用 Unity3D 中自帶的包，樹木主要采用十字建模技術，草地則采用貼圖代替，以提高渲染速度。 應 注意問題： 1. 養成良好的命名習慣。由于模型在使用過程中可能進行多次修改，所以在創建過程中應注意給創建物體重命名，選 擇簡單而容易識別的名稱，做好做到見名知意，方便自己以后修改使用。給物體賦予材質時，材質球的命名應參照物體命名，方便識別和修改。所有命名盡量使用英文加數字， Unity3D 不識別中文。 2. 分清主次。在不影響 系統整體 外觀的前提下， 完全 可以忽略 哪些 繁瑣的細節。有些建筑物的細節結構復雜，分段數多，且漫游時可能被植物遮主 樓 青島農業大學虛擬校園 建筑物 植被 環境 其它 信 息 樓 化 學 樓 樹 木 花 草 天 空 地 面 道 路 河 流 圖 21系統的 總體設計圖 青島農業大學局部校園漫游系統的研究與開發 6 擋，這樣的細節可以忽略，或者用紋理貼圖代替，以提高渲染速度。 3. 及時使用成組命令。對一個物體不同部位的編輯完成后，或者不同模型之間的位置擺放就位后，注意使用成組命令將其組合，以防在以后的工作過程中不小心將其移動錯位。 將 模型從 3DMAX 導入 到 Unity3D 集成開發 環境 的過程中，應注意以下 幾個問題： 1. 模型的 導入格式應設為 .fbx， 目的是為了 方便 Unity3D 的 識別。 2. 導入單位設置。 Unity 中的 1 個 單位是 fbx 文件中的 1 個 單位的 100 倍 ，Unity 以米為基本單位，所以， 3DMAX 中模型的單位要設為厘米。這樣導入后，才能保證物體尺寸不變。 3. 3DMAX 中 Z 軸為向上軸，而在 Unity3D 中， Y 軸為向上軸，因此在到處設置中，注意設置 Y 軸為向上軸。 系統實現流程 首先是理論知識準備。通過閱讀大量虛擬校園和虛擬現實方面的文章，對于虛擬校園的發展背景、研究現狀及主要應用技術進行初步了解。 其次是需求分析，確定系統應該實現的功能、實現虛擬化的區域以及采用的編程語言和開發工具。 然后進行地理信息數據的采集。地面道路及樓體的長寬可以通過校園規劃平面圖獲得，但是由于缺乏青島農業大學建筑物的建造圖紙，只能通過拍照，采集照片，然后選取參照物，通過軟件測算出其三維尺寸。對于地面的植被樹木， 趁春夏季節生長茂盛時采景，為了后期處理圖片方便，圖片應盡量少重合、無雜質、背景簡單。 第 四 ，開始主要建筑物的建模，本系統主要是主樓、化學樓和信息樓。采用開發工具主要為 3DMAX 和 Photoshop，模型的建立嚴格參照測得的數據，部分材質參數的設置參照 圖 22 標準。 青島農業大學局部校園漫游系統的研究與開發 7 圖 22 3DMAX物體材質參數設置標準 第五， 系統中 其它 物體 的建模。本系統中的所有道路奠定了場景搭建的基礎，是整體場景的骨架。橋梁的建設忽略了細節，主要通過圓柱體和正方體拼接而成。樹木部分采用了 3DMAX 自帶的模型，部分十字交叉建模。 第六，模型的導入與場景的搭建 。 Unity3D 自帶 Terrain 地形編輯，可以方便地創建不同的地形。 第七，碰撞檢測的添加 和 漫游的制作。手動漫游通過第一人稱控制器實現，指定路線漫游則借助了時下比較流行的 itween 插件實現。 最后，發布為網頁版， 使 用戶通過瀏覽器就可以訪問本系統。 系統實現環境和開發工具的選擇 建模工具的分析與選擇 目前，比較流行的建模軟件有 Sketch Up、 AutoCAD、 MAYA、 3DMax 等。Sketch Up 的長處是在設計的時候提供最快的立體效果，它的建模精度不如3DMAX 高，只是輔助設計的軟件，而 MAYA 只有在材質表現和角色動畫上，效果優于 3DMax，在影視特效上也略高于 3DMax[4]。 AutoCAD 是一款被廣泛應青島農業大學局部校園漫游系統的研究與開發 8 用于平面繪制的軟件，也有人看重它在平面基礎上建模的優勢，從而把它作為建模軟件，但它的缺點是可視性較差，這也是它沒有在建模領域占領主流地位的原因之一。 3DMAX 支持大量插件，在動畫的處理方面獨具優勢， 建模功能強大 ，支持多種導出格式， 此外 3DMAX 因操作簡單，與其他相關軟件的配合度也很高 [5]。在界面設計方面， 3DMAX 采用三視圖與透視圖相結合的方式，不 但直觀，還達到精確建模的目的，收好了用戶的廣泛認可。 目前 ， 3DMAX 的優勢 已經在輔助教學 、 廣告、影視等 多個 領域 得到認可 ，是一種功能強大 的三維建模 工具 [6]。 綜上所述， 3DMAX 以其界面友好、功能強大、拓展性好、操作簡單、容易上手等優點贏得了廣大用戶的青睞，本系統也采用 3DMAX 為建模工具。 集成環境的分析與選擇 目前，實現虛擬漫游的主要集成環境有 OpenGL、 VRML、 Unity3D 等 ， 其中， OpenGL 集成了大量的紋理影像、渲染、特殊效果和可視化函數，能夠生成逼真的三維場景 [7]， 但是，它的 包裝性比較差，代碼的編寫非常繁瑣，不容易掌握。 VRML 獨立于計算機平臺的建模語言，由于其低寬帶運行的特點，在網絡多用戶交互等方面獨具優勢 [8]。但是 VRML 的語言功能目前還不是很強，特別是在碰撞檢測的代碼編寫方面需花大量時間處理。 Unity3D 的主要應用領域是游戲開發制作，兼容性各種操作系統，支持 C、 JavaScript、 Python 等多種腳本語言 [9]，開發環境比較直觀，其自帶豐富的資源包和腳本也給用戶提供了方便，由于其簡單易學，容易上手，已受到很多用戶的青睞，具有良好的發展前景。 青島農業大學局部校園漫游系統的研究與開發 9 3 三維場景的構建與優化 資料的收集與整理 本系統以青島農業大學實景為藍本，虛擬系統最主要的任務就是給人身臨其境的感受，而資料的采集直接影響到場景的搭建和展現給用戶的視覺效果，是不可忽略的關鍵環節。 資料又分為兩類，一類是數據資料，主要包括道路、樹木和樓體的三維數據；另一類是圖像資料，主要是物體的貼圖，這類資料的收集主要有兩個途徑，一是相機拍攝，然后圖片處理；二是網絡下載，隨著建模技術的成熟，網絡上的貼圖庫也越來