三维虚拟校园的设计与实现
摘要
虚拟漫游技术是虚拟现实技术的重要分支，在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。虚拟校园可以提供三维虚拟环境，可支持对现实大学的资源管理、环境规划、学校发展和远程访问等，让人足不出户就能实现对该场景的漫游与交互，从而达到身临其境的主观感受。可以说，虚拟校园将是未来校园数字信息化的一个重要发展方向。
本课题利用3DsMAX建模工具对浙江海洋学院图书馆进行建模并配合各种纹理贴图技术，制作出逼真的图书馆场景。首先，我通过查阅相关资料简述了本课题的研究意义及研究现状，进行了课题的需求分析，拍摄了大量真实场景的照片，为课题的进一步研究制作做了充分准备，然后通过3DSMAX软件将浙江海洋学院图书馆进行建模并配合各种纹理贴图技术，制作出逼真的三维校园建筑场景，最后为模型添加光线效果以及加入天空的场景对建筑进行渲染，最终得到一个完整逼真的模拟图书馆场景。
通过本文的研究，我能熟练的运用一系列虚拟现实开发工具，并深入的了解了三维建模技术在虚拟漫游技术中的重要性。
【关键词】：虚拟校园，三维场景建模，虚拟场景
DesignandImplementionof3DVirtualCampus
DuYitao
(DepartmentofElectronicandInformationEngineering,DongHaiScience&TechnologySchool316000)
ABSTRACT
TheVirtualWalk-throughtechnologyisanimportantcontentofViriualRealitytechnology，itwasdevelopedinarchitecture、junketing、gmae、aviationspaceflight、medicinefastly，Virtualcampuscanprovidevirtualenviornment，italsocansupporttheresourcemanagement、environmentPorgramming、campusevolutionandthe1on-distanceaccessingoftherealcampus.Peoplecanachievewithoutgoingtothesceneofroamingandinteractingtoachievetheimmersiveperception.SotheVirtualcampuswillbethemostimportantdirectionofinformationalevolutionofcampus.
Thesubjectoftheuse3DsMAXmodelingtoolstomodeltheZhejiangOceanUniversityLibrary,andwithavarietyoftexturemappingtechniquestoproducerealisticsceneslibrary.First,IaccesstorelevantinformationoutlinedbythistopicandtheResearchstatus,Issuesdemandanalysiscarriedouttoshootalotofpicturesofrealscenes,Thesubjectoffurtherstudy,makingfullpreparationsmade,Then3DSMAXsoftwareZhejiangOceanUniversityLibrarywithavarietyofmodelingandtexturemappingtechniquestoproducerealisticthree-dimensionalsceneoncampusconstruction,Finally,addlightingeffectsforthemodelandtheadditionoftheskytorenderthesceneofthebuilding,finallygetarealisticsimulationofacompletelibraryscene.
Throughthisresearch,Icanuse3DSMAXsoftwaremoreskilled,morein-depthunderstandingof3Dmodelinginvirtualroamingtheimportanceoftechnology.
【Keywords】Keywords:VirtualCampus，3-DimentionalSceneRemodeling，VirtualScene
目录
摘要 1
ABSTRACT 2
1前言 4
1.1课题背景及研究意义 5
1.11课题研究背景 5
1.12课题的研究意义 6
1.2课题的国内外研究现状 7
1.21本课题的国外研究现状 7
1.22本课题国内研究现状 10
2可行性分析 13
2.1设计技术 13
2.2开发环境 14
3需求分析 18
3.1系统性能需求分析 18
3.2系统功能需求分析 18
3.3系统开发原则 19
4系统设计 20
4.1场景建模工具3DSMAX 20
4.113DSMAX软件概述 20
4.123DSMAX建模方法 20
4.2系统环境 22
4.3虚拟校园建筑模型建立 22
4.31图书馆模型的构建 23
4.32模型的材质与贴图 31
4.33建模中常见的问题 38
5.场景的渲染 40
5.1光线效果的添加 40
5.2天空的生成和最终效果图 41
6.总结与展望 43
7.结束语 44
参考文献 45
1前言
二十一世纪伴随着以微电子技术为基础、计算机技术为核心、网络和通讯技术为热点的信息技术的飞速发展，图形图像技术的发展也如星星之火，呈燎原之势，成为信息时代的一大崭新亮点。人们对虚拟世界的探索也越来越深入，人机界面的界线也越来越模糊，人们不再满足以前那种平面式的或二维式的操作和交互方式，在虚拟和现实之间有了更深一层的理解。
先进高校整个系统里面，最薄弱的环节就是校园的电子化信息建设，虽然在整体或者局部实现OA自动化，但是对校园信息整体上没有一个立体化、形象化的展示，只能通过基础文字性的网页，加上几张照片，算是对学校的一个展示，这样不但给学校自身形象建设上拖后腿，另一方面也不利于新生和家长对校园环境有一个快速全面的了解，从而去花大量的时间和力气去徒步丈量。所以学校为了展示自身风采,越来越重视宣传,需要一种更为直接的方式宣传自己。虚拟现实技术应用于学校,就是虚拟校园,能够全方位地展示学校的各种软硬件环境。
教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。虚拟校园也是虚拟现实技术在教育培训中最早的具体应用，它由浅至深有三个应用层面，分别适应学校不同程度的需求：简单的虚拟我们的校园环境供游客浏览基于教学、教务、校园生活，功能相对完整的三维可视化虚拟校园以学员为中心，加入一系列人性化的功能，以虚拟现实技术作为远程教育基础平台，虚拟远程教育、虚拟现实可为高校扩大招生后设置的分校和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，通过交互式远程教学的课程目录和网站，由局域网工具作校园网站的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。[1]
