0引言
随着虚拟现实技术的不断发展和完善，在社会生活各个领域得到了极其广泛的应用，其中一个重要的应用就是大学校园。三维虚拟校园是展示校容校貌和校园信息化建设的重要组成部分，以三维虚拟现实场景呈现校园风光，并在此基础上增加了漫游功能，更加具体表现了虚拟校园真实性和沉浸性等特点，可以极大地方便学生、促进招生和网络办公。在国内许多高校都建设了自己的虚拟校园，如浙江大学、清华大学、南京大学、北京航空大学、华中科技大学等[1]。
目前，在虚拟校园的开发中，主要采用的方法有Virtools
[2]
、VRML [3-4]、VEGA [5-6]等。基于这些技术开发的虚拟校园漫游
系统具有交互性和沉浸感，能够让参观者获得身临其境的感觉。但对于实际应用来说，光有漫游功能是不够的，对于虚拟校园场景中出现的建筑和艺术雕像，应该能为用户提供更加详细的介绍。
本文基于VRP 虚拟现实平台，实现了虚拟校园。不仅能让用户实现三维漫游，还介绍了如何联接数据库，使得用户在漫游中查询到选择物体的详细信息，更好地满足用户的需求。并以山东信息职业技术学院为例，详细介绍了系统的构建过程。
1开发步骤
山东信息职业技术学院虚拟校园系统开发方法可以分为如图一所示的六个步骤，分别是基础数据采集、虚拟校园场景建模、模型优化、导入VRP 、连接数据库和系统生成。
图一系统开发流程图
2前期工作
根据山东信息职业技术学院提供的信息，校园主要的建筑有旧教学楼、办公楼、新教学楼和餐厅等。然后，根据建筑搜集其建筑面积、高度以及用途等各种相关信息。再结合校园建筑平面图，我们能够完整地获得整个校园建筑物、绿地、公路等地物的地理坐标及平面轮廓形状，勾勒出整个校园场景。
对校园进行实地考察，用数码相机采集反映学校真实景观的建筑物、道路、树木等纹理图。为了减少数据量，贴图用
山东信息职业技术学院虚拟校园漫游系统
Virtual Campus Roaming System of Shandong Information Vocational and Technical College
王琰萍1,2邵丽丽1陈勇1Wang Yanping Shao Lili Chen Yong
（1.中国海洋大学信息学院，山东青岛266100;2.山东信息职业技术学院,山东青岛266100）(1.College of Information Science and Engineering,Ocean University of China,Shandong Qingdao 266100;
2.Shandong Information Vocational and Technical College,Shandong Qingdao 266100)
摘要：本文以山东信息职业技术学院校园为例，将虚拟现实技术应用于校园。介绍了虚拟校园的构建过程，借助VRP 生成三维虚拟校园漫游系统，并实现了连接数据库功能，使得用户在漫游中查询到选择物体的详细信息，为用户提供更加详细的介绍。
关键词：虚拟现实；虚拟校园；信息查询中图分类号：TP391
文献标识码：A
文章编号：1671-4792-(2009)3-0121-04
Abstract :This paper introduces the process of constructing a virtual campus and based on VRP ,realized Virtual Campus Roaming System of Shandong Information Vocational and Technical College .In this demo ,we attached a database to the virtual object ,which allows users getting detailed information of objects when roam-ing ,and provides users introduction with more details .
