基于SketchUp和VRML的虚拟漫游系统开发

1、本栏目责任编辑:唐一东多媒体技术及其应用Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第30期(2009年10月基于SketchUp 和VRML 的虚拟漫游系统开发席桂花1,2(1武汉理工大学,湖北武汉430070;2.荆楚理工学院计算机工程学院,湖北荆门448000摘要:虚拟现实应用越来越广泛。VRML 是用于描述交互式三维空间的虚拟现实建模语言。该文提出了一种基于SketchUp 和VRML 技术虚拟漫游系统的开发方法,即用SketchUp 构建三维模型,用VRML 语言实现场景漫游的交互控制,从而设计与实现一个三维虚拟漫游系统。关键词:虚拟现实;

2、SketchUp ;虚拟现实建模语言VRML ;场景漫游中图分类号:TP319文献标识码:A 文章编号:1009-3044(200930-8534-02SketchUp and VRML-based Virtual Tour System DevelopmentXI Gui-hua 1,2(1.Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China;2.Jingchu University of Technology,Computer Engineering College,Jing -men 448000,ChinaAbstract :Virtua

3、l Reality is applied more and more widely.VRML is a modeling-language,which describes the interactive three-dimen -sional space virtual reality system.The article brings up a method to design three dimensional virtual-building-wandering-system,based on SketchUp and VRML technology,that is to say,usi

4、ng SketchUp to construct models,and using VRML to realize the interactive control of scenery wandering.Key words:Virtual Reality ;sketchup ;VRML ;scenery wandering虚拟现实(Virtual Reality 简称VR ,又称为灵境技术,它是一种以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。三维虚拟漫游系统的设计通过对场景内实体进行建模,并通过三维实景模拟的表现方式,使浏览者在虚拟世界内身临其境的感受现实世界。因此开展三维虚拟漫

5、游系统及相关课题的研究适应了信息社会发展的趋势,具有重要的理论意义和现实意义。1相关理论技术1.1虚拟现实技术虚拟现实(Virtual Reality ,简称VR,是一种基于计算信息的沉浸式交互环境。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、人工智能等领域,它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人作为参与者通过适当装置,自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时,电脑可以立即进行复杂的运算,将精确的3D 世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种

6、由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。1.2SketchUp 概述SketchUp 是一个极受欢迎并且易于使用的3D 设计软件。用户可以将用SketchUp 创建的3D 模型直接输出至Google Earth 里,Google SketchUp 是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具,其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想,而且完全满足与客户即时交流的需要,它使得设计师可以在计算机上直接进行非常直观的构思,是三维建筑设计方案创作中非常优秀的工具。在SketchUp 中构建三维模型就像使用铅笔在图纸上作图一样,SketchUp 能自动识别用户的这些线条,加以自动捕捉。它的建模流程简单明了,就是

7、画线成面,而后挤压成型,这也是建筑建模最常用的方法。1.3VRML 概述VRML (Virtual Reality Modeling Language ,是一种用于建立真实世界的场景模型或虚构三维场景的场景建模语言,具有平台无关性。使用VRML 可以构造虚拟的房间、建筑物、城市甚至星球等现实中的和想象中的事物;也可构造虚拟三维空间,浏览者具有和虚拟空间进行交互的能力。VRML 制作的三维空间是以文本文件的形式保存的,由已安装过插件的浏览器负责解释和展示。文件短小的特点使之能够很方便地在网络上进行传输。因此,这一语言为软件实现网上的虚拟现实系统提供了重要途径。构建基于网络的三维虚拟楼宇漫游系统就

