1、 本科毕业论文 题 目： 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景 建模 与优化 姓 名： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师 ： 职称： 年 月 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 I 摘 要 虚拟现实（ Virtual Reality，简称 VR）技术 ,是 20 世纪末兴起的一门综合性信息技术，近几年来，它正在逐步应用到建筑领域。借助于虚拟现实技术、计算机技术对古建筑的数字存档、文物保护都具有重要意义。虚拟现实技术应用与文化 遗产的保护相结合是目前的热门研究方向之一。 本文在分析中国古建筑结构特征的基础上，以厦门南普陀寺 为例
2、 ，深入研究了 古建筑虚拟场景的建模技术和建模优化技术，构建了南普陀四大殿的模型。 本文所探索的建模方法和优化技术，对其它大场景的复杂建筑建模也具有一定的借鉴意义。最后借助 WireFusion 开发平台和工具集，开发了基于 Internet 的实时漫游虚拟系统。应用此项技术的案例表明，显示效果和漫游速度都取得了满意的效果。 全文分四个 部分，第一部分简要介绍虚拟现实技术 在古建筑领域的应用背景及研究意义，分析了其 国内外发展概 况和趋势 ；第二部分分析了 目前国内外较为流行的几种建模软件和虚拟现实软件，以此选择适合南普陀虚拟漫游系统所需的软件 ；第三部分 在研究古建筑及南普陀古建筑构造的特点
3、的基础上， 结合具体项目厦门南普陀寺虚拟漫游 场景 ， 重点分析古 建筑虚拟场景的建模技术和建模优化技术以及建模过程中所遇到的问题； 第四部分阐述了南普陀虚拟漫游系统的具体实现。 关键词 ： 中国古建筑 虚拟现实 建模技术 建模 优化 技术 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 II Abstract Virtual Reality is one of the integrated information technologies that raise at the end of the 20th century.And it is gradually applied t
4、o the architectural design field in recent years. It is important to keep ancient architecture in digital achieves, heritage preservation by VR and computer technology. Integration of the application of Virtual reality technology and the protection of cultural heritage is one of the most popular res
5、earch directions. This dissertation is based on the analysis of ancient Chinese architecture.It takes South Potalaka Monastery as the example, researchs deeply on the modeling techniques and optimization modeling techniques of ancient architecture virtual scene and architects the models of the four
6、main halls of South Potalaka Monastery.At the same time, the modeling techniques and optimization modeling techniques which this dissertation explored are also efficient for another large and complicated simulation scene. Finally, this dessertation uses the WireFusion platform and tool sets and deve
7、lops the real-time roaming virtual systems based on Internet. Application of this technology shows that this system has received the satisfactory results on the drawing effect and roaming speed. These are four parts of this dissertation.the first brief introducts the background and research signific
8、ance of the virtual reality technology in the field of ancient architecture and analyzes the domestic and international developments and trends;The second part analyzes several popular modeling software and virtual reality software at home and abroad and selects the appropriate software for South Po
9、talaka Monastery virtual roaming system;The third part bases the study for the characteristics of the ancient architecture and South Potalaka Monastery, combines the concrete items: Xiamen South Potalaka Monastery virtual roaming system, focuses the modeling techniques and optimization modeling tech
10、niques of ancient architecture virtual scene and the problems encountered. The final part expounds the concrete realization of South Potalaka Monastery virtual roaming system. Key words: Ancient Architecture Of China Virtual Reality Modeling Technology Modeling Opitimized Technology 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统
11、 南普陀虚拟场景建模与优化 III 目录 第一章 绪 论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 论文的选题背景与研究意义 . 1 1.2.1 选题的背景 . 1 1.2.2 研究意义 . 2 1.3 国内外发展概况和趋势 . 3 1.3.1 国外研究与发展概况 . 3 1.3.2 国内研究与发展概况 . 4 1.3.3 产业化前景 . 4 1.4 论文的主要研究目的与内容 . 5 1.4.1 论文的研究目的 . 5 1.4.2 论文的研究内容 . 5 第二章 虚拟现实与建模 . 7 2.1 建模软件的介绍与比较 . 7 2.2 虚拟现实软件的介绍与比较 . 9 2.3 虚拟现实的建模方法 .