Keywords ：Virtual Reality ;Virtual Campus ;Information Query 山
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JPG格式保存。根据采集的照片可以分析出物体的立体轮廓形状，为下一步的三维建模提供基础。由于受建筑物的高度、拍摄距离及相机自身成像特点的影响，拍摄的像片往往比例失调，须对每张图片使用图形处理软件Photoshop进行各种处理[7]。例如，用自由变换把比例失调的图片拉正，裁剪周围其他的场景，去除图片中的杂景等。如图二所示，左图为采集的原始照片，右图为处理后的图片，即我们所需要的纹理图。
图二采集照片与纹理图
在此需要注意以下几点：道路、瓦片、树木等一般采用公共贴图，可重复利用，无需单独采样；处理后的纹理像素大小应处理成2的N次幂以利于纹理的正确显示[8]；一些贴图需要处理成透明纹理，如树木、窗户等。
3三维场景建模
三维场景的建模在所有工作环节中工作量最大，需要投入大量的时间。我们采用的建模软件是目前使用最广泛的三维建模软件3Ds Max。
3.1环境建模
根据采集的原始照片构建出建筑物的形状。用3Ds Max 创建一个长方体box，因为需要对box的点、线、面进行操作，我们选用多边形建模方式进行建模。然后根据建筑物的形状，运用修改器Modify面板中的Extrude、clone、cut等操作对box进行修改，获得准确的形状模型。为了提高最终实时绘制的速度及质量，建模过程中应该减少显示的点、线、面的数量，删去多余的点、线、面[9]。办公楼模型如图三所示：
图三办公楼的模型
3.2纹理贴图
完成形状建模后，还需要为建模后的形状模型的每一部分分配材质和贴图，这时需要用到前期工作中处理过的图片。对模型的各个面单独贴纹理，把纹理附于对象后，还需要UVW坐标。对于材质中的二维贴图,物体就必须具有贴图坐标，这个坐标就是确定二维的贴图以何种方式映射在物体上，它不同于场景中的XYZ坐标系，而是使用UV或UVW 坐标系。办公楼贴完纹理之后的效果图如图四所示：
图四经过贴图的办公楼
把建筑模型构造好之后，我们需要把创建好的模型导入到虚拟仿真平台VRP中，另外还需要对贴图进行一些特殊的处理。在建模过程中所创建的模型使用的材质都是“多维/子对象”材质，所谓“多维/子对象”材质是指将单独的对象赋予多种材质。而很多虚拟现实、游戏平台(如VRP)不支持多维子材质，所以我们必须将物体的面按不同材质一个个的分离出来，然后再将分离出来的对象的多维材质转化为标准材质。
3.3环境优化
主要的建筑物模型创建完成后，我们还需要对其他环境进行完善、美化，比如设计花坛、种植树木、建设道路等。一个场景中需要种植许多树木，若采用建立立体树将占用很大的空间，很大程度上影响显示效果。我们采用建立平面树，前期工作已经把树木的纹理处理为透明纹理，在进行贴图时同样要设置为透明贴图，对于一棵树建立两个平面，并让两平面交叉在一起，形成一棵视觉上立体的树。环境优化之后的效果图如图五所示：
图五
环境优化后的场景效果图122
4模型导出
为了使在3Ds Max 中创建的模型能导出到虚拟平台VRPlatform 中，需要安装相应的插件。选择VRP 导出插件中导出命令项，然后在导出为VRP 文件对话框中可以看到所有错误提示，导出的面数、定点数、贴图数、模型总数及相机个数等相关信息，最后将模型调入到VRP 编辑器，这样就成功地导出了模型，如图六所示。
图六从3Ds Max 导出模型示意图
5连接数据库
校园模型建立好以后，要把它放置于特定的交互的3D 环境中，通过设定虚拟漫游者的运动方式、速度、初始位置、观察的环境等参数条件，使观察者能从任意角度对虚拟环境中的对象进行观察，并与之交互，从而产生身临其境的感觉
[1]
。
为了增强能与周围环境交互的效果，我们添加了数据库
功能，实现当在场景中漫游时，选择任意建筑物可从数据库中查找数据，将建筑物的名称、建筑面积、高度及用途等各种属性实时显示在屏幕上。
其实现的流程为：
①捕获用户点击的对象名称；
②根据对象名称在数据库中查找其对应的信息；③将信息在屏幕上输出。
因为数据量较小，我们选择使用Access 数据库,使用VRP 连接数据库。首先，要编写dll 文件，实现必要的函数接口：
//初始化数据bool g_open_db();//关闭数据库void g_close_db();
