1、 本 科 毕 业 论 文 基于 Web 的三维虚拟漫游系统 室外楼体 构建，实验室模型 及网页制作 Web-based Three-dimensional Virtual Roaming System Building Modeling, Lab Modeling And Web Design 姓 名： 学 号： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 指导教师： 年 月 摘 要 本文首先对 虚拟现实（ Virtual Reality）技术进行了概括性介绍，包括虚拟现实的概念、特性和关键技术简介。概括性的说明了 VRML（ Virtual Reality Modeling
2、Language）即虚拟现实建模语言的特点和当今的各种应用，分析了 VRML发展趋势以及它作为一个新兴技术的现状以及对虚拟校园系统研究和开发的意义，在此基础上，提出了本课题的背景，意义以及具体内容。其次，本文以厦门大学海韵校区作为虚拟环境的蓝本，通过对科研一号楼，二号楼的楼体建模，实验室 功能展示场景的构建分析和比较了几何建模技术、基于图像的建模技术、混合建模技术，并阐述和提出了如何优化虚拟校园系统的三维模型建立与系统总体模型的整合及其性能。然后，本文重点阐述了虚拟校园系统交互性的研究与实现，其中包括视点控制，漫游功能的实现、室内场景的浏览以及 java 语言与场景通信等功能的实现。之后本文提
3、出了一些可以进一步优化系统的方法，来解决这种大场景的庞大的代码量带来的浏览速度缓慢的问题。 关键词 ： 虚拟现实； VRML；三维场景 Abstract A brief introduction of Virtual Reality (VR for short)is introduced firstly in this dissertation including the concept and the characteristic of VR as well as the key-technology. A sweeping generalization of the feature and
4、 many kinds of applications of VRML (Virtual Reality Modeling Language) is in the next part, which also analyses the trend of VRML development. What it is like as a brand new technology now and the significance of studying and exploiting the virtual school system (VSS for short).Based on that, the p
5、roblem is brought up with the background, significance and specific content. It takes the HaiYun Campus as the original model. The dissertation illuminates the differences between GBMR (Graphic-Based Modeling and Rendering), IBMR (Image-Based Modeling Rendering) by modeling the KeYan buildings and t
6、he laboratory. It is stated and pointed out that how to optimize the building of the three-dimensional model and the performance of the whole system. And then the dissertation represents the basic theory and samples about the Interactivity of VSS, including viewpoint control, roaming, viewing the in
7、terior scenes and interaction with user .At last, some methods which can solving the problem of browsing that is caused by the huge code documents. Key words: Virtual Reality; VRML; Three-dimensional Scene 目 录 第一章 引言 . 1 1.1 虚拟现实简介 . 1 1.1.1 虚拟现实概念 . 1 1.1.2 虚拟现实技术的基本要素 . 2 1.1.3 虚拟现实技术的特征 . 2 1.1.4
8、 虚拟现实的关键技术 . 3 1.2 VRML 语言简介 . 3 1.2.1 VRML 概述 . 3 1.2.2 VRML 的应用 . 4 1.3 课题提出 . 5 1.4 项目任务 . 6 第二章 虚拟校园漫游系统的分析与设计 . 8 2.1 系统的设计目标 . 8 2.2 结构功能分析 . 8 2.3 系统的总体设计 . 8 2.3.1 海韵园漫游系统的设计 . 8 2.3.2 其他四个子系统的设计 . 9 2.3.3 网页制作 . 10 2.4 系统运行环境和开发工具 . 11 2.4.1 系统的硬件环境 .11 2.4.2 系统的软件环境 .11 2.4.3 VRML 语言 .11 2
9、.4.4 利用 VRML与 Java 结合进行系统开发 . 12 2.4.5 网站开发 Dreamweaver. 13 第三章 虚拟校园的三维建模 . 14 3.1 系统建模的基础理论 . 14 3.1.1 基于图形绘制的建模技术 . 14 3.1.2 基于图像的建模技术 . 14 3.2 科研楼（一、二）楼体建模 . 15 3.2.1 科研一号楼 . 16 3.2.2 科研二号楼 . 18 3.2.3 实验室展示模块构建 . 20 3.3 LOD 技术 . 20 3.4 纹理型表面材质 . 21 3.5 文字表示 . 22 第四章 虚拟漫游系统交互性的研究和实现 . 23 4.1 系统实现动
10、画与交互的 VRML 节点 . 23 4.1.1 传感器和插补器 . 23 4.1.2 造型的动画效果 . 23 4.1.3 造型的交互功能 . 25 4.1.4 VRML 的 Script 节点 . 25 4.1.5 交互性实例 . 27 4.1.6 交互性与动画结合的实例二 . 28 4.1.7 漫游功能的实现 . 29 4.2 系统的网上发布 . 30 第五章 系统的测试和优化 . 31 5.1 系统的测试 . 31 5.2 系统的优化 . 31 5.3 开发过程中遇到的问题及解决 . 32 第六章 结束和展望 . 33 参考文 献 . 34 致谢 . 35 Contents Charc
11、ter 1 Introduction . 1 1.1 About Virtual Reality . 1 1.1.1 The Concept Of Virtual Reality. 1 1.1.2 Basic Element Of Virtual Reality . 2 1.1.3The Characteristics Of Virtual Reality . 2 1.1.4 Key Technology. 3 1.2 VRML Introduction . 3 1.2.1 The Concept Of VRML . 3 1.2.2 Use Of VRML . 4 1.3 Subject. 5
