摘要：本文以3DSMAX和VRML為基本工具，以某展館虛擬導(dǎo)游平臺的系統(tǒng)設(shè)計為例，探討了針對場館、景點等不同景觀的建模方法和漫游系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，為利用3DSMAX和VRML相結(jié)合制作虛擬場景的漫游提供了參考。
　　關(guān)鍵詞：三維建模；虛擬現(xiàn)實；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)實技術(shù)己經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于教育、城市規(guī)劃、園林景觀、旅游、娛樂等眾多領(lǐng)域。三維虛擬漫游技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的最新發(fā)展，它實現(xiàn)了對三維景觀和現(xiàn)實環(huán)境的虛擬化和數(shù)字化，從而成為互聯(lián)網(wǎng)和計算機科學(xué)發(fā)展的重要方向之一，它以高質(zhì)量、具有真實感、以及實時生成的現(xiàn)實環(huán)境，成為可視化、交互性視覺媒體[1]。
　　目前，基于三維建模的虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要有兩個范疇：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、導(dǎo)游、導(dǎo)醫(yī)、地圖指示、園林建設(shè)等各個方面[2]。本文主要圍繞第一種方法展開論述。
　　1.建模軟件及VRML語言簡介
　　VRML(VirtualRealityModelingLanguage)是虛擬現(xiàn)實建模語言，是一種在計算機上廣泛使用的三維形體和交互環(huán)境的場景描述方式。它提供了三維建模應(yīng)用系統(tǒng)中常用的規(guī)范和描述標準，實現(xiàn)了計算機虛擬現(xiàn)實的真實性，可以把三維、二維、腳本描述語言、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、動畫的實現(xiàn)、材質(zhì)特性的選取、紋理映射的表達等方面，都具有簡單、靈活的表現(xiàn)方式，使信息非常便于在同一個交互式的三維系統(tǒng)中展現(xiàn)出來，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)上傳輸三維場景，但是完全可以由本地機上安裝的VRML瀏覽器來解釋并生成三維系統(tǒng)，這種工作機制，避免了在網(wǎng)絡(luò)上直接傳輸較大的圖形文件，相當于把復(fù)雜的任務(wù)交給本地機器完成，減輕了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢摀�，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，一般需要大量的參數(shù)，特別是在構(gòu)建復(fù)雜的模型時效率降低[3]。一些三維建模、動畫軟件如3DSMAX在這方面則具有明顯的優(yōu)勢，可以高效、方便地建立起真實感強烈的三維模型，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，在實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的動態(tài)、交互式表達方面往往能收到事半功倍的效果。就實現(xiàn)步驟上，這可以分為兩個方面：模型的建立和漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)。下面以某展覽館虛擬漫游的實現(xiàn)為例加以詳細介紹。
　　2.模型庫的建立
　　2.1虛擬場景的建模及整合
　　建立模型是實現(xiàn)三維漫游的第一步。出于人的信息感知主要來源于視覺，而虛擬現(xiàn)實是否能逼真地還原現(xiàn)實，直接影響到觀察者對整個虛擬系統(tǒng)的沉浸感。因此，三維場景模型構(gòu)造在整個系統(tǒng)中占有非常重要的地位。
　　三維場景建模可分為規(guī)則物體建模和不規(guī)則物體的建模。模型的外表真實感主要依靠造型時的數(shù)據(jù)真實性、表面光源的反射和紋理、貼圖的真實性。根據(jù)提供的幾何尺寸，結(jié)合實地觀察和測量，首先要對建模的場景整體上進行宏觀的定位和整合。
　　定位與整合，其實就是把單獨建立的不同模型組合成一個完整的虛擬場景。一種方法是使用軟件的Inline內(nèi)聯(lián)節(jié)點功能把場景和復(fù)雜模型導(dǎo)入到主文件，成為非實時的可視化編輯，每導(dǎo)入一個模型都要考慮其坐標值，比較麻煩。另一種做法是在3Dmax軟件中布置各個模塊，這是一種可視化的編輯，可以實時定位對象的空間坐標。其缺點是調(diào)試一個復(fù)雜的場景時較為困難，萬一發(fā)生錯誤，就會引發(fā)嚴重的不良后果。
　　對于內(nèi)部復(fù)雜的特殊物體，如花草、樹木等的建模，可以利用相近的紋理貼圖以提高模型的細節(jié)水平和真實感，還能大大簡化造型的復(fù)雜程度。無論采用什么樣的紋理,只要看起來相似就可以，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)實系統(tǒng)的場景建模方面。因為對于要實時顯示的VR系統(tǒng)來說，減少系統(tǒng)生成的計算量是至關(guān)重要的因素。當然，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)點實現(xiàn)雕塑和人物的添加。方法是在整體坐標系統(tǒng)下重新生成一個新的局部坐標系，選中一個合適的旋轉(zhuǎn)軸,即可在該節(jié)點下的子節(jié)點上添加虛擬對象，當觀察者從不同的方位觀察、行走或旋轉(zhuǎn)時，對象的正面會永遠自動地面對觀察者[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)的實現(xiàn)
　　完成了上述準備工作后，就可以通過VRML軟件，進行文件格式轉(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)實效果，可以通過設(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Image欄設(shè)置漂亮的天空盒[5]，在Back、Bottom、Front、Left、Right、Top六個面上分別進行設(shè)置，為系統(tǒng)自動添加相應(yīng)的貼圖。通過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,人的視點是通過虛擬相機來表達的。可以控制相機在虛擬空間中進行交互，相機所拍攝到的也就是用戶所能看見的。VRML軟件中的虛擬導(dǎo)航,可以用來指定相機在虛擬空間中的運動方式以及移動的速度等特性[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和視點隨地形起伏時的可移動范圍。其第一個值是碰撞被探測出以前用戶位置與碰撞幾何體間的允許距離；第二個值是視點與地面應(yīng)保持的距離；第三個值是相機視角可以跨越的障礙物的最高高度。通過Speed可以設(shè)定相機（觀察者）在場景中漫游的速度。
　　觀察者要想能夠在漫游場景中自由切換，要使用Anchor節(jié)點在虛擬場景中設(shè)置導(dǎo)航錨點，將視點切換到另一指定視點。當用戶點擊錨點時，VRML瀏覽器將根據(jù)錨點鏈接所關(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（圖中的藍色箭頭即為視點跳轉(zhuǎn)時的錨點）。
　　
　　圖2某展覽館展廳造型效果及錨點示意圖
　　4.結(jié)束語
　　本文對建模及虛擬漫游技術(shù)進行了研究，限于篇幅，對碰撞檢測等方面沒有做深入的闡述，只是說明了構(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。通過虛擬漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)，將可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)有機地結(jié)合起來，建立了一種三維可視化的虛擬環(huán)境，場景逼真，漫游功能齊全，通過動態(tài)的交互，使用戶有身臨其境的真實感。
　　
　　參考文獻：
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　　[4]張善濤，姜昱明。可漫游的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境建模與實現(xiàn)[J]
　　[5]毛偉冬，唐明理．三維游戲設(shè)計師寶典[M]