随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。
本文就是以浙江海洋学院图书馆的设计为研究对象，以浙江海洋学院为虚拟空间，以建立三维虚拟图书馆建筑为目的，探讨了建立立体式虚拟校园建筑的建模技术与数据表现方法。论文分析了虚拟现实技术中的三维建模技术的方法、特点，针对虚拟校园建筑中的建模方法进行了深入地探讨。针对校园建筑中出现的结构，特殊建筑，光线生成，天空环境的加入等实体的建模方法做了详细的分析，这些建模方法具有一定的针对性，符合事物自身的特点，对不同类型的事物具有很强的代表性，体现了虚拟现实建模技术的一些重要概念和方法。
1.1课题背景及研究意义
1.11课题研究背景
虚拟现实是从英文VirtualReality一词翻译过来的，简写为"VR"。VirtualReality这一名词是由一位叫JaronLanier的美国科学家在20世纪80年代首次提出的，Virtual就是虚假的意思，Reality就是真实、现实的意思，合并起来就是虚拟现实，又由钱学森院士翻译为“灵境”。
虚拟现实技术是指利用计算机建立的人工媒体空间，它是模拟的，但又是具有真实感的，通过多媒体传感交互设备使人进入一种虚拟的环境，并提供一种模拟现实的操作环境，利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、触觉的感观世界，使人们对所研究的对象和环境获得身临其境的感受，从而提高人类认知的广度和深度，拓宽人类认识客观世界的“认识空间”和“方法空间”，最终达到更本质地反映客观世界的实质[2]。虚拟现实技术有3个主要特征：交互性、沉浸性和想象性。
交互性(Interactivity)——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。
构想性(Imagination)——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可拓宽人类的认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。
沉浸感(Immersion)——又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样[3]。
虚拟校园，是虚拟现实技术在现代教育中最早的应用，它实现了对校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，在学校的教学资源管理、环境规划和学校发展等许多方面发挥了重要的作用。
虚拟校园系统的研究对今后虚拟校园的建设具有重要的实际意义。将学校风光用虚拟仿真实现，既可以为学校树立良好的形象，提高学校的知名度，宣传校园文化，让来访者足不出户就可浏览校园风光和有关介绍信息，体验身临其境的感受；还可以作为校园规划的辅助工具，提高校园管理的现代化水平。在将其与学校的有关信息相结合后，可以提供给师生一个三维可视化的、有声有色的信息介绍与查询环境。同时它还可以促进远程教学的发展，为数字校园的建设提供一个很好的平台。
2003年，中国石油大学（华东）基于适普公司的IMAGIS和VRML建立了校园三维可视化系统，IMAGIS为三维可视化系统提供了所需的快速、直观、简洁的建模工具，如自动创建建筑物、人工创建建筑物、三维建模、镜像建模等，而且为用户提供了强大的交互操作工具，但其不能脱离原有的系统平台，而用IMAGIS进行三维建模和纹理粘贴，转化为VRML文件进行发布却又造成校园场景不能实时更新。本文通过研究当前虚拟校园建设的关键技术，为虚拟校园建设提供了可行的技术方案[4]。
1.12课题的研究意义
目前，由于地区经济发展的不平衡，导致了教育资源的不平衡，势必就导致了许多家长、学生想选择优质的教育，这就造成了学校间生源的争夺。而许多家长在为自己的孩子选择学校时，除了教学质量，校园环境也是一个重要的因素，如果能为不能亲自到学校实地参观的家长或学生提供虚拟的“数字校园”并虚拟漫游一番，肯定会收到意想不到的效果，从而增强了学校的竞争力。
浙江海洋学院图书馆于2004年迁入投资近4000万元的东校区图书馆。之前，舟山石化学校、舟山卫校图书馆等先后并入，在馆藏及馆舍建设方面有了很大的进展，现馆舍总面积2.6万平方米，现有文献133万册，其中古籍线装书1万册，中外文现刊2300余种，各种非纸质文献35万册（件），馆藏文献以海洋、水产等学科最为丰富。近年来，图书馆在不断加强文献资源建设的同时，还着力进行数字化图书馆建设，力求形成纸质文献与电子文献齐头并进的馆藏格局。目前馆已拥有中国知识资源总库、人大全文数据库、万方资源系统、国研网、超星电子图书EBSCOhost、Dialog、UMI、Springer等十几种中外文数据库。1.2课题的国内外研究现状
1.21本课题的国外研究现状
1、美国的研究状况
美国是虚拟现实技术的创始地，其虚拟现实技术的研究水平处于世界各国的前列。目前美国在虚拟现实领域的研究工作主要有：系统对用户需求的识别和感知、系统和用户交互的图形界面、数据处理和控制的后台软件以及虚拟现实技术的实现硬件四个方面。美国宇航局是美国虚拟现实技术研究机构中的佼佼者，他们的成果主要有：完善了HMD，将VPL的数据手套工程化，完成了对哈勃太空望远镜的仿真，建立了空间站虚拟现实训练系统，建立了航空、卫星维护虚拟现实训练系统，建立了可供全国使用的虚拟现实教育系统；正致力于“虚拟行星探索”的试验计划，这一项目如果研究成功能使“虚拟探索者”利用虚拟环境来考察遥远的行星。
除此之外，SRI研究中心也在致力于虚拟现实的研究。该中心建立了“视觉感知计划”，将现有VR技术的进一步发展作为研究对象。SRI目前已经进行的研究有；利用VR技术模拟军用飞机和车辆驾驶的训练，试图通过仿真来减少飞行事故；利用遥控技术仿真外科手术。除了科研机构以外，美国的很多大学也进行了虚拟现实技术的研究，其中北卡罗来纳大学的计算机系是最早最著名的进行虚拟现实技术研究的大学。他们主要致力于防真系统的研究，包括虚拟建模、建筑仿真、航空驾驶防真、外科手术仿真等；在显示技术的研究上也取得了一定的成果，开发“像素飞机”并行处理系统来帮助用户在复杂视景中建立实时动态的显示。LomaLinda大学医学中心的DavidWarner博士和他的团队成功地将计算机图形及虚拟现实的设备用于探讨神经疾病问题，并首创了虚拟现实儿科治疗法。
麻省理工学院（MIT）一直以来都是研究人工智能、机器人和计算机图形学和动画的先锋，为虚拟现实技术的发展打下了坚实的基础。1985年开始，MIT通过专门的实验室开始了虚拟现实技术的正规研究。
