基于OpenGL的虚拟现实系统设计与实现

第ｌ９卷　第ｌ期　

２００６年３月　苏州科技学院学报（工程技术版）　Ｊ．ｏｆ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｔｍｃｅ　ａｎｄ　Ｆｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｓｕｚｈｏｕ　

（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．１　

Ｍａｒ．２００６　

基于ＯｐｅｎＧＬ虚拟校园漫游系统的　

设计与实现　

李保杰，　于法展，　李战成，　王巧成　

（徐州师范大学城市与环境学院，江苏徐州２２１１１６）　

摘要：从软件工程的角度介绍了虚拟现实技术在数字校园中的应用。并介绍了徐州师范大学虚拟校园漫游系统　

的需求分析、设计思想、开发流程、三维模型以及如何运用ＯｐｅｎＧＬ在ＶＣ十十环境下实现可视化等相关问题。该系统　

可以用于校园三维漫游、校园管理、校园规划等领域　关键词：ＯｐｅｎＧ１　；虚拟校园；三维建模　

中图分类号：ＴＰ　３９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－０６７９（２００６）０１－００８６－０５　

“数字校园”是继“数字地球”、“数字城市”后提出的慨念，它是一种集数字化、信息化、可视化等多种技　

术为一体的计算机管理应用系统。虚拟校园作为数字化校园中最重要的一部分，其实现需运用计算机图形　学以及图像处理技术结合三维可视化语言在屏幕上显示出米，并可以实现漫游、人机交互等功能。ＯｐｅｎＧＬ　

作为各种计算机硬件环境下的三维应用程序的接口（３ＤＡＰＩ），具有高度的开放性、可移植性及网络透明性等　特点，使其能够快速及时地再现三维地形信息。文章将介绍如何对三维地形建模以及在Ｖｉｓｕａｌ　Ｃ＋＋环境下利　

用ＯｐｅｎＧＬ三维图形库实现校园三维可视化的过程。　

ｌ　基本概念　

１．１虚拟现实技术　虚拟现实（ＶＲ）技术是２０世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图　

形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟现实是多媒　

体技术发展的更高境界，是这些技术高层次的集成和渗透，给用广】以更逼真的体验，为人们观察探索事物的　运动变化规律，提供了极大的便利条件　目前，新兴的虚拟现实技术已应用到科学、技术、工程、医学、文化、　

Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ·软件开发　

基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的虚拟现实交互系统的设计与实现　

以真实空间场景为基础，依　托地理信息技术、三维建模技术，　借助游戏引擎，构建出三维可视　化模型景观。此外，通过引入漫　游逻辑、导航逻辑等控制逻辑，　允许使用者于虚拟场景中进行漫　游、导航等操作　系统具备真实　感强、界面友好、可交互等特征，　满足现代校园在对外宣传、对内　引导、校园规划、信息化管理等　方面的需求。　

【关键词】虚拟校园游戏引擎三维建模　

虚拟Ｊ。见　史（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ，简称ＶＲ）足人　炎　探索ｒ１然、认识ｒｊ然过　中创造Ｊ　。ｔ－，逐　文／魏　坤　