//设置数据标注的脚本支持,对应于一条脚本函数//修改数据标注值,info/name,$GETVALUE(楼5)
void g_get_value(const char *valuename,const char *id ,char *value);
然后，就可以使用VRP 中的脚本编辑器编写相应的脚
本函数，并进行初始化设置。
数据库中的信息可以随时更新，用户在交互式漫游时，可以设置为距离触发或点击触发。
对于虚拟校园场景中出现的建筑和艺术雕像，可以为用户提供更加详细的介绍。6虚拟漫游系统生成
为了能在创建的虚拟环境中漫游，并与周围环境进行交互，产生身临其境的感觉，需要在VRP 中给模型设置碰撞检测，添加天空盒、太阳光晕、背景音乐使整个场景显得更逼真，创建行走、飞行、动画相机使观察者可以在场景中自由漫游。
在三维场景中漫游，就要以一定的视角来浏览整个场景，所以我们需要创建相应的相机。创建行走相机，设置相机的水平角度、相机高度等属性，将相机放到场景中适当的位置。创建飞行相机来游览整个VR 场景的概貌，创建动画相机，设置一条自动漫游路径。
在现实中的物体是无法穿越的。为了模拟真实场景，需要为模型设置物理碰撞，对不能穿越的对象进行碰撞检测。
制作室外场景时，常会用天空盒来表现周围环境。选择
一个合适的天空盒样式应用当前场景中，旋转天空盒角度，让天空盒中的光照方向与场景投影方向一致。
为了让VR 场景更生动，还可以为VR 场景添加一个太阳光晕，使整个场景显得更逼真。选择一个太阳光晕样式，应用当前场景中，调整太阳光晕的角度与高度，让太阳光晕的光照方向与场景投影方向一致。
添加背景音乐增强场景沉浸性，选择一个相应的音乐作为背景音乐。这时需要用到脚本编辑器，
在系统函数类型中创建初始化函数，添加背景音乐脚本，插入语句，并设置背景音乐相关属性。
在数据库数据显示时，需要将数据显示在二维面板上。二维界面图片通过Photoshop 创建，通过脚本来控制二维面板的显示与隐藏。
保存所有设置后，即可编译成一个可独立执行的.exe 文件，生成虚拟漫游系统，如图七、
图八所示。图七虚拟漫游系统效果图（一）
山
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图八虚拟漫游系统效果图（二）
7结束语
山东信息职业技术学院是公办省属普通高等学校，通过三维虚拟校园可以比较直观地了解校园的各个区域，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉，其中的教学楼、办公楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生地呈现在我们的眼前，不但可以直观了解校园，还有助于提高学院的形象，对大学的全国范围招生有极大的帮助。同时三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。
本文以建设山东信息职业技术学院虚拟校园为例，将虚拟现实技术灵活运用在校园建设中。介绍了建模方法和技巧，实现了山东信息职业技术学院虚拟校园原型系统，提供了交互功能，使浏览者可以直观了解校园，对校园环境产生身临其境的感觉，并为以后的校园规划打下了良好的基础。参考文献
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作者简介
王琰萍(1972—),女,山东人,硕士生,主要研究方向：虚拟现实，计算机动画等；
邵丽丽(1986—),女,山东人,硕士生,主要研究方向：虚拟现实,计算机图形；
陈勇(1971—),男,湖南人,博士,硕士生导师,主要研究方向：虚拟现实,可视化
