1、 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目：基于 3DMAX 建筑建模与虚拟 现实技术探索 实验楼 建模实例 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 I 摘要 本文以厦门大学海韵校区为 对象实例 ，介绍了应用 3DMAX 软件 在 建筑 建模和 虚拟现实系统构建过程中的应用。 基于海韵校区实验楼的三维建模，探讨了虚拟现实技术在校园建设中的应用，并 提出了虚拟现实技术在建筑在建模中的实现方法。 3DMAX 是一款非常优秀的三维动画制作和造型软件，是目前 PC 上最流行的也是应用最广泛的三维动画造型软件之一，被广泛应用
2、于广告设计，建筑设计，游戏设计和虚拟现实等生活的各个领域。 虚拟现实（ Virtual Reality）简称 VR， 是当今世界前沿的计算机图形科技，它提供了一个实时的、可交互的虚拟环境，可包括 3D 场景、声音、文字、甚至感觉、气味等要素，让客户深度沉浸其中，体验身临其境一般的感受。 虚拟现实 通过一种模拟现实的操作环境，使浏览 者 具有置身于现实世界的真实感， 同时可以通过人机对话交互操作虚拟现实中的各种物体。 关键词 ： 3DMAX； 筑建模 ； 三 维动画 ； VR 虚拟现实 II Abstract This article introduces the applications of
3、 3DS MAX Architectural Modeling in the process of building the Virtual Reality Systems. Making Xiamen University Haiyun Campus as a example, discussing the applications of VR in the field of campus building, and then put forward a method which VR technology using in architectural modeling. 3DMAX is
4、one of the excellent 3D animation software which is more and more widely used on the PC platform in the fields of games, advertisements and architectures. Virtual reality (VR) is a technology which allows a user to interact with a computer-simulated environment, be it a real or imagined one. Users c
5、an interact with a virtual environment or a virtual artifact (VA) either through the use of standard input devices, or through multimodal devices. The simulated environment can be similar to the real world. It can help the architectural engineers to broaden their ideas and enhance the quality of the
6、 design. Recently, VR have already gradually step up from laboratory to applications. Nowadays, in the fields of military, spaceflight, building design, tour, medical treatment, cultural entertainment and education have used abroad. In domestic, some projects about VR have been to the place of plan,
7、 the research and application of VR have already all around outspreaded. Key words: 3DMAX; Architectural Modeling; 3D Animation; Virtual Reality III 目录 第一章 绪论 .1 1.1 引言 .1 1.2 相关领域研究状况 .2 1.3 课题的研究背景 .3 1.4 本文的主要内容与组织结构 .4 第二章 3D 建模与虚拟现实的相关工具软件介绍 .5 2.1 3DMAX 简介 .5 2.1.1 3DMAX 功能介绍及发展 .5 2.1.2 3DMAX
8、 8.0 特点介绍 .6 2.2 其他相关功能软件 .7 2.2.1 Maya 简介 .7 2.2.2 Multigen Creator 简介 .9 2.2.3 Autocard 简介 .10 2.3 本章小结 .11 第三章 虚拟现实技术现状 .12 3.1 什么是虚拟现实技术 .12 3.2 虚拟现实技术的发展 .13 3.3 虚拟现实技术应用的特点和优势 .14 3.3.1 虚拟现实系统的研究现状 .14 3.3.2 虚拟现实系统的有关技术特征及构成 .15 3.3.3 现有虚拟现实系统的关键技术 .16 3.4 虚拟现实技术的设计目标 .17 3.5 虚拟现实技术的展望 .18 3.6
9、 本章小结 .18 第四章 基于 3DMAX 的建筑建模的实现方法 .19 4.1 建模方法的分类 .19 4.1.1 基于几何的建模 .19 4.1.2 基于图像的建模 .19 IV 4.1.3 基于几何和图像的建模 .19 4.2 基于几何和图像建筑建模方法的实现 .19 4.2.1 模型的表示 .19 4.2.2 建模的理论流程图 .21 4.3 对海韵校区实验楼的实际建模过程 .22 4.4 本章小结 .28 第五章 总结与展望 .29 5.1 总结 .29 5.2 进一步研究的规划 .30 参考文献 .31 致谢 .32 V Contents Chapter1 Introductio
10、n . 1 1.1 Preface . 1 1.2 Mutuality domain research complexion. 2 1.3 Research background . 3 1.4 Mainly idea. 4 Chapter2 3D modeling and VR implement software introduce . 5 2.1 3DMAX introduce. 5 2.1.1 3DMAX software introduce and development . 5 2.1.2 3DMAX 8.0 characteristic . 6 2.2 Other softwar
11、e . 7 2.2.1 Maya introduce . 7 2.2.2 Mutagens Creator introduce . 9 2.2.3 Auto card introduce . 10 2.3 Summary . 11 Chapter3 Nowadays technology of Virtual Reality. 12 3.1 Technology of Virtual Reality. 12 3.2 Developing of Virtual Reality. 13 3.3 Advantages and characteristics of Virtual Reality .
