基于SketchUp和VRML的虛擬漫游系統(tǒng)開發(fā)

1、本欄目責(zé)任編輯:唐一東多媒體技術(shù)及其應(yīng)用Computer Knowledge and Technology 電腦知識與技術(shù)第5卷第30期(2009年10月基于SketchUp 和VRML 的虛擬漫游系統(tǒng)開發(fā)席桂花1,2(1武漢理工大學(xué),湖北武漢430070;2.荊楚理工學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,湖北荊門448000摘要:虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用越來越廣泛。VRML 是用于描述交互式三維空間的虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言。該文提出了一種基于SketchUp 和VRML 技術(shù)虛擬漫游系統(tǒng)的開發(fā)方法,即用SketchUp 構(gòu)建三維模型,用VRML 語言實(shí)現(xiàn)場景漫游的交互控制,從而設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個(gè)三維虛擬漫游系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí);

2、SketchUp ;虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML ;場景漫游中圖分類號:TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: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虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality 簡稱VR ,又稱為靈境技術(shù),它是一種以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級人機(jī)界面。三維虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過對場景內(nèi)實(shí)體進(jìn)行建模,并通過三維實(shí)景模擬的表現(xiàn)方式,使瀏覽者在虛擬世界內(nèi)身臨其境的感受現(xiàn)實(shí)世界。因此開展三維虛擬漫

5、游系統(tǒng)及相關(guān)課題的研究適應(yīng)了信息社會發(fā)展的趨勢,具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。1相關(guān)理論技術(shù)1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality ,簡稱VR,是一種基于計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境。VR 是一項(xiàng)綜合集成技術(shù),涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域,它用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺,使人作為參與者通過適當(dāng)裝置,自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí),電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算,將精確的3D 世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形(CG技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果,是一種

6、由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。1.2SketchUp 概述SketchUp 是一個(gè)極受歡迎并且易于使用的3D 設(shè)計(jì)軟件。用戶可以將用SketchUp 創(chuàng)建的3D 模型直接輸出至Google Earth 里,Google SketchUp 是一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過程的設(shè)計(jì)工具,其創(chuàng)作過程不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想,而且完全滿足與客戶即時(shí)交流的需要,它使得設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算機(jī)上直接進(jìn)行非常直觀的構(gòu)思,是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作中非常優(yōu)秀的工具。在SketchUp 中構(gòu)建三維模型就像使用鉛筆在圖紙上作圖一樣,SketchUp 能自動(dòng)識別用戶的這些線條,加以自動(dòng)捕捉。它的建模流程簡單明了,就是

7、畫線成面,而后擠壓成型,這也是建筑建模最常用的方法。1.3VRML 概述VRML (Virtual Reality Modeling Language ,是一種用于建立真實(shí)世界的場景模型或虛構(gòu)三維場景的場景建模語言,具有平臺無關(guān)性。使用VRML 可以構(gòu)造虛擬的房間、建筑物、城市甚至星球等現(xiàn)實(shí)中的和想象中的事物;也可構(gòu)造虛擬三維空間,瀏覽者具有和虛擬空間進(jìn)行交互的能力。VRML 制作的三維空間是以文本文件的形式保存的,由已安裝過插件的瀏覽器負(fù)責(zé)解釋和展示。文件短小的特點(diǎn)使之能夠很方便地在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。因此,這一語言為軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了重要途徑。構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的三維虛擬樓宇漫游系統(tǒng)就

8、是VRML 的一個(gè)應(yīng)用方面。2三維虛擬漫游場景數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建數(shù)據(jù)庫是虛擬漫游系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中,必須有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫支持,才能使生成的環(huán)境足夠生動(dòng)逼真。因此構(gòu)建一個(gè)好的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境必須有足夠的數(shù)據(jù)庫,才能給這些感官提供與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相似的環(huán)境。2.1系統(tǒng)建筑模型的構(gòu)建虛擬環(huán)境建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究重點(diǎn),構(gòu)造實(shí)時(shí)性強(qiáng)、真實(shí)感強(qiáng)、逼真度高的虛擬現(xiàn)實(shí)場景系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)建模的理想要求。由于VRML 語言構(gòu)建建筑模型不夠直觀便捷,因此本文采用SketchUp 來構(gòu)建虛擬環(huán)境中最重要的模型建筑模型。收稿日期:2009-09-02作者簡介:席桂花(1980-女,河南信陽人,荊楚理工學(xué)院計(jì)算機(jī)