12、11 2.3.1 基于多边形的直接绘制法 . 11 2.3.2 基于模型的方法 . 11 2.3.3 基于图像的绘制方法 . 12 2.3.4 基于图形与图像混合建模技术 . 13 第三章 虚拟场景的建模与优化 . 14 3.1 中国古代建筑的特点分析 . 14 3.2 南普陀建筑的特点 . 16 3.3 南普 陀虚拟场景的建模 . 19 3.3.1 几何建模 . 19 3.3.2 形象建模 . 22 3.3.3 运动建模 . 25 3.3.4 模型分割 . 25 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 IV 3.4 南普陀场景中的优化技术 . 25 3.4.1 虚拟场景优
13、化的必要性及方法概述 . 25 3.4.2 三维场景的几何优化 . 26 3.4.3 三维场景的纹理优化 . 28 3.5 建模中的常见问题 . 31 第四章 南普陀虚拟漫游系统的实现 . 33 4.1 开发平台和开发环境的选择 . 33 4.1.1、硬件环境 . 33 4.1.2、软件环境 . 33 4.2 总体设计 . 33 4.2.1 项目目标 . 33 4.2.2 总体 框架 . 34 4.3 详细设计 . 36 4.3.1 三维场景的实现 . 36 4.3.2 场景漫游的实现 . 41 4.3.3 系统发布 . 42 第五章 总结与展望 . 44 致 谢 . 46 参考文献 . 47
14、 附 录 . 48 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 V Content Chapter 1 Introduction .1 1.1 Introduction .1 1.2 Paper selected topic background and research significance .1 1.2.1 Selected topic background .1 1.2.2 Research significance .2 1.3 Domestic and foreign development survey and tendency .3 1.3.1 Oversea
15、s research and development survey .3 1.3.2 Domestic research and development survey.4 1.3.3 Industrial production prospect .4 1.4 Paper main research goal and content .5 1.4.1 Paper research goal.5 1.4.2 Paper research content .5 Chapter 2 Virtual reality and modelling .7 2.1 The modelling softwares
16、 introduction and compares.7 2.2 The virtual reality softwares introduction and compares .9 2.3 Virtual reality modelling method .11 2.3.1 Method based on polygon direct plan law .11 2.3.2 Method based on model.11 2.3.3 Method based on image plan . 12 2.3.4 Method based on graph and image mix modeli
17、ng technology . 13 Chapter 3 Modelling and optimization of virtual scene. 14 3.1 Characteristic analysis of Chinese ancient architecture . 14 3.2 Characteristic analysis of South Putuo constructs . 16 3.3 South Putuo hypothesized scene modelling . 19 3.3.1 Geometry modelling . 19 3.3.2 Vivid modelli
18、ng . 22 3.3.3 Movement modelling 10 . 25 3.3.4 Model division . 25 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 VI 3.4 Optimization techniques of South Putuo scene . 25 3.4.1 The necessity and method outline of hypothesized scene optimized . 25 3.4.2 Geometry optimization of three dimensional scene. 26 3.4.3 Textu
19、re optimization of three dimensional scene . 28 3.5 The Common progrom in modelling . 31 Chapter 4 Roaming systems realization of South Putuo hypothesized . 33 4.1 The choice of development platform and development environment. 33 4.1.1、 Hardware environment . 33 4.1.2、 Software environment . 33 4.2
