基于MultiGen Creator和Vega虛擬校園漫游系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵技術

摘要:該文詳述了在MutiGen Creator及Vega這兩種虛擬現(xiàn)實專業(yè)工具的基礎上，實現(xiàn)了虛擬校園的技術路線，重點闡述了建模過程中的關鍵技術，實例化、LOD和紋理映射、公告板技術、外部引用五個關鍵技術，并且給出了這些關鍵技術在本系統(tǒng)中的應用實例。

關鍵詞:Creator;虛擬校園;三維建模;漫游系統(tǒng)

中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)26-7568-02

The Key Technology of Virtual Campus Roam System Based on MultiGen Creator and Vega

LIU Qiao-hong， SHAN Gui

(Dept. of Computer， STIEI， Shanghai 201411， China)

Abstract: This page tells the technology road of virtual campus base on MultiGen Creator and vega， the important key technology is instance， LOD and texture mapping， billboard， external reference， and providing some application examples of these key technology in the system.

Key words: Creator;virtual campus;3D modeling;roam system

近十余年來，計算機技術的發(fā)展進入了虛擬世界的領域，虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)發(fā)展最快的一項多學科綜合技術，虛擬現(xiàn)實是在計算機技術支持下的一種人工環(huán)境，是人類與計算機和極其復雜的數(shù)據(jù)進行交互的一種技術。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)向用戶提供視覺、聽覺和觸覺、味覺和嗅覺等感知功能的能力，人們能夠在這個虛擬環(huán)境中觀察、聆聽、觸摸、漫游、聞賞，并與虛擬環(huán)境中的實體進行交互，從而使用戶親身體驗沉浸在虛擬空間的感受。

虛擬校園是基于虛擬現(xiàn)實技術之上，不僅將校園的真實面貌在計算機上還原，供用戶觀看，而且能將各種基礎數(shù)據(jù)集成到該系統(tǒng)中，提供校園的地理信息數(shù)據(jù)及其他空間數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一個真正的數(shù)字化的過程。虛擬校園的構(gòu)建對于一個學校有著極其重要的意義。

1 虛擬校園漫游系統(tǒng)的設計

虛擬校園漫游系統(tǒng)的設計主要工作在于三維場景的建模及漫游引擎兩部分。在當今流行的三維建模工具中選擇了專門針對復雜的虛擬場景建模的工具Creator。它作為一個VR視景模型開發(fā)工具，其優(yōu)勢就在于大型場景的地理環(huán)境生成，高效快速的實現(xiàn)實時場景的繪制。而構(gòu)建出來的虛擬場景如果沒有一個好的驅(qū)動引擎，還無法實現(xiàn)實時漫游，本系統(tǒng)中的驅(qū)動引擎采用了Vega，達到了控制和渲染虛擬場景的目的，從而產(chǎn)生了實時漫游系統(tǒng)。以下是虛擬校園漫游系統(tǒng)設計流程圖。

2 Creator建模的關鍵技術詳解

2.1 實例化技術

在虛擬場景中，有大量的模型會重復的使用，比如道路兩旁的樹木，建筑物中的支撐物柱子等等對象。我們可以將此類對象作成一個實例，即模型數(shù)據(jù)庫中某個對象的一個參考副本。在使用實例化技術(Instance)時，僅僅只是創(chuàng)建了一個指向模型數(shù)據(jù)庫中的模型對象的指針，并沒有完全的復制該對象，因此，可以大大的節(jié)省磁盤空間以及減少對內(nèi)存的占用。如圖2所示的校園生活區(qū)的多棟學生宿舍樓，由于宿舍樓外觀形狀大小均一致，所以采用的實例化技術，以節(jié)省系統(tǒng)的內(nèi)存空間和磁盤存儲空間，從而改善實時系統(tǒng)的運行性能。

2.2 層次細節(jié)模型

隨著場景中模型的數(shù)目逐漸增多，構(gòu)成模型的幾何體的面數(shù)也越來越多，隨之而來的問題是場景的渲染速度隨之下降。通過采用層次細節(jié)模型(LOD)技術，可以很好的解決復雜場景顯示與計算機運行速度之間的不協(xié)調(diào)。

在Creator中建模，LOD技術的中心思想就是，當場景遠離視點的時候，用多邊形數(shù)相對較少的低LOD顯示模型對象，當視點越來越靠近模型時，逐漸用越來越清晰的高LOD來顯示，反之亦然。如圖3所示，對校園辦公樓的部分樓體采用了LOD模型，在制作的過程中，首先將細節(jié)復雜的模型創(chuàng)建后，逐漸刪除細節(jié)部分，直至剩余大體輪廓模型。

2.3 紋理映射技術

紋理映射技術在場景建模中多處應用，紋理映射(Texture Mapping)是一種將二維圖像

映射到一個幾何形狀上來產(chǎn)生特殊效果或真實感的一種技術，并不是實際的幾何模型。紋理映射技術對不規(guī)則物體的建模起到了非常重要的作用，比如花草樹木等外部景觀的建模。

采用紋理映射技術不僅并不丟失物體的逼真性，由于多邊形面的減少，占用少量的系統(tǒng)資源，提升運行速度。同時也能模擬出此類物體的細節(jié)，使模型有著鮮明的色彩、貼圖特征等。正是應用紋理映射技術，用圖像就能模擬出實體的細節(jié)，提高模擬的逼真度和顯示速度

2.4 公告板技術

布告板技術(Billboards)是用單個多邊形表示不規(guī)則形狀的對象的一種簡單方法，一般可以使用布告板技術表示電線桿、樹或人。方法是將要表示的物體的紋理照片貼到多邊形表面，然后在運行時讓多邊形總是面向觀察者。使用布告板技術可以顯著的減少多邊形的數(shù)量，提高模型運行的效率。

如圖5就是公告板技術制作的樹，另外還有一種叫做十字交叉法的技術，它是用兩個十字交叉的面來構(gòu)造樹的模型，在互相垂直的平面分別映射相同的樹的紋理，利用人的視覺誤差，感覺上是不同角度總可以看到相同樹的圖像。本系統(tǒng)中利用這兩種方法，遠處的樹用十字交叉法，近處的樹用Billboard法。

2.5 外部引用

本系統(tǒng)的虛擬場景中建筑物數(shù)目并非特別多，主要建筑物有技術中心，教學樓，辦公樓，

學生宿舍等等，通常采用的方法是分別建模，以其中一個模型對象所在的文件為主，將其它模型用復制粘貼的方法加入進來，放到合適的位置，生成最后的文件。實際上，通過外部引用(External Reference)的功能，導入建筑物，更能大大減小文件本身的大小。因為使用外部引用，在主要的文件中只需要保存的是引用文件的路徑和名稱，而不用保存模型數(shù)據(jù)庫，每個建筑物可以保持相對的獨立，在需要修改時只單獨的打開需要修改的文件進行修改，在主要文件中進行刷新操作即可，主要文件的其它模型不會受到影響。

3 結(jié)論

本文細述了在實現(xiàn)虛擬校園漫游系統(tǒng)中Creator建模中采用的關鍵技術。文中實現(xiàn)的虛

擬校園漫游系統(tǒng)有著較好的沉浸感和真實性，能滿足用戶對校園場景漫游的需要。不僅如此，本系統(tǒng)能與學校相關的信息平臺結(jié)合，增加校園信息的展示，對于學院的建設有著良好的宣傳作用。

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