9、工程學(xué)院講師。ISSN 1009-3044Computer多媒體技術(shù)及其應(yīng)用本欄目責(zé)任編輯:唐一東第5卷第30期(2009年10月構(gòu)建建筑的三維模型,首先需要用相機(jī)對建筑物進(jìn)行拍照,建筑的每個(gè)側(cè)面都要拍到,細(xì)節(jié)部分要具體拍;然后依據(jù)照片在 SketchUp 中構(gòu)建模型,構(gòu)建時(shí)建議使用參考線;為了給用戶更好的視覺效果,使其更接近現(xiàn)實(shí),模型構(gòu)建完成后,可以使用SketchUp 的素材對三維模型進(jìn)行貼圖,SketchUp 素材庫里的貼圖比較豐富,而且非常適合建筑物的貼圖,所以貼圖過程中很大一部分貼圖運(yùn)用的是它自身素材庫中的素材;最后,通過SketchUp 導(dǎo)出WRL 格式的三維模型文件,以便VRML

10、語言直接使用。建筑三維模型構(gòu)建過程如圖1所示。2.2地表及場景素材的構(gòu)建為了使該漫游系統(tǒng)看起來更加逼真,必需進(jìn)行環(huán)境其他素材的設(shè)計(jì),其中包括樹木、汽車、人物和背景等。樹木和人物通過VRML 提供的布告牌編組(Billboard 節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn);運(yùn)動(dòng)的汽車通過動(dòng)畫插補(bǔ)器實(shí)現(xiàn)。例如:背景可以通過Background 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵代碼如下:Background skyColor 000frontUrl bg.jpg#為前景選擇文件bg.jpg 作為貼圖,下同backUrl bg.jpgleftUrl bg.jpgrightUrl bg.jpg3交互三維場景漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人和計(jì)算機(jī)的交互一直是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

11、研究的重要問題,國際上廣泛采用“以用戶為中心的設(shè)計(jì)(User Centered Design ,UCD”方法。就是在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)時(shí)從用戶的需求和用戶的感受出發(fā),圍繞用戶為中心進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)及維護(hù),而不是讓用戶去適應(yīng)產(chǎn)品。3.1交互功能的實(shí)現(xiàn)為了增加用戶漫步時(shí)的真實(shí)感,在這些造型中增加了帶交互能力的節(jié)點(diǎn)和動(dòng)畫節(jié)點(diǎn),通過增加這些節(jié)點(diǎn)使這些靜止的物體某些部分能夠動(dòng)起來,能夠?qū)τ脩舻牟僮髯龀龇磻?yīng),使用戶有身臨其境的感受,可以與場景進(jìn)行交互(如開門和開燈等。這種交互通過VRML 中的事件與路由驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的傳感器來實(shí)現(xiàn)。3.2樓宇漫游系統(tǒng)的組合Inline 節(jié)點(diǎn)有一個(gè)url 域,該域值指定了

12、一個(gè)URL ,這個(gè)URL 表示要插入到VRML 環(huán)境中的文件位置,它描述了文件的存放地址,VRML 可以通過這個(gè)地址找到存放的主機(jī)及相應(yīng)位置。在場景組合時(shí),經(jīng)常需要調(diào)整部分場景之間的物理位置和比例。下面的代碼將構(gòu)建好的建筑三維模型的WRL 文件安置在虛擬系統(tǒng)中。Transform translation -50-70-150rotation 1004.596children DEF JSJ Inline url HModel1.wrl利用這種方式可以把構(gòu)建好的場景建筑三維模型、樹木、背景、汽車和人物等調(diào)入虛擬系統(tǒng)中,然后調(diào)整各個(gè)模型的物理位置、比例和方位等,從而得到構(gòu)建一個(gè)三維虛擬漫游系統(tǒng)。4結(jié)束語VRML 提供了較為完善的節(jié)點(diǎn)來構(gòu)建具有真實(shí)感的三維虛擬場景。使用VRML 構(gòu)建的三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng),可以供瀏覽者在網(wǎng)上進(jìn)行參觀。瀏覽者在參觀時(shí)可以自由走動(dòng),而不是像一般的三維造型軟件必須依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參觀路徑進(jìn)行瀏覽。需要說明的是,目前還沒有一個(gè)成熟的如網(wǎng)頁設(shè)計(jì)那樣的所見即所得的創(chuàng)作工具。在使用VRML 進(jìn)行三維場景構(gòu)建時(shí),工作是相當(dāng)繁瑣的。設(shè)計(jì)并完善這樣一個(gè)創(chuàng)作工具將是下一步工作的重點(diǎn)。參考文獻(xiàn):1嚴(yán)子翔.VRML 虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)頁語言M.北京:清華大學(xué)出版社,