１概述　近年水，校同的信息化建设得以迅速发　展，　虚拟校园是校园信息化建设的重要组成　部分。传统的虚拟校园大多建立　维地图及　影像资料｝：，难以满足当代校　对外宣传、　对内ｔｊＩ导、校园规划、信息化管理等力’面的需　求　而最新的虚拟现实技术具有真实感强、可　交瓦、多设备兼容等特点，将其应用于虚拟校　同的建设ｌ｝ｌ叮弥补传统虚拟校　嘲有的　足。　针对　述背景，本史利用虚拟观实拽　术，使ｆ｛】１　３Ｄ　Ｍａｘ进行　维模型卡句建．借助　Ｕｎｉｔｙ３Ｄ构建Ｈ｛虚拟场景，并通过ｃ撑编　，　引入斗１｛Ｊ、　的控制逻辑，构建…＇ｒ兼具真实感及　交１ｆ　的虚拟校【　ｄ。虚拟校园支持漫游、导航　等揲作，并：·叮部署任／１：ｌ司平俞　为校同宜传、　规划、竹息化镑理等方而提供服务。　步形成ｆｎ种ＪＩ　Ｊ　ｊ－．认　Ｉ然、模拟Ｉ　Ｉ然，进ｌｍ　，地遁Ｊ、　卡ｌ】利川Ｉ＇Ｉ然的　Ｉ、　：力法和科学技　２系统设计　术　利ｆ１ｊ虚拟脱实技术，Ｉ，Ｊ＿以舆　场最为螭础，　依托地　信息技术、ｉ维建模技术及游戏０ｌ擎，　２·１构建流程　础，以实际需求为导向，没ＩＩ系统Ｊ　儆块的　功能。系统的阡发流程ｌ　要分为　个　分：　构建、一维席拟场璇搭挫及控制逻　一ｊＩ入　此外，开发完成的系统还ｒ叮部辫］Ｉ　、ｒ台之　，具符跨　台棣容的特一　。　１　…＇ｒ系统　Ｊ】：发的Ｉ　要流　。　２．１．１模型构建　一ｉ维模　的｝＝ｊＪ建，ｊ法Ｉ｛渐趋Ｊ。成熟　Ａｕｔｏｄｅｓｋ公－　摊【】５的３Ｄ　Ｍａｘ软ｆ牛，ｙＪ快速ｆ』Ｊ　建　维模　提供解决方　案，足ＩＩ前ｉＩ｛流行的　维建模软什之‘。　要卡勾缱　维模　先　瑶获取馍　的参　数信息。通常地，可通过建筑　纸、　地　测、　卫星地图测距等力式获取到场疑内擞　的　Ｉ　标　及轮廓信息　本文采川Ｉ　ｉ地　ｔ　Ｊ　丈地观测纰　合的方法进行参数化建模。３Ｄ　Ｍａｘ＿芷十Ｉ彩边　形建模、ＮＵＲＢＳ　ｆｌ｛１线建模、　”　模等彩种　迩模方　，ｊ　，以多边彤建坝最为伟ＪＩ　Ｊ　彩　边彤址模以点、线、　为操纵刘象，通过刈　｝备模型的编辄，将琏小的儿¨体转换　ｌ』　构址　旅』Ｌｆ　感　Ｊ交　ｊ　性的虚拟　实场景。　系统）ｉ：发过程．｝　以软什ｆ　程方法学为基　’　ｌ　

基于虚拟现实技术的校园漫游系统设计与实现

摘要：随着计算机及网络技术的发展，虚拟现实技术已成功应用到高校、工程设计、医学等各行各业。对基于虚拟现实技术的数字校园漫游系统的设计与实现做出了系统的分析，重点论述了数字校园、视景的漫游以及系统的设计与实现，具体探讨技术视线碰撞检测的方法。这不仅对学校的资源管理具有重要的指导意义，同时也对学校的宣传以及日后的发展带来深远的影响。

关键词：虚拟现实；校园漫游；设计；实现；分析

1数字校园相关技术分析

数字校园即是指数字信息化的校园，主要以计算机网络和通讯为核心技术，以信息的获取与知识的共享为重要手段，是网络化、数字化、智能化有机结合的新型的、开放式的教育环境。数字化校园主要包括校园的设施数字化、校园的漫游智能化以及可视化等方面的内容，同时也能够对过去进行反演，从而对现实进行决策以及对以后做出有效的预测。

1.1三维场景的建模原理分析

三维场景建模是虚拟校园漫游系统的主要构成部分，而一个虚拟的环境是否逼真则主要来自其视景生产系统的质量，它将直接影响仿真的效果和相似度，同时也是直接影响虚拟现实系统沉浸感的一个重要因素。