12、14 3.3.1 Research of Virtual Reality . 14 3.3.2 Mutuality characteristic and structure of Virtual Reality . 15 3.3.3 Mutuality technology of Virtual Reality . 16 3.4 Design target of Virtual Reality . 17 3.5 Expectation of Virtual Reality . 17 3.6 Summary . 18 Chapter4 Building modeling implement us
13、ing 3DMAX . 19 4.1 Classify of modeling . 19 4.1.1 Modeling using geometry . 19 4.1.2 Modeling using image. 19 VI 4.1.3 Modeling using geometry and image . 19 4.2 Implement of building modeling. 20 4.2.1 Denotation of model . 20 4.2.2 Modeling theory process . 22 4.3 XMU Haiyun compass practically m
14、odeling process . 23 4.4 Summary . 28 Chapter5 Conclusion and future work. 29 5.1 Conclusion . 29 5.2 Future work . 30 References . 31 Acknowledgements . 32 厦门大学本科毕业论文 1 第一章 绪论 1.1 引言 虚拟现实 (Virtual Reality，简称 VR)又译作灵境、幻真 ， 是近年来出现的 高新技术 ，也称灵境技术或人工环境。 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
15、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 。 交互性是虚拟现实的实质性特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程）是虚拟现实的最终目的。自从虚拟现实技术诞生以来，它已经在军事模拟、先进制造、城市规划 /地理信息系统、医学生物等领域中显示出巨大的经济、军事和社
16、会效益，与网络、多媒体并称为 21世纪最具应用前景的三大技术。 VR 是一项综合集成技术，涉及 计算机图形学 、人机交互 技术 、传感 技术 、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作 为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的 3D 世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形 (CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统 1。 概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全
17、新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 虚拟现实中的 “ 现实 ” 是泛指在物理意义 上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而 “ 虚拟 ” 是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己 “ 投射 ” 到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的厦门大学本科毕业论文 2 目的，即人是这种环境的主宰。 VR 主要有三方面的含义： 第一，虚拟现实借助计算机生成逼真的实体。 第二， 用户可以通过人的自然技能与这个环境交互 。 第三
18、 ， 虚拟现实往往要借助于一些三维设备和传感设备来完成交互操作。 近年来， VR 已逐渐从实验室的 研究项目走向实际应用。目前在军事、航天、建筑设 计、旅游、医疗和文化娱乐及教育方面得到不少应用。在国内，有关 VR 的项目已经列入计划， VR的研究和应用正在全面展开。 1.2 相关领域研究状况 VR（ Virtual Reality，虚拟现实） ， 是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的 3
19、D 世界影像传回产生临 场感。该技术集成了计算机图形 (CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。 虚拟现实的主要特征是：多感知性（ Multi-Sensory）、浸没感（ Immersion）、交互性（ Interactivity）、构想性（ Imagination）。这些使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，以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信
20、息。身临其境的沉浸感和人机互动的趣味性是虚拟现实的实质特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程 ）是虚拟现实的最终目的。 虚拟现实在实际生活中有着非常广泛的应用。近年来，随着计算机技术的日益普及和发展，虚拟现实技术也日益受益于此而得到了人们更多的青睐。目前，虚拟现实技术被广泛应用于城市规划，室内设计，房产开发，工业仿真，军事模拟，文物古迹研究，游戏开发， WEB3D产品展示， 道路桥梁设计，模拟实训基地，模拟仿真校园，模拟演播室等 很多领域。 虚 拟现实的主要特征是：多感知性（ Multi-Sensory）、浸没感（ Immersion）、交互性（ Interactivity）、
21、构想性（ Imagination）。 1. 多感知性（ Multi-Sensory） 所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视厦门大学本科毕业论文 3 觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。 2. 浸没感（ Immersion） 又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看
22、上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。 3. 交互性（ Interactivity） 指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物 体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。 4. 构想性（ Imagination） 强调虚拟现实技术应具有广阔的可 想 象 空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以 构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 一般来说，一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境
23、、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备，以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成 2。 1.3 课题的研究背景 多媒体技术是当今计算机发展的必然趋势。它集计算机技术、音像技术和通讯技术为一体 ,具有良好的集成性。它使信息不仅作用于人的视觉 ,而且也作用于人的听觉 ,从而扩大了人对信息的摄入量 ,使得人机关系更加亲近。 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自 1962 年，美国青年（ Morton Hailing） ,发 明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三 I，即 Immersion 沉浸感， Interaction交互性， Imagination 思维构想性，作为 虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下： VRML 开始于 20世纪 90年代初期。 1994 年 3月在日内瓦召开的第一届 WWW 大会上，首