此外，华盛顿大学在新概念的研究中起着领先作用，还在进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究，并将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。伊利诺斯州立大学研制出了支持远程协作的车辆设计分布式虚拟现实系统，使得不同国家、不同地区的工程师们在车辆设计中可以进行实时协作设计。乔治梅森大学则研制出了在动态虚拟环境中进行流体实时仿真的系统，可以用于模仿水、冰等的流动状态[6][7]。
2、日本的研究状况
日本虚拟现实技术的研究和开发水平目前处于世界的领先位置，其研究的水平仅仅次于美国。日本在虚拟现实技术领域的研究重点是建立大规模虚拟现实知识库。日本在利用虚拟现实技术开发游戏方面也做了很多研究，但是对于硬件设备的研究还不深入，其使用的大部分虚拟现实硬件都是从美国进口的。日本虚拟现实的研究机构也可以分为两类，一类是以东京大学为中心的高等学校，另一类则是几家以通信业务为主的公司。
东京大学有三个研究所都在进行着虚拟现实技术的研究，而且研究的方向各不相同。其中高级科学研究中心主要进行远程控制方面的研究，最近正在进行系统的研究。该系统中，用户通过控制一个模拟人手的随动机械人手臂来控制远程摄像系统。而原岛研究室则主要开展了人类面都表情特征的提取、三维结构的判定和三维形状的表示、动态图像的提取3项研究。广濑研究室则把研究的重点放到了虚拟现实的可视化问题上。他们正在开发一种虚拟全息系统来克服当前显示和交互作用技术的局限性。该研究所目前在虚拟现实技术方面的研究成果有以下几项：飞行仿真器统、人体测量和模型随动、用HIMD在建筑群中漫游、一个类似CAVE的系统。
除了东京大学以外，东京技术学院和筑波建筑工程机械学院也对虚拟现实技术进行了研究。东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SPINAR（SpaceInterfaceDeviceforArtificialReality）的系统。筑波大学工程机械学院主要对力反馈显示方法进行了一些研究并开发了九自由度的触觉输入器，开发了虚拟行走原型系统，步行者只要脚上穿上全方向的滑动装置，就可以自动的交替迈动左脚和右脚。
日本一些公司和机构已经对虚拟现实技术在通信方面的应用做了很多研究。NEC公司计算机和通信分部中的系统研究实验室开发了一种虚拟现实系统，让操作者都使用"代用手"去处理三维CAD中的形体模型，该系统通过VPL公司的数据手套把对模型的处理与操作者手的运动联系起来。富士通实验室有限公司正在研究的虚拟生物与VR环境的相互作用、虚拟现实中的手势识别并且开发了一套神经网络姿势识别系统用来识别姿势和表示词的信号语言[6][7]。
3、英国的研究与开发
英国在虚拟现实技术应用开发的某些领域处于欧洲国家的领先水平，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面有很深入的研究，取得了不少成果。英国从事虚拟现实研究的时间比较早，科研机构也很多，到1991年底，英国就已经有六个主要中心在从事虚拟显示技术的研究。这六个中心分别是：WIndustries（工业集团公司），BritishAerospace（英国航空公司），DimensionInternational，DivisionLtd,AdvancedRoboticsResearchCenter和VirtualPresenceLtd。
WIndustries是国际虚拟现实界的著名开发机构，正在开发用于娱乐行业的一系列VR产品。它的许多产品已进入商店和模拟游戏中心，有的还用于广告制作。该公司推出的虚拟100CS是一种通过联网供多人参与的凭真功夫打斗的虚拟游戏系统。该系统己经在诺丁汉的娱乐场所（LBE-locationbasedentertainment）联接了四个这样的结点。WIndustries一直试图扩展其产品的范围和结构，以便进入工业设计和可视化等重要应用领域，并且正在计划推出新型轻量显示头盔和功能强大的图形引擎（graphicsengine）。
英国航空公司的许多区县参与了VR研究，其中最有成效的是Brough分部的工作。在Roykalawsky教授领导下，Brough分部正在利用VR技术设计高级战斗机座舱，BAe开发的大项目VECTA是一个高级测试平台，用于研究VR技术以及考察用VR替代传统模拟器方法的潜力。VECTA的子项目RAVE（realandvirtualenvironment）就是专门为在座舱内训练飞行员而研制的。RoyKalowsky教授是英国从事VR的第一位教授，也是英国主张在VR应用中强调人性因素重要性的学者之一。
位于英国南部Aldermason的DimensionInternational，是桌面VR的先驱尽管桌面VR是一种不使用头盔显示器的非沉浸式VR系统，但是该公司基于PC4系统能够提供的优质的图像和实时交互特性，使得学术界和工业界的很多用户该系统情有独衷。该公司已生产了一系列商业VR软件包，都命名为Superscap最初推出一个基本的VR工具库，然后扩充了网络功能、编写应用程序的界面等最后发展成为完全专业性的Superscape系统，其图形输出是通过SPEA图形卡高分辨率显示器。该系统主要利用空间球（spaceball）控制器和普通鼠标作输入设备。Superscape软件包的前端主要由图形编辑器、世界编辑器和可视化块三个环境组成。图形编辑器用于创建三维物体，预定义图形放置在世界编辑的世界坐标系中，可视化程序允许用户在虚拟世界中移动并与之交互，通过空球和鼠标发布命令。
位于布里斯托尔的DivisionLtd创建于1989年。该公司率先使用Transputer和i860技术来开发Vision、ProVision和Supervision系统/模块高速图形引擎。采用这种技术可以避免早期方法在生成、交互模拟世界时所产的处理“瓶颈”。DivisionLtd公司按C/S体系结构模式设计软件，并将软作为一个单一的服务器进程，而客户进程则各自管理在VR模拟中自己的具体对象并对自己的对象进行装载和维护。如果一个客户决定要进行交互，就有这个进行自己发送报文（message）给服务器，报文内容包括交互类型和具体交互类型信息服务器进程则将这些交互重新分配给对这种交互感兴趣的其他客户。近Division在与IBM合作，为RISC系统6000工作站开发VR操作系统/UniVRS，将其操作系统移植到SG硬件上。Division正在考虑利用其丰富的并行处理资源将VR用于模拟分子模型化和遥现（telepresence）项目中。目前Division公正在用Division的硬件创造建筑物和房屋，以使人们能够从中体验和修改各种景。建筑物的外部结构和内部构造都是动态可适应的，尤其是灯具的选择、布景.亮度、其他光源的定位和规格。灯光模拟的基础是“平行自适应光照”paralladaptiveradiosity），这一创新技术在描绘灯光效果时大大提高了景物的真性。
在英国贸易工业部支持下，UKAdvancedRoboticsResearchCenter于1987年成立了高级机器人研究有限公司（ARRL）。这家公司的核心计划包含三个基阶段的有层次的发展：第一阶段为协调整个计划，创建一个基本的系统功能体结构框架；第二阶段则为解决有关关键技术问题开展一系列一般性研究（GR）项目；第三阶段则为证实部分功能体系结构提供可行性分析，设立一组研究演示系统（RD）项目[6][7].