1.2建模工具软件的分析

Multigen Creator是一个系列软件，主要为开发的一个实时建模以及图形数库的生产工具，具有强大的多边形建模和矢量建模等功能，提供了多种专业选项及插件，能够较为方便的进行实体模型的建立以及管理工作。

Vega主要是为应用在实时视景仿真以及声音仿真等领域的世界上较为先进的软件环境平台，对于复杂的应用，能够提供便捷的创建、编辑和驱动工具。且性能稳定易用，支持多种数据调入，能提供高效的CAD数据转换。

1.3三维建模相关技术分析

针对三维模型来说，主要是涉及到的数据包括了数字化的地图数据以及三维模型尺寸数据等，同时也包括了建筑图纸以及全校航拍图来获得数字化的地形图数据。三维建模最主要的四个环节是：首先，创建物体的层次结构。这是由于具有层次结构的文件比无层次结构的文件执行效率高。具体可将物体和相关的实体进行组合形成物体组和相关组，在此基础之上嵌套建立起物体的层次结构。其次，对模型进行优化。尽量减少多边形的数量是可视化仿真建模的基本原则之一。最理想的效果就是用最少的多边形来表达视角上很真实的模型。第三，植物建模。根据校园内各种植物在所选取的视野范围内的地理位置、生长密度等特征，可分别采用十字交叉或多十字交叉模型。第四，合理运用实例。当数字校园的场景中相同的某个实际物体比较多时，可通过引用同一个实例的方法来解决相同几何体的模型问题从而降低模型数据的存贮空间。

２ｏｏ９年第３５期（下卷）是爹试周刊　

基于ＯｐｅｎＧＬ的虚拟校园漫游系统的实现　

朱静雯伍艳莲　

（南京农业大学，江苏南京２１００９５）　

摘要：本文作者讨论了基ｆｆ－ＯｐｅｎＧＬ￣虚拟环境的建模　

与漫游，并以此开发出一个虚拟的环境。系统ｒＸＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０　为开发平台，结合ＯｐｅｎＧＬＩ／￣＇３ＤＳＭＡＸ建模。进行了南京农业大　

学部分场景的建模，以及漫游的实现。　

关键词：虚拟现实　虚拟校园　ＯｐｅｎＧＬ　

１．引言　

虚拟现实（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ），又称为虚拟环境（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｅｎｖｉ．　

ｒｏｎｍｅｎｔ），是计算机生成的绐人多种感官刺激的虚拟世界（环　

境），是一种高级的人机交互系统Ⅲ。它集成了计算机图形学、　

传感器技术和计算机仿真等多种高科技的最新成果，使人和　

计算机很好地“融为一体”，给人以“身临其境”的感觉［２］。虚拟　现实技术因其可以降低成本，减少危险，提高效率，克服物理　

条件的限制，拓宽应用领域等诸多优点，已在娱乐、医疗、工程　

与建筑、教育与培训、军事、科学和金融可视化等方面获得了　

应用。目前国外在虚拟现实的应用上，主要侧重历史继承性的　

应用『３］。如：地域演变的模拟、生物演变的模拟、虚拟博物馆、　

虚拟展览馆、文物的复原＿４　等。还有就是虚拟游戏的开发，以　

及虚拟现实技术与遥感技术的结合，用于气象、宇航等事业。　

近年来，由于地理信息系统（ＧＩＳ）应用的发展，能提供良好的　人机界面的虚拟现实技术与ＧＩｓ技术的结合将成为必然趋势。　

例如：数字城市、数字地球等概念屡见不鲜。在建筑设计、房产　

开发中．利用虚拟现实技术虚拟出建筑物．让设计人员、用户　

对室内、室外进行考查。虚拟现实技术为设计人员、用户对房　

产设计规划是否合理、满意提供了直观参考，并且可以节约生　

产成本．缩短建设周期。　

虚拟校园作为虚拟现实的一个应用，可以让学生或家长　

在虚拟环境下漫游学校，对校园。有较直观的了解。ＯｐｅｎＧＬ