許愛軍

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州　510430)

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虛擬校園三維場景構(gòu)建與漫游導(dǎo)航的實現(xiàn)

許愛軍

(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州510430)

為集中展示校園風貌和文化氛圍，基于Creator和Vega平臺實現(xiàn)了自動導(dǎo)航尋徑的虛擬校園漫游系統(tǒng)；結(jié)合校園建筑特點，引入面向?qū)ο笏枷氩?yīng)用有向無環(huán)樹狀圖組織場景數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對虛擬場景的層次化管理；在建模階段，利用不同精度的紋理貼圖生成不同精度的模型，給出了支持LOD的快速建模方法；在漫游導(dǎo)航中，通過鼠標拾取實時顯示虛擬物體的屬性信息，運用方向優(yōu)先的Dijkstra算法查找最短路徑并實現(xiàn)漫游導(dǎo)航功能；在普通PC上測試，無論是單個模型的渲染效率還是系統(tǒng)的整體性能，場景的逼真度和瀏覽的順暢性都較為理想，體現(xiàn)出人機工程順暢和自然的特征。

虛擬校園；虛擬漫游；虛擬尋徑；三維虛擬場景構(gòu)建

0　引言

虛擬校園是以虛擬現(xiàn)實技術(shù)、空間地理信息技術(shù)、計算機圖形學(xué)、計算機多媒體技術(shù)等為基礎(chǔ)，以真實空間地理環(huán)境為原型，采用三維建模技術(shù)重現(xiàn)的真實校園場景[1]。虛擬校園建設(shè)的目的在于集中展示校園風貌(或提前規(guī)劃待建校區(qū))，便于用戶更好地了解校園環(huán)境和文化氛圍，從而提升學(xué)校的影響力和知名度。

作為規(guī)模較大的一種三維虛擬場景，虛擬校園的快速繪制和優(yōu)化瀏覽一直是可視化仿真領(lǐng)域研究的重點。針對三維建筑模型，龍勇[2]對三維實體模型的建模流程進行了歸納，并演繹出具有一般意義的三維實體建模策略集；欒悉道[3]對三維數(shù)據(jù)獲取與建模方法進行了介紹，重點對激光掃描系統(tǒng)、基于圖像建模技術(shù)進行說明與對比。針對地形模型，吳曉彥[4]提出基于K-means聚類和動態(tài)LOD的三維地形建模方法；付延強[5]提出基于區(qū)域特征的距離加權(quán)的三維地形建模方法等。本文主要采用實時仿真建模軟件MultiGen Creator建模，提出并實現(xiàn)了支持LOD的快速建模方法。

虛擬漫游是指用戶在三維引擎支持下瀏覽虛擬校園，通過輸入設(shè)備(如:鼠標、鍵盤)控制瀏覽的速度、視角和方向，并能利用導(dǎo)航和交互，實現(xiàn)清晰、有選擇性和個性化的瀏覽[6]。其中，尋徑是虛擬漫游系統(tǒng)要重點解決的問題。因為一個不支持尋徑的虛擬漫游系統(tǒng)，極易讓瀏覽者“迷失”在三維虛擬場景中。針對尋徑問題，石敏[7]提出了基于泰森多邊形的導(dǎo)航路網(wǎng)優(yōu)化方法；張宏[8]在VC的MFC框架下對Vega/lynx進行二次開發(fā)，實現(xiàn)可選擇路徑的漫游；王艷安[9]采用輔助導(dǎo)航地圖的方法滿足漫游尋徑的需要等。

基于上述背景，本文在人機工程學(xué)理論指導(dǎo)下，融入方向優(yōu)先的Dijkstra算法查找最短路徑并實現(xiàn)漫游導(dǎo)航功能，利用鼠標拾取原理實時顯示虛擬物體的屬性信息，同時支持多種導(dǎo)航方式和聲音特效，體現(xiàn)了人機工程的便捷性、個性化特性。