1.22本课题国内研究现状
和美国英国等发达国家相比，我国虚拟现实技术还有一定的差距，但已引起国防、教育、科技等部门以及一些研究人员的高度重视。目前，根据我国的具体国情，制定了一些开发虚拟现实技术研究的方案和计划，虚拟现实技术已经被列入了九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等机构和计划的研究项目。
目前国内的虚拟现实研究主要集中在一些重点高校和科研机构，他们的研究都取得了一定的成绩。还有很多普通的高校也已经着手开始这方面的研究工作。
北京航空航天大学计算机系是国内最早进行研究、最有权威的单位之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用于飞行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接[6]。
浙江大学CAD&CG国家重点实验室的研究重心是基于桌面的立体显示技术。采用了层面迭加的绘制技术和预消隐技术开发了桌面虚拟建筑环境实时漫游系统，实现了立体视觉和交互工具，具有很强的立体感和真实感。另外，他们还研制出了快速漫游算法和递进网格的快速生成算法，为漫游提供了风好的解决方案[6]。
香港中文大学虚拟校园采用客户机/服务器结构，应用Java和VRML97开发工具，基于HTTP协议，用户可进行3维空间漫游探索、点坐标量测和地物属性的查询、地物的增加或删除等操作，并可基于3维化身和文本对话实现在网络的共享虚拟空间中与其他在线用户的交流和互动[8]
北京邮电大学虚拟校园的建立是基于B/S结构，以UML（统一建模语言）为工具，应用JAVA及VRML实现的，是一个多人的、能使各用户相互感知以及化身交互的三维交互环境[9]。
东北大学虚拟校园漫游系统是基于Vega来进行开发的，系统的构建主要包括了建模技术和引擎设计两个主要部分，设计和实现了以控制视点的方式进行漫游的方法，提出了基于Vega的离散式碰撞检测的算法，设计和实现雾、云、光照效果、以及利用粒子系统完成雨雪、喷泉的建模[10]。
哈尔滨工业大学计算机系主要进行着面部表情和动作方面的研究，并成功地虚拟出了人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成，正在研究人说话时语音和语调的同步以及头部和手部的动作等[6]。
清华大学对虚拟现实的临场感进行了研究，具体研究内容有球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的措施和深度感实验等。还提出借助图像变换，使立体视觉图像中对应水平特征呈现形状一致性，并获取物体三堆结构的新颖算法[6]。
中国海洋大学基于VC/OpenGL创建了一个方便直观的信息查询导航系统，具有基本的自主漫游和按固定路径漫游的功能，可按目的地自动地生成漫游路径、定位鸟瞰图、漫游中途经的楼宇和景点介绍等[11]。
北方工业大学CAD研究中心在国内率先进行了计算机动画的研究，并完成了中国第一部纯计算机动画的科教片《相似》的制作。该中心已经完成了2个“863”项目——体视动画的自动生成部分算法与合成软件处理和VR图像处理与演示系统的多媒体平台及相关的音频资料库，制作了相关的体视动画的数据资料和光盘。
中科院威海分院将视觉接口技术作为主要的研究方向，完成了LCD红外立体眼镜硬件的开发研究，并投入生产，实现了商品化；软件方面则完成了虚体视图像对算法回显系统及相应软件接口的研究。
西安交大对立体显示技术进行了研究，根据人类视觉的特性，提出了一种基于JPEG标准压缩编码的新方案，使得最终显示出来的图像具有较高的压缩比、信噪比，而且能够快速的进行解压缩，通过实验证明，这种方案的具有很强的优越性[4]。
另外，电子科技大学、上海交通大学、西北工业大学、长沙国防科技大学、华东船舶工业学院、安徽大学等高等学校也在尝试进行虚拟现实的研究，有些学校已经有了一些研究成果。目前，我国虚拟现实还处于技术跟踪阶段，一些科研院所建立了虚拟现实研究中心，一些高校也适应数字校园的发展趋势建立了虚拟系统，但没有实现良好的效果。2可行性分析
2.1设计技术
1.虚拟现实技术
虚拟现实(VRVirtualReality)是一种利用多媒体技术、程序设计技术和硬件技术相结合来创建的虚拟世界，人可以在这个虚拟世界中进行体验，产生在真实世界中的感觉。虚拟现实技术充分的将计算机硬件与软件资源集成起来，创造出一个三维的、实时的虚拟环境
虚拟现实技术的发展历史最早可以追溯到18世纪。1990年在美国达拉斯召开的国际会议上明确了虚拟现实的主要技术构成，即实时三维图形生成技术、多传感交互技术及高分辨率显示技术。虚拟现实技术系统主要包括三个主要部分：第一部分为虚拟硬件设备，目前主流的输入输出硬件设备有头盔式显示器、立体耳机、数据手套以及头部跟踪系统；第二个部分则是软件系统，包括用以描述具体的虚拟环境等动态特性、结构以及交互规则的虚拟环境及其软件；第三个部分则是虚拟现实系统的实现设备，包括计算机系统以及图形、声音合成设备等外部设备[12].
虚拟现实技术已经在很多领域展开了广泛的应用，包括仿真建模、可视化计算、计算机辅助设计与制造、计算机艺术、遥控机器人、先期技术与概念演示、数据和模型可视化、教育与培训、设计与规划、娱乐和艺术以及远程操作等
2虚拟场景建模技术
构造一个三维虚拟校园系统的主要工作之一就是运用现有的普遍流行的三维场景建模软件在计算机中生成一个和现实校园建筑构造一个和现实校园几乎一模一样的虚拟校园场景。三维场景模型的设计在虚拟校园漫游系统中有着非常重要的地位。
虚拟校园场景的建筑模型是对现实校园中物体的形状重建，模型的质量直接影响到校园场景的真实性和沉浸性。基于这些原因，设计系统之前，需要根据要创建的物体的特点选择合适的建模方法。目前，主要有三种虚拟现实建模方式:第一种是基于图形绘制来进行建模的技术，第二种是完全采用各种原始图像来建模的技术，第三种是基于图形与图像的混合建模技术。
2.2开发环境
1.基于图形绘制的建模技术
基于图形绘制的建模技术(Graphic-BasedModelingandRendering——GBMR，简称几何建模法)是充分利用计算机图形学技术进行虚拟环境的建模和绘制。首先对真实世界进行抽象，用多边形构造虚拟景观(包括地形、建筑、实体、树木等)的三维几何建模，并建立虚拟环境中的光照和材质模型，然后进行纹理映射及控制参数设定，利用计算机由模型实现多边形处理、着色、消隐、光照以及投影等一系列绘制过程，产生虚拟场景，在输出设备上实时渲染绘制视景画面，从而完成对整个场景的漫游和交互[13]。几何建模法实现的虚拟场景大多具有精确对应的几何模型，得到的场景显得比较细腻、逼真，同时便于用户与虚拟场景中虚拟对象的交互，以及对虚拟对象的深度信息进行直接获取。即使在规划设计阶段，只要有相关的建筑图纸，按照对应比例与尺寸，一样能够完成场景的构建与漫游，即能够实现虚物实化[14]。
随着计算机技术的不断进步和应用的日夜普及，电脑游戏、工业设计、产品展示、交通工具运输、建筑设计、医学手术、军事训练、模具制造、电影电视等领域都采用了计算机技术。而这些领域都需要创建各种各样的模型，为了能够简化建模的步骤和降低建模的难度，一些厂商开发出了很多简单快捷的建模软件，用于完成不同的建模需要。