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Scientific Journal of Information Engineering June 2013, Volume 3, Issue 3, PP.50-55 Design of 3D Virtual Campus Roaming System Hongyan Yang, Zhuo Shi, Yanru Zhong# College of Computer science and engineer, Guilin University of Electronic Technology, Guilin Guangxi 541004, China #Email: rosezhong@https://www.doczj.com/doc/1c14206647.html, Abstract With the growing sophistication of virtual reality technology, 3D virtual campus roaming system as effective platform for school propaganda outside, the campus planning and management decision will provide a strongly support. Taking the campus of Guilin University of Electronic Technology as prototype, combing with the software of 3Ds Max and using VR-Platorm development platform connections with the backend database and virtual building and live Imaging shooting, a real-time roaming system of virtual campus has been designed and implemented. In this paper, the main aim is to explore a new idea for digital campus construction. Keywords: Virtual Reality; VR-Platform; Digital Campus 三维虚拟校园漫游系统设计* 杨宏艳，史卓，钟艳如 桂林电子科技大学计算机科学与工程学院，广西桂林 541004 摘要：随着虚拟技术的日益成熟，三维虚拟校园漫游系统作为学校对外宣传的有效平台是数字化校园建设的核心。以桂林电子科技大学东校区为例，结合三维仿真技术3DS max实现了虚拟校园的三维模型。运用VR-Platorm开发引擎，结合SQL Server数据库连接设计并实现了三维虚拟校园漫游系统。实现了自主漫游、按目的地自动生成漫游路径、定位鸟瞰等功能。实验结果表明：经过改进的场景优化技术，系统在普通PC机上运行稳定、流畅、高效。 关键词：虚拟现实；VR-Platform；数字校园 引言 20世纪80年代美国人Jaron Lanier首次正式提出了虚拟现实[1](Virtual Reality)概念。自此，这种利用计算机模拟虚拟世界，提供用户身临其境的视觉、听觉、触觉的感官模拟技术，因其具有感知性、沉浸性、交互性和构想性的特点，如今已广泛应用于城市规划、文物保护、交通模拟、虚拟现实游戏及远程教育等领域。“虚拟校园”是随因特网、虚拟现实技术、网络虚拟小区等的发展而产生，是基于现实校园对三维景观和教学环境数字化模拟的产物。数字化校园虚拟漫游系统是数字校园建设计划的核心平台。当前浙大率先开发展示了虚拟校园之后，国内众多高校如清华、南京大学、北航、香港中文大学等高等院校纷纷建立自己的虚拟校园[2-3] 。 通常，三维虚拟校园开发的主要方法是用ArcGis，SuperMap和其它具有三维功能的软件进行二次开发。但这些方法明显的缺点是对开发者的编程水平要求较高，建模代码太长，开发系统不能独立于运行环境。考虑到以上情况，本文选择VR-Platform为开发环境，提出了一种简单实现虚拟校园的方法。这种方法一方面能利用专业的建模工具3DS MAX软件很快实现三维场景模型的建立。另一方面，通过运用VRP引擎高效的模块化的编程能力，能够进行实时渲染和交互控制，减少了建模时间加速了系统开发的进程。另 *本文受国家自然科学基金（NO.50865003）和广西科学制造系统和先进制造技术开放基金资助（No.K090014）以及新世纪广西高等教育教改工程项目（No. 2011JGB048）“以工程应用能力为导向的数字媒体技术人才培养模式的探索与实践”基金资助。