1　虛擬校園總體設(shè)計

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

虛擬校園漫游系統(tǒng)由應(yīng)用層、功能層和數(shù)據(jù)層組成。應(yīng)用層是人機交互的入口，系統(tǒng)提供的虛擬漫游、虛擬物體信息顯示、地點查詢與尋徑等應(yīng)用在這里呈現(xiàn)；功能層是為實現(xiàn)上層應(yīng)用所需要進行的相關(guān)操作，包括從底層收集數(shù)據(jù)、進行碰撞檢測和烘焙渲染等；數(shù)據(jù)層提供虛擬校園的底層數(shù)據(jù)，包括建筑模型、紋理與材質(zhì)、路徑信息、建筑介紹資料，以及以聲音為主的多媒體數(shù)據(jù)信息等。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　虛擬校園漫游系統(tǒng)架構(gòu)

1.2場景的組織與管理

虛擬校園包含大量的建筑實體和環(huán)境物體，空間結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，模型種類豐富。如果采用傳統(tǒng)的文件、2DGIS 附加圖像，或者關(guān)系數(shù)據(jù)庫的方式來管理這些模型，則很難表達出模型間的層次結(jié)構(gòu)和相互間的復(fù)雜關(guān)系。鑒于此，本文采用面向?qū)ο蟮挠邢驘o環(huán)樹狀場景圖[10]對模型數(shù)據(jù)進行管理。

場景圖是一種倒置的有向無環(huán)樹狀圖，通過節(jié)點將所描述實體對象的從屬和邏輯關(guān)系清晰地表達出來。根據(jù)場景圖原理，本系統(tǒng)按“大場景-子塊(子場景)-單個造型”的層次結(jié)構(gòu)組織模型數(shù)據(jù)。首先把整個校園場景分割成教學(xué)區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)、運動區(qū)和宿舍區(qū)5大區(qū)域，再把每個區(qū)域逐漸分解為天空、道路、建筑等若干個子場景，然后繼續(xù)把每個子場景繼續(xù)分解到單個造型單元，整個場景組織為一個樹狀結(jié)構(gòu)。

結(jié)合面向?qū)ο蟮乃枷?，本系統(tǒng)把組成校園場景的對象類分為結(jié)構(gòu)描述類(如：形體節(jié)點、組合節(jié)點等)、造型描述類(如：表面節(jié)點、幾何節(jié)點)和其它輔助類，這三類節(jié)點分別繼承對應(yīng)的基類?；趫鼍皥D的校園場景組織如圖2所示。

圖2　校園場景組織

有向無環(huán)樹狀場景圖的分層結(jié)構(gòu)既能體現(xiàn)模型的固有空間特性，又能實現(xiàn)對大型虛擬場景的層次化管理，在漫游時能動態(tài)提取進入視點范圍的場景，從而提高渲染效率。目前，MultiGen Creator軟件就是采用這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，能支持本方法的實現(xiàn)。

2　虛擬校園三維模型的構(gòu)建

建立模型是創(chuàng)建虛擬環(huán)境、實現(xiàn)虛擬漫游的基礎(chǔ)。建模前，先要收集目標區(qū)域的平面圖(各要素的平面位置控制)、立面圖(建筑側(cè)面的形態(tài)控制)、效果圖(整體布局的視覺效果)及相關(guān)說明信息等，以此為基礎(chǔ)進行建模。

2.1紋理與材質(zhì)的獲取

獲取紋理和材質(zhì)的主要方式是實地拍攝，素材包括：墻壁、道路交通、門、窗、石材、玻璃、天空、Billboards等。由于受光線和拍攝角度的限制，采集的紋理照片往往與真實物體有較大差別，通常要用圖片處理軟件(如：Photoshop)進行旋轉(zhuǎn)、透視、扭曲、裁切、拼接，以及色相飽和度等處理，生成正射的紋理照片。圖3是紋理照片透視處理前后的對比情況。