20、 System design. 33 4.2.1 Project goal . 33 4.2.2 Overall frame. 34 4.3 Detailed design . 36 4.3.1 The realization of the three dimensional scene . 36 4.3.2 The realization of scene roaming. 41 4.3.3 System issue . 42 Chapter 5 Summary and Forecast . 44 Acknowledgment . 46 Reference . 47 Appendix . 4
21、8 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 1 第一章 绪 论 1.1 引言 建筑是人类历史文化的载体，任何时代，建筑都以其感人的形象展现出它的风貌，反映着它所包容的各种信息和内涵。建筑的发展是人类进步与文明的标志，建筑艺术又是这文明史诗中最辉煌的篇章。从古至今，建筑与艺术就结下了不解之缘。 虚拟现实，也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数 字化人机接口技术。与传统的模
22、拟技术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。 利用虚拟现实技术实现建筑表现，是建筑设计和规划表现工具从传统工艺向数字技术发展的又一次革命。通过计算机系统仿真数字化建筑沙盘，既能展示建筑师丰富多彩的构思，又能真实表现建筑特征与周围环境，比传统沙盘和模型功能更多、性能更强、 应用更广。 1.2 论文的选题背景与研究意义 1.2.1 选题的背景 今天许多人文景观和自然景观都面临被摧毁的危险
23、。 敦煌莫高窟壁画的脱落、周口店北京猿人遗址的窘境、泰山周围环境的不和谐、孔府及孔庙和孔林的被淹事件等都引起了国际社会的广泛关注。 除战争外 , 现代工业和旅游业带来的污染对古建筑的侵蚀更加严重 , 保护措施必须迎头赶上 , 否则许多珍贵纪录将不复存在。保护环境、减少污染无疑是根本措施 , 但是目前不可能一下子完成 , 本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 2 同时也不太可能将文物转移到无污染的地区。前人留给我们的建筑文化遗产不会再增加 , 如何管 理好这笔不可再生的资源 , 采取措施减少和防止文物继续遭受损失 , 如何有效地保存这些历史瑰宝成了困扰人们的难题。 计算机数
24、字技术的发展为建筑工程师提供了一个全新的解决方案。因为通过数字技术手段 , 这些重要的景观就可以转入计算机被保护起来 , 与传统工艺和技法相结合可以使我们的建筑工程师个个成为建筑保护的行家。虚拟古建筑景观最直接的好处就是重建不复存在的或一般难得一见的古建筑景观 , 虚拟景观使我们能够欣赏、体验、研究并且更好地保护那些正在不断破坏和消逝的景观 , 虽然利用数字技术制作的景观不可能完全替代真实的体验 , 但是其形象化程度足以让人们关注和欣赏它们。 中国是历史文明古国，其丰富的历史文化遗产已成为世界历史文化遗产的重要组成部分。进行虚拟遗产的前沿课题研究既可以推动中国历史遗产保护与发展，又可以与世界的
25、发展潮流相适应，同时对于提高中国的历史文化遗产在世界历史文化遗产中的地位具有极大的意义 1 。 1.2.2 研究 意义 将虚拟现实技术应用于古代建筑领域，对古建筑研究、文物保护、景点规划与管理 、 旅游促销以及 推动传统建筑技术与艺术 等具有重要 应用意义，具体分析如下 2： 1. 古建筑研究 历史建筑所代表的是各地区不同 时期的建筑文化风格，建筑的形式与结构反映了不同地区人们的审美标准和工艺技术水平。如何研究这些目前已部分被毁坏或已基本不存在的 历史建筑，以及如何保留它们的历史信息成为历史建筑研究的重要课题。 2. 文物保护 利用虚拟现实技术，结合网络技术，可以将文物的展示、保护提高到一个崭
26、新的阶段。首先表现在将文物实体通过影像数据采集手段，建立起实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。 其次利用这些技术来提高文物修复的精度本科毕业论文 古建筑虚拟漫游系统 南普陀虚拟场景建模与优化 3 和预先判断、选取将要采用的保护手段， 同时可以缩短修复工期。 通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物，从而使文物脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以 “ 拥有 ” 的文化遗产。使用虚拟现实技术可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物展示和保
27、护的现代化。 3. 景点规划与管理 展示景区规划、宣传景区建设、提升景区形象，虚拟现实系统根据景区当前状况和对景区的未来规划，将景区过去、现在和将来任意时间的情况 展示在规划设计者、政府决策者面前，为领导决策提供技术支持与服务。 4.旅游促 销 突破时空限制，在大范围内来利用虚拟技术展示旅游景区，将景区景色生动、形象地展示给游人，让游人不用到景点即可先预览到景区风光，被其吸引，为景区宣传自身、扩大影响，促进旅游量增长提供最佳促销方式。 5. 推动传统建筑技术与艺术 虚拟现实技术的出现和进一步发展，有专家预料将来会诞生人类的第九艺术形式。到底第九艺术是什么样子，不同艺术门类的人有不同想象。不过，
28、任何艺术门类和形式都离不开生存环境的再现和体验。只要有对环境的体验和介入，环境中就必然包括建筑环境。尽管今天人们还无法具体想象在未来艺术形式中的建筑场景如 何与人交互，如何有充分的感情色彩，但是未来艺术和社会文明对虚拟建筑漫游技术发展的巨大期望是可想而知的 3。 1.3 国内外发展概况和趋势 1.3.1 国外研究与发展概况 众多的国外大学及科研机构都在从事虚拟场景漫游的研究。其中美国加州大学北卡分校 (UNC)及伯克利 (BERKELEY)分校的学术活动相当活跃，两校都拥有世界一流的漫游技术研究室，研究室中装配着大量图形工作站、高分辨率图形显示器、各种类型的头盔显示器 (HMD)、数据手套、步行器等价值昂贵的设备 4。 UN C漫游技术研究室把建筑漫游作为自己的 主要研究方向，到目前为止，他
