摘要：本文以3DSMAX和VRML為基本工具，以某展館虛擬導(dǎo)游平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，探討了針對(duì)場(chǎng)館、景點(diǎn)等不同景觀的建模方法和漫游系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，為利用3DSMAX和VRML相結(jié)合制作虛擬場(chǎng)景的漫游提供了參考。
　　關(guān)鍵詞：三維建模；虛擬現(xiàn)實(shí)；園林景觀
　　隨著信息技術(shù)和三維建模軟件的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)己經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于教育、城市規(guī)劃、園林景觀、旅游、娛樂(lè)等眾多領(lǐng)域。三維虛擬漫游技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新發(fā)展，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維景觀和現(xiàn)實(shí)環(huán)境的虛擬化和數(shù)字化，從而成為互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的重要方向之一，它以高質(zhì)量、具有真實(shí)感、以及實(shí)時(shí)生成的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，成為可視化、交互性視覺(jué)媒體[1]。
　　目前，基于三維建模的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要有兩個(gè)范疇：一是基于三維模型和VRML的技術(shù)，二是以圖像為基礎(chǔ)的全景技術(shù)。二者均可靈活地應(yīng)用于虛擬導(dǎo)購(gòu)、導(dǎo)游、導(dǎo)醫(yī)、地圖指示、園林建設(shè)等各個(gè)方面[2]。本文主要圍繞第一種方法展開(kāi)論述。
　　1.建模軟件及VRML語(yǔ)言簡(jiǎn)介
　　VRML(VirtualRealityModelingLanguage)是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，是一種在計(jì)算機(jī)上廣泛使用的三維形體和交互環(huán)境的場(chǎng)景描述方式。它提供了三維建模應(yīng)用系統(tǒng)中常用的規(guī)范和描述標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)性，可以把三維、二維、腳本描述語(yǔ)言、文本、聲音、圖片等多媒體信息融合于一體，在層次轉(zhuǎn)換、光源的添加、幾何圖形的繪制、動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)、材質(zhì)特性的選取、紋理映射的表達(dá)等方面，都具有簡(jiǎn)單、靈活的表現(xiàn)方式，使信息非常便于在同一個(gè)交互式的三維系統(tǒng)中展現(xiàn)出來(lái)，產(chǎn)生一種全新的交互式應(yīng)用。
　　VRML雖然是基于文本信息的描述，并且需要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸三維場(chǎng)景，但是完全可以由本地機(jī)上安裝的VRML瀏覽器來(lái)解釋并生成三維系統(tǒng)，這種工作機(jī)制，避免了在網(wǎng)絡(luò)上直接傳輸較大的圖形文件，相當(dāng)于把復(fù)雜的任務(wù)交給本地機(jī)器完成，減輕了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，使得在網(wǎng)絡(luò)上的快速交互式三維傳輸成為可能。
　　與一些專業(yè)建模軟件相比，VRML的不足之處是在構(gòu)造三維模型時(shí)，一般需要大量的參數(shù)，特別是在構(gòu)建復(fù)雜的模型時(shí)效率降低[3]。一些三維建模、動(dòng)畫(huà)軟件如3DSMAX在這方面則具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以高效、方便地建立起真實(shí)感強(qiáng)烈的三維模型，并且與VRML軟件具有良好的兼容性。所以，一般作法是把VRML與3DSMAX加以結(jié)合，在實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的動(dòng)態(tài)、交互式表達(dá)方面往往能收到事半功倍的效果。就實(shí)現(xiàn)步驟上，這可以分為兩個(gè)方面：模型的建立和漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。下面以某展覽館虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)為例加以詳細(xì)介紹。
　　2.模型庫(kù)的建立
　　2.1虛擬場(chǎng)景的建模及整合
　　建立模型是實(shí)現(xiàn)三維漫游的第一步。出于人的信息感知主要來(lái)源于視覺(jué)，而虛擬現(xiàn)實(shí)是否能逼真地還原現(xiàn)實(shí)，直接影響到觀察者對(duì)整個(gè)虛擬系統(tǒng)的沉浸感。因此，三維場(chǎng)景模型構(gòu)造在整個(gè)系統(tǒng)中占有非常重要的地位。
　　三維場(chǎng)景建模可分為規(guī)則物體建模和不規(guī)則物體的建模。模型的外表真實(shí)感主要依靠造型時(shí)的數(shù)據(jù)真實(shí)性、表面光源的反射和紋理、貼圖的真實(shí)性。根據(jù)提供的幾何尺寸，結(jié)合實(shí)地觀察和測(cè)量，首先要對(duì)建模的場(chǎng)景整體上進(jìn)行宏觀的定位和整合。