这些建模软件主要有用于游戏模型创建的3DSMax；用于建筑设计的SketchUp、AutodeskRevit、Tdcommand；用于模具设计的ProE和UG；用于三维动画制作的Maya等等。其中3DsMAX通用性比较强，可以应用于多个领域比如可以应用于建筑模型的创建，工业设计中的产品模型设计。还可以用于交通工具模拟训练建模以及军事场景的建模等。
它具有如下优点：
（1）几何建模的景观大多具有精确对应的几何模型，得到的三维模型显得比较细腻、逼真，构造的三维模型精细、准确。
（2）模型具有可操作性，便于用户与虚拟实体进行交互，以及对虚拟实体的深度信息进行直接获取。即使在规划设计阶段，只要有相关的建筑图纸，按照对应比例与尺寸，一样能够完成实体的构建，即能够实现虚物实化。
（3）该建模法研究较早，技术路线比较成熟，国内外都研发了许多建模工具及控制集成软件，这些都使得此建模法目前实际应用比较广泛。
2.基于图像建模的技术
基于图像的建模绘制技术(Image-BasedModelingRendering——IBMR)是指用预先获得的一组图像(合成的或真实的)来表示场景的形状和外观；而新图像的合成则是通过适当地组合原有图像来实现[15]。基于图像建模的方法可以克服复杂场景三维建模的困难，并且可以使用真实世界的图像提供更丰富的细节，较容易得到与真实环境相近的效果，生成图像的质量独立于场景的复杂性。其计算量较小，也不受场景复杂度的限制，且对硬件的要求也不及基于图形的建模高，还可以在微机上实现。但由于场景中的虚拟物体是图像中的二维对象，因而用户很难甚至不能与这些二维对象进行交互，出现漫游失真，该方法适合于基于真实自然场景的三维虚拟环境的建立。另外，获得实景图像需要高性能的照相与摄影器材，得到的大量图像文件也需要大量的存储空间，这些都使它的应用受到了一些限制[16]。
从以上对两种技术的介绍可以看出：与GBMR相比较，IBMR的优点在于：
1.建模容易：不需耗费大量的人力和技巧，通常的IBMR意义下的建模过程主要是一个系统如何组织和联系现有获得数据的问题，而不是需要所有的几何细节。用户需要做的事情主要是拍摄照片以及一些简单的交互操作，即使需要一些额外的几何信息，IBMR系统一般也是主要通过计算机视觉的知识进行自动的提取和匹配，而不需要人工的繁复劳动。
2.绘制快：不需要复杂的计算，直接从已有的视图中合成新视图，绘制时间不依赖于场景的复杂度，它所构造的场景模型一旦建立，在绘制输出时和场景的复杂度没有关系，只跟采样与显示分辨率有关。在场景复杂度增加时，它的显示输出时间是一个常数，不会因为场景复杂度增加而引起“屏闪”现象。由于绘制速度快，可以在低档微机上实时生成场景，无需高档的图形专用硬件，这是IBMR技术的一个明显优势。
3.真实感强：由于所有景物的形状、光照、材质和纹理等效果都是来自真实拍摄的照片，而不是通过模型计算生成光照与纹理图像，真实场景的显示容易达到很高的逼真效果，是传统基于几何方法无法比拟的，这是IBMR技术相对于传统几何建模绘制技术最明显的一个优势。计算量小：基于几何的方法需要建立场景完整的、精确的表达，绘制时也要对整个场景进行计算和存储。相反，IBMR技术只需要离散的相片采样，绘制时也只要对与当前视点相邻的图像进行处理，因此计算量远远小于传统计算机图形学建模[17][18]。
利用图像建模的技术不需要创建三维模型，而是利用照相机采集的离散图像或摄像机采集的连续视频作为基础数据，来实时生成不同视点的场景画面，其唯一的不足之处是交互性不强。
3.基于图形与图像的混合建模技术
将几何建模技术与基于图像的建模技术结合起来，在应用中做到扬长避短，就可以最大限度的发挥这两种技术各自的优点，取得非常理想的效果。其基本思想是对场景中的不同实体采用不同的建模方式，系统总体的全景视觉效果由基于图像的建模技术生成，这主要利用了反映真实场景的高质量的图像，在复杂建模的情况下取得最真实的感官效果；对于系统的用户交互部分则利用几何建模的方法来处理，也就是对虚拟环境中用户要与之交互的对象进行实体构建，以克服图像交互性不强的问题[19]，这样既增加了场景真实感，又能保证实时性与交互性，提高用户的沉浸感。在现实应用上，这种技术将很有意义。混合建模虽然具有各种优点，但其实现也带来了很多技术上的困难：
（1）虚拟实体对象（即实体模型）与基于图像的建模中的纯粹虚对象（即二维图像中的对象）之间在虚拟世界坐标系中的坐标位置、摆设方向上要精确匹配。
（2）虚拟实体对象几何模型，在虚拟光源照射下所产生的实体亮度、阴影强度及方向与基于图像的建模中的纯粹虚对象的亮度、阴影强度和方向也要准确匹配。
（3）虚拟实体对象与对象在虚拟环境中的融合与动态技术；如何将虚拟几何实体对象穿插到静态图像环境中。
虚拟环境建模技术是虚拟现实技术的研究重点，构造真实感强、逼真度高、实时性强的虚拟场景是虚拟现实建模的理想要求。因此，在虚拟校园系统的模型构建中，采用混合建模技术作为三维场景模型建立的最主要的建模方法[20]
本系统选用3DsMAX作为三维场景建模的开发环境
图2-13DSMAX软件
3需求分析
3.1系统性能需求分析
本系统通过运用3DsMAX软件建模技术将一个逼真的浙江海洋学院图书馆三维虚拟场景呈现在用户面前，让用户通过计算机能感觉到三维虚拟校园建筑的逼真，因此，本三维虚拟图书馆系统应该满足以下需求：
1.场景具有真实性，还必须是三维的，这样用户才能够从不同的角度来观看整个建筑的不同位置，产生不一样的视觉效果，让用户能够向前后左右以及上下等多个方向去感受场景中的建筑的视角效果，能够真正做到沉浸其中。
2.在场景真实感不受影响的基础上，保证场景渲染流畅。
3..整个场景的材质、纹理、光照的设置比较自然、真实。
4.具有一定的实时交互性。使用户能真实地融入到这一虚拟场景中，比如，用户希望移动、旋转相关的物体、改变相关的环境等
5.系统具有良好的开放性、扩展性，兼容多种操作系统
3.2系统功能需求分析
本系统以浙江海洋学院图书馆作为虚拟环境，用3DsMAX作为建模工具，将设计一个第三人称视角三维虚拟模型，系统需要实现以下几个方面功能；
三维多视角功能
用户可以以鸟瞰图方式，从上空较高的视点看到浙江海洋学院图书馆整体建筑布局，也可以对建筑以任何距离，任意角度来观察。
2．观察视点可进行六个方向的自由转动
这一功能将保证用户在观察过程中可以在任意一个视点操作键盘让观察的视野向前、后、左、右、上、下这六个方向进行平稳的移动和绕轴转动。
3.系统具有方便的建模工具而且能兼容其他建模工具。
4.系统具有较好的可移植性。
3.3系统开发原则
系统要能表现较好的空间立体感，在形态、光照、质感等方面都十分逼真，使参与者能在构筑的栩栩如生的虚拟建筑场景中观察.体验。为了达到这一要求，在总体设计时必须遵守以下原则：
(l)沉浸性原则
指用户在虚拟环境中的感觉就像在真实世界中一样，用户能够能够以任意方式，任意角度观察和体会三维虚拟场景的真实性，使得用户沉浸其中。
(2)交互性原则
使用户能真实地融入到这一虚拟场景中，比如，用户希望移动、旋转相关的物体、改变相关的环境等.