本系統(tǒng)按照“紋理分類大類-小類-序號-分辨率等級”的規(guī)則對紋理進行編碼管理。將每張紋理圖片同時生成模糊、普通和清晰3種版本，分別存入分辨率不同3個的紋理材質(zhì)子庫中，為后期LOD(Levels of Detail)優(yōu)化調(diào)度做好準備。

圖3　紋理照片透視處理

2.2地表建筑模型的建立

2.2.1使用紋理貼圖

場景中過多的模型細節(jié)會嚴重降低渲染效率。合理使用紋理和材質(zhì)來替代三維模型的幾何細節(jié)，既能減少建模的工作量，也不會過分降低模型的逼真度，不失為一種高效的建模策略。

對室外樓宇建筑，先用MultiGen Creator建立簡單幾何模型，然后對各個面拼接紋理來建立模型。對室內(nèi)物體，先建立物體外圍輪廓，然后采用外擴、擠出、拉伸及布爾運算等操作生成簡單幾何形體的組合，經(jīng)過貼圖后完成模型的建立。

2.2.2支持LOD的模型生成方法

由于紋理有模糊、普通和清晰3個不同版本，在使用貼圖時，同樣也會生成精度不同的3個物體模型。本系統(tǒng)采用“模型大類+小類+層次細節(jié)等級+顏色”的編碼原則對模型進行編碼，分別存入不同精度的模型庫中。這樣，單個物體模型就可以按照LOD的層級來組織幾何和紋理數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4　支持LOD的單個建筑模型

使用圖4所示的建模方法，就可以按照視點與物體之間的距離調(diào)用精細程度不同的模型，當視點距離較遠時調(diào)用粗糙的模型，當視點距離較近時調(diào)用精細的模型，很好地支持LOD的實現(xiàn)，從而加快虛擬場景的渲染速度。

2.3地形模型的建立

2.3.1地形數(shù)據(jù)的獲取

建立三維地形模型需要用到數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，簡稱DEM)數(shù)據(jù)和正射影像。DEM是用來描述地形表面起伏特征的實體地面模型，可以采用工程測量方法(先利用傳統(tǒng)測角、量邊方法進行碎步測量，然后導(dǎo)入數(shù)字測圖軟件生成)[11]、獲取免費的數(shù)字高程模型(利用google earth軟件生成或者從高程數(shù)據(jù)網(wǎng)站下載)等生成。

由于校園地勢較為平緩，本系統(tǒng)采用工程測量方法，將碎步點數(shù)據(jù)導(dǎo)入廣州南方測繪公司的CASS測圖軟件，生成等高數(shù)據(jù)。先依據(jù)DEM數(shù)據(jù)構(gòu)造多邊形，經(jīng)過幾何變換(旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等)、投影變換、視點變換和消隱處理后，再利用紋理映射技術(shù)將前期處理的地面正射影像與DEM融合，建立起地表模型。需要注意的是，為了使地形和建筑物連成一個整體，需要將多邊形內(nèi)的網(wǎng)格點高程置平，把建筑物的底部邊界作為限定邊插入到DEM地形模型中，同時把建筑物底部的三角形做好標記便于后期進行空間分析。

2.3.2地形模型的優(yōu)化

對于地形模型來說，DEM格網(wǎng)越密，模擬的地形越精確，但地形數(shù)據(jù)越大，場景載入速度就越慢。格網(wǎng)越疏，地形數(shù)據(jù)越小，場景載入速度越快，但地形越粗糙。所以DEM格網(wǎng)的行數(shù)和列數(shù)要根據(jù)虛擬場景的實際和運行終端的性能來決定。基于Quadtree的LOD算法[12]常采用四叉樹分割方法進行地形繪制，DEM數(shù)據(jù)行列的取樣數(shù)目必須滿足(2n+1)×(2n+1)要求。所以，對地勢平坦的虛擬校園Grid模型，系統(tǒng)采用513×513的格網(wǎng)，保證視覺感官的順暢瀏覽，數(shù)據(jù)文件也不會太大。