　　定位與整合，其實(shí)就是把單獨(dú)建立的不同模型組合成一個(gè)完整的虛擬場(chǎng)景。一種方法是使用軟件的Inline內(nèi)聯(lián)節(jié)點(diǎn)功能把場(chǎng)景和復(fù)雜模型導(dǎo)入到主文件，成為非實(shí)時(shí)的可視化編輯，每導(dǎo)入一個(gè)模型都要考慮其坐標(biāo)值，比較麻煩。另一種做法是在3Dmax軟件中布置各個(gè)模塊，這是一種可視化的編輯，可以實(shí)時(shí)定位對(duì)象的空間坐標(biāo)。其缺點(diǎn)是調(diào)試一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景時(shí)較為困難，萬(wàn)一發(fā)生錯(cuò)誤，就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的不良后果。
　　對(duì)于內(nèi)部復(fù)雜的特殊物體，如花草、樹(shù)木等的建模，可以利用相近的紋理貼圖以提高模型的細(xì)節(jié)水平和真實(shí)感，還能大大簡(jiǎn)化造型的復(fù)雜程度。無(wú)論采用什么樣的紋理,只要看起來(lái)相似就可以，不必要精確模擬。這一做法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的場(chǎng)景建模方面。因?yàn)閷?duì)于要實(shí)時(shí)顯示的VR系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，減少系統(tǒng)生成的計(jì)算量是至關(guān)重要的因素。當(dāng)然，需要注意的是，圖片的格式必須要采用透明處理的gif格式。
　　2.2人物和雕塑的添加
　　可以使用軟件中的Billboard節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)雕塑和人物的添加。方法是在整體坐標(biāo)系統(tǒng)下重新生成一個(gè)新的局部坐標(biāo)系，選中一個(gè)合適的旋轉(zhuǎn)軸,即可在該節(jié)點(diǎn)下的子節(jié)點(diǎn)上添加虛擬對(duì)象，當(dāng)觀察者從不同的方位觀察、行走或旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)象的正面會(huì)永遠(yuǎn)自動(dòng)地面對(duì)觀察者[4]。總體建模效果示例如圖1所示。
　　
　　圖1整體建模效果示例
　　3.漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
　　完成了上述準(zhǔn)備工作后，就可以通過(guò)VRML軟件，進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換和輸出。
　　VRML軟件中的缺省背景顏色為黑色，用戶要想顯示出逼真的現(xiàn)實(shí)效果，可以通過(guò)設(shè)置背景為SkyColor、GroundColor，二者分別為天空的顏色和地面的顏色。還可以通過(guò)Image欄設(shè)置漂亮的天空盒[5]，在Back、Bottom、Front、Left、Right、Top六個(gè)面上分別進(jìn)行設(shè)置，為系統(tǒng)自動(dòng)添加相應(yīng)的貼圖。通過(guò)這種六面體式的全景設(shè)置，更能夠產(chǎn)生完美的背景效果。
　　在虛擬系統(tǒng)中,人的視點(diǎn)是通過(guò)虛擬相機(jī)來(lái)表達(dá)的。可以控制相機(jī)在虛擬空間中進(jìn)行交互，相機(jī)所拍攝到的也就是用戶所能看見(jiàn)的。VRML軟件中的虛擬導(dǎo)航,可以用來(lái)指定相機(jī)在虛擬空間中的運(yùn)動(dòng)方式以及移動(dòng)的速度等特性[3]。還可以指定一些距離數(shù)值，這些數(shù)值決定了在考慮碰撞檢測(cè)和視點(diǎn)隨地形起伏時(shí)的可移動(dòng)范圍。其第一個(gè)值是碰撞被探測(cè)出以前用戶位置與碰撞幾何體間的允許距離；第二個(gè)值是視點(diǎn)與地面應(yīng)保持的距離；第三個(gè)值是相機(jī)視角可以跨越的障礙物的最高高度。通過(guò)Speed可以設(shè)定相機(jī)（觀察者）在場(chǎng)景中漫游的速度。
　　觀察者要想能夠在漫游場(chǎng)景中自由切換，要使用Anchor節(jié)點(diǎn)在虛擬場(chǎng)景中設(shè)置導(dǎo)航錨點(diǎn)，將視點(diǎn)切換到另一指定視點(diǎn)。當(dāng)用戶點(diǎn)擊錨點(diǎn)時(shí)，VRML瀏覽器將根據(jù)錨點(diǎn)鏈接所關(guān)聯(lián)的VRML文件，可以很方便地在不同的虛擬空間中相互切換[3]，如圖2所示（圖中的藍(lán)色箭頭即為視點(diǎn)跳轉(zhuǎn)時(shí)的錨點(diǎn)）。
　　
　　圖2某展覽館展廳造型效果及錨點(diǎn)示意圖
　　4.結(jié)束語(yǔ)
　　本文對(duì)建模及虛擬漫游技術(shù)進(jìn)行了研究，限于篇幅，對(duì)碰撞檢測(cè)等方面沒(méi)有做深入的闡述，只是說(shuō)明了構(gòu)建漫游系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，總結(jié)了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)虛擬漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，將可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，建立了一種三維可視化的虛擬環(huán)境，場(chǎng)景逼真，漫游功能齊全，通過(guò)動(dòng)態(tài)的交互，使用戶有身臨其境的真實(shí)感。
　　
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