《人机交互》综合设计报告 设计名称：人机交互综合设计 选题名称：VRML设计--虚拟校园漫游系统 姓名学号： 专业班级： 系（院）： 设计时间： 指导教师评语： 成绩： 签名： 年月日
目录 一、概述 (3) 1、项目背景 (3) 2、系统简介： (3) 3、开发环境： (3) 4、主要技术 (3) 二、需求分析 (4) 1、用户分析 (4) 2、用户设计流程 (4) 3、任务分析 (4) 三、设计 (5) 1、界面设计原则 (5) 2、设计模型 (5) 3、系统描述 (6) 4、使用的交互技术 (6) 四、界面实现 (6) 五、主要源码设计 (7) 六、可用性评估 (8) 1、评估指标体系 (9) 2、具体步骤 (9) 3、结果分析 (10) 七、结论 (10) 1、总结.......................................................................................................................... 错误！未定义书签。10 2、不足之处 (10) 3、心得体会 (10)
一、概述 1、项目背景 VRML是一种建模语言,也是一种描述Internet上交互式3D多媒体和共享虚拟世界的开放标准。 VRML定义了一组用以描述三维图形的对象,这些对象称为节点,节点被组织成一种分层的结构,称为场景。使用场景图数据结构来建立3D场境。场景图是一种代表所有3D世界静态特征的节点等级:几何关系、质材、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。境界中的对象及其属性用节点描述,节点按照一定规则构成场景图,也就是说,场景图是境界的内部表示。场景图中的第一类节点用于从视觉和听觉角度表现对象,它们按照层次体系组织起来,反映了境界的空间结构。另一类节点参与事件产生和路由机制,形成路由图,确定境界随时间的推移如何动态变化。 VRML用文本信息来描述三维场景,在Internet上传输,然后在本地机上由VRML 浏览器解释生成三维场景。这种工作机制,避免了在网络上直接传输图形文件,把复杂任务交给本地机器,从而减轻了网络的负担,使得在Internet上的三维交互成为可能。 VRML的访问方式是基于客户/服务器模式,其中服务器提供VRML文件及支持资源,客户通过网络下载希望访问的文件,并通过本地平台上的VRML浏览器交互式访问该文件描述的虚拟境界,因为浏览器是本地平台提供的,从而实现了与硬件平台的无关性。 现今，基于VRML的虚拟校园漫游系统已经有很多成功案例，如成都电子科技大学、义乌工商学院等，都已成功开发出了虚拟校园漫游系统。 2、软件定义： 基于VRML的虚拟校园漫游系统 3、系统简介： 通过VRML制作的虚拟校园是个规模较大的三维场景,旨在通过网络展示校园风貌,用户可以走入虚拟校园中,观赏校园的自然风貌,领赂校园的生活氛围。浏览者可以利用输入设备控制自己的视点和视角,对这个虚拟场景进行全方位的浏览和交互。 4、开发环境： 3DMax，NetScape浏览器
一、意义 三维全景虚拟漫游技术的核心是通过计算机产生一种如同“身临其境”的具有动态、声 像功能的三维空间环境，而且使操作者能够进入该环境，直接观测和参与该环境中事物的变 化与相互作用。因此，将三维全景虚拟漫游技术应用于航天仿真研究，不但可以使得该领域 内的计算机仿真方法得到完善与发展，而且也将大大提高设计与试验的逼真性、实效性和经 济性，具体表现在如下几个方面： 1.人-机界面具有三维立体感，人融于系统，人机浑然一体。以座舱仪表布局为例，原 则上应把最重要且经常查看的仪表放在仪表板中心区域，次重要的仪表放在中心区域以外的 地方。这样能减少航天员的眼动次数，降低负荷，同时也让其注意力落在重要仪表上。但究 竟哪块仪表放在哪个精确的位置，以及相对距离是否合适，只有通过实验确定。因此利用 R 作 为工具设计出相应具有立体感、逼真性高的排列组合方案，再逐个进行试验，使被试处于其中，仿佛置身于真实的载人航天器座舱仪表板面前，就能达到理想客观的实验效果。 2.继承了现有计算机仿真技术的优点，具有高度的灵活性。因为它仅需通过修改软件中 视景图像有关参数的设置，就可模拟现实世界中物理参数的改变，这样，随着任务的变化， 已有的软件再经修改即可满意新任务的要求，所以十分灵活、方便。 3.突破环境限制。