對于提高虛擬校園精密度問題的研究

引言：虛擬校園的精密度問題在很大程度上影響著用戶使用時(shí)的沉浸性。因此，在虛擬校園的構(gòu)建過程中，需要從多方面入手，提高精密度。本文以河南師范大學(xué)為例，對提高虛擬校園精密度的問題進(jìn)行了實(shí)踐和總結(jié)。

提高虛擬校園的精密度，主要從提高校園布局的精密度、提高建筑物模型的精密度和提高自然環(huán)境的精密度三方面入手。

一、提高校園布局精密度

對于校園布局的獲取，有很多種方法，如實(shí)際測量、截取衛(wèi)星地圖、參考建筑規(guī)劃圖等等。

河南師范大學(xué)校內(nèi)建筑物及各類設(shè)施的布局非常復(fù)雜。如果實(shí)地測量，需要很大的人力和物力，而且由于遮擋等問題，部分建筑物的測量依舊粗略。截取衛(wèi)星地圖的方法可以獲得校園的大致布局，但由于分辨率等問題，直接用來建模非常不科學(xué)。建筑規(guī)劃圖是相對來說最好的一種，但實(shí)際建筑和各類設(shè)施在建設(shè)過程中容易出現(xiàn)改動。

分析后，我們選取以下方法：首先，根據(jù)基建處所提供的平面圖和道路規(guī)劃圖獲取建筑及道路的相關(guān)信息，并根據(jù)實(shí)際建設(shè)過程中的參數(shù)進(jìn)行修改，得出更為精確的布局。然后，根據(jù)衛(wèi)星地圖對未進(jìn)行建設(shè)或已經(jīng)拆除的建筑物進(jìn)行增刪。最后，利用實(shí)際測量的方法，得出校園內(nèi)其他設(shè)施的布局，如標(biāo)志性石頭、長椅、路燈等。

二、提高建筑物模型的精密度

對于提高建筑物模型的精密度，我們可以先建立比較粗糙的模型，然后從外形和質(zhì)感兩方面逐步細(xì)化。

本小組三維校園建筑的建模過程主要分為以下步驟：首先，利用建模軟件中的基本多邊形等相關(guān)工具，將建筑物的主要部分（如建筑物主體、臺階、道路）建立出來。然后，對比實(shí)際建筑，對粗摸進(jìn)行修改，使得其外觀基本相同。接著，利用采集到的建筑物和景物的照片，進(jìn)行建筑物表面貼圖。貼圖過程中，應(yīng)注意紋理、光照等特殊效果的使用，以提高建筑物的真實(shí)性。

我們從以下幾點(diǎn)細(xì)節(jié)進(jìn)一步提高真實(shí)性：

（1）利用我校基建設(shè)備中心制作的學(xué)院走向圖、分布圖等 CAD 圖紙獲取校園的總體平面分布圖，還可以獲取主要樓體和主要干道的平面結(jié)構(gòu)圖。

（2）對于部分建筑物的高度，很多人都是自行測量出其中一層的高度，然后根據(jù)樓層數(shù)計(jì)算出總的高度，這樣所獲得的數(shù)據(jù)往往比較粗略。我們從基建處獲得了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這對建模的精度有很大幫助。例如計(jì)算機(jī)學(xué)院樓的信息

表格 1計(jì)算機(jī)學(xué)院樓信息

（3）對于紋理數(shù)據(jù)，主要采用自己拍攝并繪制的方式。首先用數(shù)碼相機(jī)將學(xué)校各處建筑物的各個側(cè)面進(jìn)行拍照，然后傳入計(jì)算機(jī)，運(yùn)用 Photoshop 進(jìn)行斜切、扭曲等調(diào)整及切割原始圖像、調(diào)整對比度、部分顏色填充的改動等糾正處理后，以 JPG、TGA 等格式存儲，作為模型的貼圖庫

以東區(qū)門衛(wèi)宿舍為例，可得圖如下：

三、提高自然環(huán)境的精密度

虛擬校園中的自然環(huán)境主要包括樹木和天空，同時(shí)，為了增強(qiáng)真實(shí)性，光照也是不可少的。

（1）樹木

樹木花草等自然景物是虛擬校園中最為常見的模型，由于樹木本身復(fù)雜性和隨意性，其模型創(chuàng)建也成為虛擬校園實(shí)現(xiàn)的難題之一。樹木創(chuàng)建方法分三大類：AEC三維樹木創(chuàng)建方法、公告牌技術(shù)的創(chuàng)建方法、偽三維模型的創(chuàng)建方法[1]。AEC三維樹木創(chuàng)建法雖效果較好，但文件太大。公告牌技術(shù)雖然文件小，但真實(shí)性差。通過分析，我們選擇公告牌技術(shù)來模擬樹木群，而對需要突出表現(xiàn)的地方選擇偽三維模型的創(chuàng)建方法，這樣效果即做到了有效的精簡，又在局部達(dá)到了應(yīng)有的逼真的效果。

（2）天空

在虛擬校園場景中，添加天空來作為背景，可以更好地增強(qiáng)其真實(shí)感。為了在旋轉(zhuǎn)場景時(shí)不改變天空的顯示效果，目前常用的一種創(chuàng)建天空的方法是在 DirectX 中創(chuàng)建天空盒。現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟的創(chuàng)建天空盒的方法有三種，球體天幕、平面狀天幕和長方體天幕。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中采用了球體天幕，創(chuàng)建半球體模型并賦予無縫貼圖模擬天空，其符合天空籠罩在大地自然規(guī)律。

（3）光照

光照時(shí)是通過表現(xiàn)出從不同的觀察角度看到物體時(shí)有立體感覺，感受到物體有陰影、背面等效果，能夠感受到陽光下、燈光下不同材質(zhì)的物體的反光效果，明暗效果等來提高自然環(huán)境的精密度的必不可少的有效方法。

四、結(jié)束語

虛擬校園的制作是一項(xiàng)非常繁雜的工程，其中很多細(xì)節(jié)都值得我們?nèi)プ⒁狻Ｖ挥羞x取合適的方法，將細(xì)節(jié)問題處理得當(dāng)，才能取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張津輔.談虛擬校園模型的創(chuàng)建與優(yōu)化技術(shù)[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報(bào)，2012，07.

作者簡介

韓婷，女1990.05-，籍貫：河南省安陽市，河南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2010級計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生。

陳娜，女1989.11-，籍貫：陜西省漢中市，河南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2010級計(jì)算機(jī)與科學(xué)技術(shù)專業(yè)本科生。

楊書燦，男1991.11-，籍貫：河南省鄭州市，河南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院2010級計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生。

（作者單位：河南師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院）