2.4環(huán)境特殊模型的建立

虛擬校園還存在一些不規(guī)則的特殊物體，如樹木、路燈、天空等，如果對這些物體建模，耗費的工作量和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量都很大。對這些物體，本系統(tǒng)采用透明和不透明單面技術(shù)進行處理。

透明單面主要用于場景中不規(guī)則物體(如：樹木、花草、路燈、路牌、柵欄等)的建模，這些物體的共同特征是模型復(fù)雜但對細節(jié)要求不高。本系統(tǒng)的解決辦法是，先用Photoshop對圖片素材進行透明處理(用魔術(shù)棒工具選中素材以外的區(qū)域，刪除不需要的背景，如圖5所示)，存為png格式，然后將這些png格式圖片導(dǎo)入MultiGen Creator，經(jīng)過轉(zhuǎn)換生成rgba格式的文件，最后采用透明紋理映射技術(shù)完成透明單面的構(gòu)造。

圖5　透明單片構(gòu)造前的素材處理

不透明單面的典型應(yīng)用是天空(晴天、多云、多霧等)和遠景(如海洋、山脈等)，這些環(huán)境的特征是視點遠、只需呈現(xiàn)效果、無細節(jié)要求。本系統(tǒng)采用天空圓頂(Sky Dome)方案[13]對天空進行模擬，實現(xiàn)方法是：在虛擬場景上方加蓋一個多邊形頂蓋，在多邊形上映射晴天、多云、多霧等天氣效果紋理。這樣，當視點在這個由地面、頂蓋、邊界閉合圈組成的空間盒內(nèi)移動時，就會有由天空、遠景產(chǎn)生的縱深感。

3　漫游導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)

人機工程學(xué)[14]是一門涉及生理學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科的交叉科學(xué)，以研究“人-機器-環(huán)境”三者之間的協(xié)調(diào)為核心。根據(jù)人機工程學(xué)理論，虛擬校園除了要為用戶提供真實空間感之外，還要提供查詢某個對象、指引用戶到達某個地點，以及具有行走感的交互漫游等功能。

3.1虛擬對象拾取與信息顯示

虛擬對象拾取是指在漫游中，通過鼠標單擊虛擬對象的某個部位就能選中這個虛擬物體。這個看似簡單的功能，實現(xiàn)過程還較為復(fù)雜，涉及到二維屏幕坐標到三維空間坐標的轉(zhuǎn)換，以及采用空間包圍盒方法判斷解析到的三維坐標屬于哪個虛擬對象的內(nèi)部，包含這個三維坐標的虛擬對象就被選中[15]。這個過程實際是通過底層圖形庫OpenGL來完成的。本系統(tǒng)采用Vega的Callback回調(diào)函數(shù)調(diào)用OpenGL命令，從而實現(xiàn)虛擬對象的拾取。

虛擬對象拾取后，就能獲得這個對象的唯一關(guān)鍵識別標識OID，根據(jù)OID值搜索屬性數(shù)據(jù)庫，從而找到該虛擬對象的屬性值并顯示出來。

3.2虛擬對象查詢與尋徑導(dǎo)航

虛擬對象查詢是指在漫游中，用戶輸入需要前往的地點(通常為建筑的名字)后，系統(tǒng)為用戶找到該建筑。虛擬尋徑要以虛擬對象查詢?yōu)榛A(chǔ)，當找到目標建筑后，系統(tǒng)生成一條從當前位置到目標位置的導(dǎo)航路徑，引導(dǎo)用戶進行瀏覽，從而實現(xiàn)虛擬尋徑。

實現(xiàn)虛擬尋徑需要具備2個前提：1)在構(gòu)建虛擬場景時，要將各個虛擬對象的正面入口坐標作為該對象的三維坐標，存儲到屬性庫中；2)依照虛擬對象的三維坐標，分析虛擬對象之間的拓撲關(guān)系，進而構(gòu)建起路網(wǎng)關(guān)系圖。