(3)构想性原则
指用户可以充分发挥自己的创造力和想像力，在虚拟校园建筑中创造现实校园建筑中不存在的对象，从而在虚拟校园中满足自己对现实校园的构造的追求。
(4)高效性原则
虚拟校园系统要充分满足交互性、沉浸性和构想性三条基本的原则，但是同时也要对尽可能优化图像显示的速度，保证渲染的流畅。
(5)可扩展原则
系统设计过程中，必须在硬件、软件的设计方案上充分考虑到未来发展的需求变化，场景应采用开放式结构来设计，为输入和输出都预留接口。
(6)灵活性原则
由于校园建设正在飞速发展，对于虚拟校园漫游系统的功能需求也将不断加深，所以系统如果不具有一定的灵活性，就很难根据今后开发的需求变化进行调整。
4系统设计
4.1场景建模工具3DSMAX
4.113DSMAX软件概述
3DSMAX是世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染软件，完全满足制作高质量动画、最新游戏、设计效果等领域的需要。
3DSMAX是Autodesk公司出品的最流行的三维动画制作软件，它提供了强大的基于Windows平台的实时三维建模、渲染和动画设计等功能，被广泛应用于广告、影视、工业设计、多媒体制作及工程可视化领域。基于3DSMAX的图像处理技术极大地简化了图像处理的复杂过程，在三维动画制作方面发挥着巨大的作用。
它对硬件的要求不太高，能稳定运行在Windows98或WindowsXP上，容易掌握，且国内的参考书多。而MAYA、Softimage只能运行在NT下，Softimage需要至少1024×768×16bit以上的显示，Lightwave教学材料太少。3DStudioMAX同MAYA、Lightwave、Softimage相比，在三维制作上各有所长，3DStudioMAX虽然在渲染上稍显不足，但3DStudioMAX3众多新增加的功能无疑弥补了这一缺点。
4.123DSMAX建模方法
虚拟建筑模型是整个三维虚拟场景的基础，模型的好坏直接影响场景的逼真度，在虚拟校园建筑的构建中，充分利用了3DSMAX9.0给用户提供的多种建模方法，分别如下所示：
(1)直接创建几何体对象。3DSMAX内置了许多基本的几何体模块，比如球体、立方体、圆柱体、三角锥等，用户只要拖动鼠标定义对象的尺寸，或者在命令面板中直接用键盘输入各种位置、大小信息，3DSMAX就会生成一些基本几何体，在对这些基本几何体进行一系列的编辑，既可以得到所要创建的对象。
(2)使用样条曲线图形。样条曲线是一种根据数学原理弯曲的特殊类型曲线，它们通常是在三维空间中绘制的二维曲线，3DSMAX通过给二维图形添加厚度(Extrude)、旋转(Lathe)样条曲线来创建三维对象。
(3)使用网格(Mesh)对象。网格对象是大多数3D文件类型使用的默认模型类型，包括流行的3D格式3DSDXF都是以网格的形式存储的。3DSMAX可以把一些简单的几何体转换为网格对象，然后通过编辑修改器(Modifier)对网格对象的次对象，如顶点(Vertex)，边(Edge)、面(Face)、多边形(Polygon)和体元素(Element)进行编辑，从而得到想要得到的复杂模型[24]。
(4)使用面片(Patch)对象。面片的使用方法类似于网格，它们的区别仅在于生成图形的数学原理基于Web的VCS虚拟校园系统的构建不同，网格对象用平面方程来包围几何体的表面，面片则是用Bezier曲线来逼近物体表面，它是多边形网格对象的补充。
(5)使用复合(Compound)对象。它主要是通过对已得到的简单模型进行变形(Morph)，离散(Scatter)、包裹(Conform)、连接(Connect)、形体合并(ShapeMerge)、布尔运算(Boolean)、放样(Loft)等过程生成用户需要的复杂模型[19]。
(6)用NURBS对象。NURBS是Non-UniformRationalBSplines(非均匀有理B样条曲线)的首字母缩略词，从这个名字就可以知道它是基于NURBS曲线原理来构造三维物体的。
(7)放样(Loft)对象。放样是来自造船业的一个术语，它借用了造船业的思想，先创建并定位横截面，然后定义一个放样路径，让横截面沿路径拉伸，从而得到三维对象[20]。
4.13层次细节模型生成和绘制
同一个物体，把它放到远近不同的位置，人的眼镜所能看到的该物体细节的详细程度是不一样的，在视点离物体比较远的情况下，再详细的模型，也只能看到大概的轮廓，因此如果此时仍然选用细节非常详细的物体模型参与该模型远景的生成，则是一种浪费，应该用一个相对比较简单但又能表现其主要轮廓的模型取而代之。有效的办法是，根据这一视觉规律，预先为同一个物体建造一组详细程度有差别的几何模型，计算机在生成视景时，根据该物体所在位置离视点距离的大小，调入相应详细程度的模型参与视景的生成，以节约计算时间，增强视景的“实时”效果，其实现方法就是为物体建造一组详细程度不同的模型。
目前的层次细节技术的研究主要集中于如何建立原始网格模型的不同层次细节模型以及如何建立相邻层次的多边形网格模型之间的几何形状过渡。对于原始网格模型的不同层次细节的模型建立，我们假设场景的模型都是三角形网格(在实际应用中，为了绘制方便，三维场景最后一般都被转化为三角形网格)，从网格的几何及拓扑特性出发，存在着三种不同基本简化操作，分别是：
(1)顶点删除操作。删除网格中的一个顶点，然后对它的相邻三角形形成的空洞作三角剖分，以保持网格的拓扑一致性。
(2)边压缩操作。把网格上的一条边压缩为一个顶点，与该边相邻的两个三角形退化(面积为零)，而它的两个顶点融合为一个新的顶点。
(3)面收缩操作。把网格上的一个面片收缩为一个顶点，该三角形本身和与其相邻的三个三角形都退化，而它的三个顶点收缩为一个新的顶点[24]。
4.2系统环境
硬件环境：
由于3D程序对CPU和显卡的浮点处理能力均要求较高，所以，在条件允许的情况下，尽量考虑整机性能稍高一点的配置，此次本系统开发的硬件平台配置如下：
CPU：Intel(R)Pentium(R)DualCPUT2370@1.73GHZ
内存：2.00G
硬盘：60GB
显卡：NVIDIAGEFORCE8400MG5
显示器：15寸液晶显示器
软件环境：
本系统是在微软公司的WindowsXP操作系统上开发的，整个系统的开发和运行环境均是针对微软公司的Windows平台.