8、是VRML 的一个应用方面。2三维虚拟漫游场景数据库的构建数据库是虚拟漫游系统的基础。由计算机生成的虚拟环境中,必须有相应的数据库支持,才能使生成的环境足够生动逼真。因此构建一个好的虚拟现实环境必须有足够的数据库,才能给这些感官提供与现实环境相似的环境。2.1系统建筑模型的构建虚拟环境建模技术是虚拟现实技术的研究重点,构造实时性强、真实感强、逼真度高的虚拟现实场景系统是虚拟现实建模的理想要求。由于VRML 语言构建建筑模型不够直观便捷,因此本文采用SketchUp 来构建虚拟环境中最重要的模型建筑模型。收稿日期:2009-09-02作者简介:席桂花(1980-女,河南信阳人,荆楚理工学院计算机

9、工程学院讲师。ISSN 1009-3044Computer多媒体技术及其应用本栏目责任编辑:唐一东第5卷第30期(2009年10月构建建筑的三维模型,首先需要用相机对建筑物进行拍照,建筑的每个侧面都要拍到,细节部分要具体拍;然后依据照片在 SketchUp 中构建模型,构建时建议使用参考线;为了给用户更好的视觉效果,使其更接近现实,模型构建完成后,可以使用SketchUp 的素材对三维模型进行贴图,SketchUp 素材库里的贴图比较丰富,而且非常适合建筑物的贴图,所以贴图过程中很大一部分贴图运用的是它自身素材库中的素材;最后,通过SketchUp 导出WRL 格式的三维模型文件,以便VRML

10、语言直接使用。建筑三维模型构建过程如图1所示。2.2地表及场景素材的构建为了使该漫游系统看起来更加逼真,必需进行环境其他素材的设计,其中包括树木、汽车、人物和背景等。树木和人物通过VRML 提供的布告牌编组(Billboard 节点来实现;运动的汽车通过动画插补器实现。例如:背景可以通过Background 节点实现。关键代码如下:Background skyColor 000frontUrl bg.jpg#为前景选择文件bg.jpg 作为贴图,下同backUrl bg.jpgleftUrl bg.jpgrightUrl bg.jpg3交互三维场景漫游系统的设计人和计算机的交互一直是计算机系统

11、研究的重要问题,国际上广泛采用“以用户为中心的设计(User Centered Design ,UCD”方法。就是在进行产品设计、开发、维护时从用户的需求和用户的感受出发,围绕用户为中心进行产品设计、开发及维护,而不是让用户去适应产品。3.1交互功能的实现为了增加用户漫步时的真实感,在这些造型中增加了带交互能力的节点和动画节点,通过增加这些节点使这些静止的物体某些部分能够动起来,能够对用户的操作做出反应,使用户有身临其境的感受,可以与场景进行交互(如开门和开灯等。这种交互通过VRML 中的事件与路由驱动相应的传感器来实现。3.2楼宇漫游系统的组合Inline 节点有一个url 域,该域值指定了

12、一个URL ,这个URL 表示要插入到VRML 环境中的文件位置,它描述了文件的存放地址,VRML 可以通过这个地址找到存放的主机及相应位置。在场景组合时,经常需要调整部分场景之间的物理位置和比例。下面的代码将构建好的建筑三维模型的WRL 文件安置在虚拟系统中。Transform translation -50-70-150rotation 1004.596children DEF JSJ Inline url HModel1.wrl利用这种方式可以把构建好的场景建筑三维模型、树木、背景、汽车和人物等调入虚拟系统中,然后调整各个模型的物理位置、比例和方位等,从而得到构建一个三维虚拟漫游系统。4结束语VRML 提供了较为完善的节点来构建具有真实感的三维虚拟场景。使用VRML 构建的三维虚拟现实系统,可以供浏览者在网上进行参观。浏览者在参观时可以自由走动,而不是像一般的三维造型软件必须依据预先设定好的参观路径进行浏览。需要说明的是,目前还没有一个成熟的如网页设计那样的所见即所得的创作工具。在使用VRML 进行三维场景构建时,工作是相当繁琐的。设计并完善这样一个创作工具将是下一步工作的重点。参考文献:1严子翔.VRML 虚拟现实网页语言M.北京:清华大学出版社,