现有航天仿真的计算机系统体现不了空间失重环境，而建立三维全景 虚拟漫游系统，通过虚拟的景象和声响就可以使被试处于太空飞行中实际的载人航天器座舱中，据此展开的相应试验研究具有实际意义。 4.节省研究经费。改用真实的航天器进行相应的试验研究是不可能实现的，因为耗资巨大，经费条件不允许。而采用三维全景虚拟游技术，由于其研制周期较短，设计修改和改型 仅通过软件修改实现，可重复使用，设备损耗低，这样可大大节省经费投入。 二、研究现状 1965年，美国麻省理工学院的科学家设计了一种头盔显示器，通过传感器和计算机仿真 环境的相互作用，可以感觉到自己在几何图形中的移动，产生身临其境的感触感染，由此诞 生了一种新的仿真手段三维全景虚拟游技术。但由于其研制的头盔显示器性能较差，价格昂贵，很长时间内该项技术得不到应用。随着计算机图形学的发展，80年代中期，美国艾姆斯 航天研究中心利用流行的液晶显示电视和其它设备开始研究低成本的三维全景虚拟游系统， 这对于三维全景虚拟漫游技术的软、硬件研制发展推动很大。到了90年代，该项技术受到广 泛关注并向实用迈进。例如美国马歇尔空间飞行中心研制载人航天器的 R座舱，指导座舱布 局设计并训练航天员熟悉航天器的舱内布局、界面和位置关系，演练飞行程序。目前，美国 各大航天中心已广泛地应用 R技术开展相应领域内的研究工作。在 R技术传入我国后，除几 所院校建立一些初步的 R系统模型外，尚无在航天仿真领域展开此项技术的应用研究。 一般而言，三维全景虚拟漫游系统具有两大特点：可以从数据空间向外观察和被试可以 沉醉到数据空间中。它是通过对研究对象的模型进行计算机仿真，由计算机结果去控制虚拟 一
学院 : 信息与电子工程学院 专业 : 教育技术学___ 班级 : __ A2_____ 学号 : ___ 学生姓名: _____ 指导教师: _____ 论文题目：虚拟校园漫游系统的设计与开发
承诺书 我谨在此郑重承诺： 本毕业设计（论文）是本人在指导老师指导下，独立撰写完成的。凡涉及他人观点和材料，均依著作规范作了注释。如有抄袭或其他违反知识产权的情况，我愿接受学校处分。 承诺人（签名）：
摘要 虚拟校园是基于地理信息技术、虚拟现实技术和计算机网络技术等高新技术，将校园地理信息和其他校园信息相结合，以虚拟现实场景界面实现校园景观及信息的浏览查询，并可上载到计算机网络和提供远程用户访问。虚拟校园提供了校园景观及设施最直观的表现形式，方便了用户对校园信息的访问，促进了大学的建设和远程教学的发展。建立简单易行的现实感强的虚拟校园漫游便成为对大学校园虚拟化的目标。而VRML和3D MAX等相关软件也为虚拟校园提供了技术上的支持。 本文的研究目的是设计并开发一个虚拟校园漫游系统，作者通过阅读大量国内外相关文献资料，深入地研究了虚拟现实技术和现有构造三维场景的语言，在此基础上，确定了基于VRML及浏览器插件技术的虚拟现实系统架构方案。 首先，以虚拟场景构造的流程为线索，采用3Dstudio Max和VRMLPad实现虚拟场景对象的建模；针对建筑物建模的复杂度和真实感问题，提出了建筑物二次建模方法； 其次，探讨了虚拟校园场景的交互。在此基础上实现了视点控制和动画交互。 第三，在系统设计开发的末尾阶段，讨论对虚拟校园漫游系统的优化方法。通过碰撞检测、层次细节技术、纹理映射等技术方法优化系统。 除此之外，还探讨了系统的整体构架、系统的开发流程、模型纹理贴图以及纹理贴图对场景外观的巨大作用。最后综合以上研究工作，设计并实现了一个基于VRML技术的虚拟校园系统。 关键词：虚拟校园、虚拟现实（VR）、漫游、建模、纹理贴图、交互设计
Krpano功能介绍 Krpano的所有标签如下： Crop属性的四个值：0 、0、50、50，表示在加载的图片的0，0位置起，宽50高50裁切出一个图片，供当前使用。也就是说，可以把好几个图标整合在一张图片上，使用时，调用Crop脚本函数，提供要切割的起始坐标，要切割图片的宽高。 parent属性设置插件的父插件名称 Krpano viewer的功能是十分强大和复杂的．本文只介绍系统所用到的几个比较重要的标签=、校园全景漫游的具体实现 2．1、将krpano viewer嵌入html网页 Krpa~o Viewer提供了swfkrpano．is脚本使用它可以很方
便地将krpano viewer嵌入html网页．其使用方法如下： 首先引人脚本文件：