4.3虚拟校园建筑模型建立
由于此次工作是要建立一个与现实中的图书馆建筑相似的虚拟场景，就需要知道建筑物与周围环境的比例，由于没有此建筑的比例图，只能自己去测量。
对于地形数据的获取，最常用的方法是数字摄影测量方法，通过影像匹配自动生成数字高程模型，然后转化成DEM格式，由这些数字等高线来判断地形的高矮。不过由于条件所限，我通过大量拍摄实物照片来进行数据采集。如下图：
图4-1学校大门
4.31图书馆模型的构建
由于不能构画出精确的建筑二维平面图，所以通过创建几何体，继而对其进行切割、挤出等命令构画出建筑的基本轮廓，再通过插入、挤出、倒角等命令进行细化，构画出窗、门、平台等细节。
通过研究建筑资料图，了解其轮廓及细节，下为图书馆建筑参考图：
图4-2图书馆正面图
在3DsMax透视图中创建一个长方体作为图书馆建筑的基础模型，调整长、宽、高，并设置其分段数：
图4-3图书馆基础模型
然后用GOOGLEEARTH找出浙江海洋学院图书馆的俯视图，虽然截下来的图片并不是十分清晰，但对分析建筑特点和布局影响并不大，俯视图如下：
图4-4googleearth所拍摄的图书馆俯视图
根据照片及俯视图使用切割、挤出命令做出模型大致的轮廓，在三视图中调整大小比例：
图4-5勾画出的大致模型轮廊
通过照片以及俯视图的观察，运用插入，挤出，桥命令等将模型需要镂空的部位镂空，这样，一个图书馆的大致模型基本完成了，如下图所示
图4-6镂空后的大致模型
较为繁琐的是门窗的创建，方法较多，比如可用复合对象中的布尔运算进行制作，但比较复杂，需要创建较多的多边形，而且复合之后的布线比较混乱，不利于以后对模型进行优化，所以这里采用在原模型上进行插入和挤出，这样可以多个面一起创建，且布线较为工整,如下图所示：
图4-7创建门窗的方法
图书馆主建筑内部有一个类似圆锥形的建筑，作为整个图书馆内部的标志性建筑，让我想起了巴黎罗浮宫的灵魂建筑水晶金字塔，它的内部是图书馆楼梯，结构比较复杂，由于能力有限，我只做了它的外形，并未对内部进行建模。
图4-8圆锥建筑的大致模型
该建筑的内部为楼梯以及地下室的入口，第四层还有外部的走廊等，结构比较复杂，所以我只制作了表面的门窗，运用插入，挤出等命令做出建筑的门窗，该建筑有3扇门以及若干窗户，效果如下：
图4-9圆锥建筑的门窗设计
再做出图书馆的地基，地基也算是图书馆的地下室，由于能力有限，我并没有对地下一层进行建模，只做出一个简单的地基。
图4-10地基的模型及轮廊
这样，就可以得到一个比较完整的建筑模型，如下图：
图4-11整合后的整体效果图
模型的空中俯视图如下：
图4-12俯视视角的整体效果图
4.32模型的材质与贴图
将门窗部分从建筑分离，打开材质编辑器，选择一个材质球，调整其颜色值，以及反射的高光：
图4-13门窗颜色的材质选取
圆锥形建筑中间部分的颜色选择如下图所示：
图4-14圆锥建筑中间部分的颜色选取
选择好墙体，门窗及圆锥建筑中间部分的材质之后对模型进行渲染，下面是快速渲染的效果图：
图4-15材质选择之后的渲染效果图
然后将图书馆建筑正面的“图书馆”三字的题字做出来，由于不确定是哪种字体，只能用一种相似的字体来代替。
图4-16“图书馆”三字的字体
由于照片上的距离，光线等原因，不能确定字体的具体颜色，所以只能选择一个相似的颜色，“图书馆”三字的颜色如下：
图4-17“图书馆”三字的字体颜色选择
选择颜色之后进行快速渲染一下，看得出和现实照片中的颜色相符。
图4-18渲染之后的“图书馆”三字的效果
接下来将地基上色，把地基的颜色调出，如下图所示：
图4-19地基的颜色选择
上色后效果如下图
图4-20地基上色后的效果图
然后将台阶上色，上色后效果如下
图4-21台阶上色后的效果图
这样，最后完成的建筑整体图就出来了，将其快速渲染一下，先看一下正面的效果图，如下：
图4-22快速渲染后的模型正面图
然后看一下侧面的效果图，如下：
图4-23快速渲染后的模型侧面图
另一个侧面的效果：
图4-24快速渲染后的模型侧面图
最后从背面看其效果图，如下：
图4-25快速渲染后的模型背面图
做到这一步，建模部分就基本完成了，由于本人的能力有限，很多细致的效果并没有做出来，比如正面墙体的镂空并不完整，门窗的比例设计和现实有差距，内部的建模以及地下一层的建模并没有做出来等。
4.33建模中常见的问题
1.过分强调细节
一般来说，模型的细节程度是影响其逼真性的重要因素之一。细节程度越高，模型越逼真。但是.建立模型的目的是为了给虚拟现实系统创造一个虚拟环境，并在其中实现漫游等任务。因此在建模时还需要考虑到整个系统的综合性能。如果在建模时过分强调细节，对于所有结构和表面特征都采用多边形来实现，而忽略了数据库整体结构的优化设计，不仅会使工作量骤然增大，而且可能导致整个系统的运行速度下降，性能降低。因此，在建模过程中一定要有整体观念，意识到模型细节和系统性能之间的相互制约性，不可盲目追求真实而无限细化模型。
2.实体拼接组合的位置关系不正确