12、 1.4 Project Task . 6 Charcter2 Analysis And Design Of Virtual School Roaming System . 8 2.1 System Design Goals . 8 2.2 Structure Function Analysis . 8 2.3 Collectivtiy Design Of Virtual School Roaming System. 8 2.3.1 Campus Roaming System Design. 8 2.3.2 Ohter Four Son-system Design . 9 2.3.3 Inte
13、rnet Page . 10 2.4 System Operating Environment . 11 2.4.1 Hardware Environment .11 2.4.2 Software Environment .11 2.4.3 VRML Language .11 2.4.4 Develop By Java And VRML . 12 2.4.5 Dreamweaver . 13 Character 3 Three-dimensional Modeling Of Virtual School System. 14 3.1 Basic Theories. 14 3.1.1 Graph
14、ic-Based Modeling And Rendering . 14 3.1.2 Image-Based Modeling Rendering . 14 3.2 KeYan Buildings Modeling. 15 3.2.1 KeYan NO.1. 16 3.2.2 KeYan NO.2. 18 3.2.3 Lab Modeling . 20 3.3 LOD Technology. 20 3.4 Texture-based Surface Materail . 21 3.5 Word Expression . 22 Character 4 Research Of The Intera
15、ctive Technology Of Virtual School Roaming System . 23 4.1 A nimation And Interactive System Node23 4.1.1 Sensor aAnd Interpolator . 23 4.1.2 Modeling Of Animation Features . 23 4.1.3 Modeling Of Interactive Features . 25 4.1.4 Script Node In VRML . 25 4.1.5 Sample Of Interactivity. 26 4.1.6 Sample
16、Of Animation And Iinteractivity . 28 4.1.7 Roaming . 29 4.2 Web Design . 30 Character 5 Testing And Optimization . 31 5.1 Testing . 31 5.2 Optimization . 31 5.3 Problems And Solutions. 32 Charcter 6 Conclusion And Expectation . 33 References . 34 Acknowledgements. 35 厦门大学本科毕业论文 基于 Web的三维虚拟漫游系统 - 1 -
17、 第一章 引言 多媒体、 Internet 和虚拟现实是数字化信息社会最具代表性的三种新技术。多媒体技术 把 文字、图像、声音、动画、视频结合在一起，带来了一个多姿多彩的世界。因特网的出现把全球处于分散状态的计算机连结起来，让人们共享网上无比丰富的信息资源，而虚拟现实的真正实现将会使整个人类社会的生活和发展发生巨大的变革。因此， VRML,这个三项技术的交叉点，具有极大的发展前景，它将使 虚拟现实想多媒体和因特网一样逐渐走入人们的生活。 1.1 虚拟现实 简介 1.1.1 虚拟现实概念 随着现代科学技术的发展，人们已不满足于从外部观察信息处理的结果，而是希望能够通过视觉、听觉、触觉、嗅觉及形体
18、、手势或口令，参与到信息处理的环境中去，获得身临其境的体验，而虚拟现实就为此而诞生 。 虚拟现实技术（ Virtual Reality)，简称 VR， 又称灵境技术。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 实体相互左右，使之产生身临其境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。 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、显示技术、网络并行处理等领域的最新技术发展成果。 VR主要有三方面的含义： 1. 虚拟现实是借助于计算机生成逼真
19、的实体，“实体”是对于人的感觉 （视、听、嗅、触）而言的； 2. 用户可以通过人的自然技能与这个环境交互，自然技能是指人的头 部转动、眼动、手势等其他人体的动作； 3. 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。 厦门大学本科毕业论文 基于 Web的三维虚拟漫游系统 - 2 - 近年来， VR 已逐渐从 实验室的研究项目走向实际应用。目前用于军事、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。 1.1.2 虚拟现实技术的基本要素 对于一个真正完整的虚拟现实系统，以下是它应当具有的三个基本要素： 1. 能够给用户以三维立体的虚拟境界。 2. 应当给使用者以第一人称的
20、感觉，并有实时任意活动的自由。 3. 用户能够通过一些装置实时的操纵和改变用户所进入的虚拟境界。 可以说，任何系统，只要满足了以上三个要素，我们就可以称其为一个虚拟现实系统。 1.1.3 虚拟现实技术的特征 Burdea G.曾提出了一个“灵境 技术的三角形”，它较简洁地说明了虚拟现 实 系 统 的 基 本 特 征 ， 即 ： 三 个 “ I ”， 它 们 是immersion-interaction-imagination（沉浸 -交互 -构想）。 1. 沉浸性 (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
21、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。 2. 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。 3. 构想 性 (Imagination) 强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不厦门大学本科毕业论文 基于 Web的三维虚拟漫游系统 - 3 - 仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。 另外虚拟现实技术，还具有 多感知性 (Multi-Sensory) 指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，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。 1.1.4 虚拟现实的关键技术 虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角 (宽视野 )立