许多物体不是用一个简单的几何形状就可以描述，它们常常是由多个实体拼接而成的。但这并不是简单的搭积木，如果拼接组合的位置关系不正确，会引起模型局部闪烁，这种现象的产生的原因有两个：
（1）多边形位置重叠造成的Z值争夺。如果两个或两个以上多边形的某些点在空间位置上具有相同的深度值(Z值)，那么在使用Z一buffer消隐算法进行图形显示时，无法正确判断哪一个多边形的点应该优先显示。于是出现有的帧显示这个多边形上的点，有的帧显示那个多边形上的点，从而引起画面的闪烁。进行适当的多边形剪切或子面设置就可以避免这一现象的产生。
（2）用凹多边形表示实体表面。大多数图形系统都明确规定，不能使用凹多边形绘制实体表面。一般地，图形系统对实体表面的凹多边形进行自动切分或补偿，将一个凹多边形分解或拼凑成为多个凸多边形。但这种自动转变很可能与最初的建模设想不吻合，于是最好的解决方法就是在建模时就将凹多边形切分成若干凸多边形的组合。
3.存在冗余多边形
描述实体模型表面的数据经常存在冗余现象，单独建模的实体在进行模型整合时也会发生数据冗余。消除这些冗余的表面多边形可以在很大程度上降低整个系统的复杂度。除了上述三种问题之外，建模过程中不合理的技术运用还时常产生纹理闪烁、光照和透明效果失真等一系列问题。解决这些问题的方法各不相同，如光照失真问题，一般由于使用了过大的多边形引起的，可采取多边形分割的方法予以解决[24]。5.场景的渲染
5.1光线效果的添加
一个完整的图书馆模型已经呈现在眼前了，下面将为其增加一些光线效果，使其更加逼真。
这里我首先添加一个IES太阳光，以图书馆为目标，调整其角度，使太阳光从侧面照射建筑。
图5-1为建筑添加一个IES太阳光
然后对建筑进行渲染，这样，就为场景添加了一个光线照射效果。
图5-2添加太阳光后的效果图
5.2天空的生成和最终效果图
在真实校园中，当我们身处任何位置，稍微抬头都可以看到远处的天空和云彩，给人一种视野非常辽阔的感觉。在虚拟校园场景中，也需要在场景中添加天空来作为背景，天空离视点较远，对纹理细节的要求不太高。绘制天空的方式通常有天空盒或天空球的两种形式，天空盒的原理是用六幅连续的天空图片分别贴于正方体的六个面，然后调整好位置使其看起来自然流畅，但它对贴图的位置和连续性要求较高。而天空球则是用一个半球模拟天空，然后在半求上贴一幅天空图方式来实现的。
本系统采用天空球的方式模拟天空效果，但是传统的天空球方式模拟天空，将纹理图片贴到半球上时，会在球的顶部出现纹理聚集的褶皱现象，在接缝处也会出现明显的纹理被拉伸的现象，为了解决这一问题，此处采用展UV技术，首先把将要模拟天空的半球用展UV方式展平成一个圆，然后在Photoshop中将准备好的天空图片用圆形选择工具选取一个圆形区域后把该区域贴到刚才展平的那个圆上，这样就不会出现传统的天空球方式贴图后的褶皱和拉伸的现象了。
选取的场景天空图片如下：
图5-3选取的天空图片
加上天空渲染后的最终效果图：
图5-4完成后的最终效果图
6.总结与展望
在新世纪，人类发展进入信息时代，以信息处理技术和网络通信技术为核心，将校园的各种数字信息及各种信息资源加以整合并利用的“数字校园”建设，推动教育事业的发展与进步，将校园自然环境、人文环境重现了网上,使用户身临其境。虚拟校园使人们更加真实地了解整个校园,随时随地只需上网就能畅游其间。本文以浙江海洋学院图书馆为对象，以3DSMAX为技术载体设计了虚拟校园建筑，并基本达到设计目标。但由于本人是第一次接触虚拟三维模型的设计，在之前没有任何设计基础的条件下从头学起，经过两个月的学习与研究，磕磕绊绊的完成了设计任务，本人还是有一种满足感的。由于时间，经验，等条件的欠缺，我设计的作品还有很多不足之处，比如设计的模型不够精细，建筑的比例不够精确，图书馆的内部环境相当简陋和粗糙，未对室内进行建模，整体环境设计也显得太过简单，这些问题都有待解决。
通过本次毕业设计，我对3DSMAX软件有了更深入的了解，同时也认识到虚拟现实技术的发展前景是非常巨大的，它今后将更多的运用到我们的生活中，我对进一步学习该领域的知识充满了无比的热情和信心。7.结束语
首先要感谢我的导师崔振东，在有限时间里，从毕业设计选题到论文撰写的全部工作都是在他的悉心指导和无私帮助下完成的。导师的渊博知识和敏锐的洞察力给我很大的启迪和帮助，他的实事求是的科学精神、一丝不苟的工作态度、高屋建瓴的指导方法，使我颇受裨益、终生难忘。论文的完成，凝聚着导师的心血。在此论文完成之际，谨向导师致以深深的感激和诚挚的谢意!
本人在撰写论文的过程中，得到了许多朋友的热心帮助。感谢我的同学朱永惠对我学习3DMAX软件的指导和帮助，感谢热心的网友为我提供一些精确的图书馆资料。帮我解答一些学习3DMAX软件所遇到的问题，使我顺利的完成了论文的研究工作，在此，我向他们表示由衷的感谢。
虽然本系统仍有许多待解决的问题和待完善的地方，但相信通过我会不断努力、继续学习，把最大的热情投入到工作中。这次开发过程中所学到的所有知识，将成为我今后学习工作当中的坚实基础。参考文献
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