3.2.1路網(wǎng)關(guān)系圖的建立

在建立路網(wǎng)關(guān)系時，需要考慮是否“穿越”建筑物的情況。因為，根據(jù)三維坐標計算兩個虛擬對象的路徑長度時，可能出現(xiàn)“從某個建筑物中間穿過”的情況，這與實際情況不符。為此，本系統(tǒng)采用添加標記的方式來解決。當檢測到 “穿越”情況發(fā)生后，則在“被穿越”建筑的外圍左右兩側(cè)分別添加一個標記點，分別計算從起點到這個標記之間的距離，以及從這個標記到終點之間的距離，比較這兩端距離之和，較短距離所在的標記予以保留(另一個標記剔除)，同時記錄這個標記的坐標和新增的2條路徑信息。當所有虛擬對象都遍歷完成，就建立起本系統(tǒng)的路網(wǎng)關(guān)系圖。

3.2.2基于改進Dijkstra算法的虛擬尋徑

由上可知，路網(wǎng)關(guān)系圖是由大量多邊形組成的拓撲結(jié)構(gòu)圖，圖中的節(jié)點由建筑對象和添加的標記點組成，節(jié)點間的弧長代表建筑之間或標記點到建筑之間的距離。虛擬尋徑就是要在這些多邊形中找到一條最短的路徑作為導(dǎo)航路線。

尋找最短路徑的著名算法是Dijkstra算法，但由于傳統(tǒng)Dijkstra算法需要逐一搜索全部節(jié)點，效率較低，本系統(tǒng)采用文獻[16]提到的改進Dijkstra算法來尋找最短路徑。改進的依據(jù)是：漫游導(dǎo)航路徑的大體方向，應(yīng)該與起始節(jié)點到目標節(jié)點連線的方向基本一致。這樣，在選擇下一個節(jié)點時，與起始節(jié)點連線方向更接近的節(jié)點被選中的可能性更大，從而縮小了節(jié)點的搜索范圍，實現(xiàn)以方向優(yōu)先的搜索策略。

融入方向優(yōu)先的Dijkstra算法后，虛擬尋徑的具體實現(xiàn)過程如下：

Step1：將用戶選擇的虛擬對象名稱作為查詢條件，生成SQL語句，從屬性數(shù)據(jù)庫匹配屬性值；

Step2：找到虛擬對象后，提取該對象的OID值；

Step3：搜索空間對象ID管理器，找到該對象的三維坐標，即為目標點位置；

Step4：查找與當前用戶替身最近的空間對象(可能不在視線范圍)，將該對象的坐標位置作為起始位置；

Step5：在路網(wǎng)關(guān)系圖上，運用改進的Dijkstra算法計算從起始位置到目標點位置之間的最短路徑，記錄路徑上的每個節(jié)點；

Step6：將用戶當前位置點作為第1個節(jié)點，最短路徑的起始節(jié)點作為第2個節(jié)點，目標位置點作為末端節(jié)點，建立起從當前位置到目標位置之間的導(dǎo)航路徑。

3.3交互漫游與聲音特效

交互漫游是人-機結(jié)合的核心，用戶通過鼠標和鍵盤控制漫游路徑，能在虛擬校園中自由瀏覽。本系統(tǒng)提供了步行和飛行兩種漫游模式，每種模式都具備碰撞檢測及響應(yīng)的功能。

為了體現(xiàn)人機工程自然、舒適的特征，本系統(tǒng)在漫游中增加了聲音特效。比如：在步行漫游時，發(fā)出移動的腳步聲；漫游到校園后山時，發(fā)出鳥叫聲；單擊校門打開時，發(fā)出開門的“吱吱”聲等。

4　系統(tǒng)實現(xiàn)與性能分析

基于上述描述方法與關(guān)鍵技術(shù)，本文基于Creator和Vega平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了虛擬校園漫游導(dǎo)航系統(tǒng)。

4.1實現(xiàn)效果

登錄系統(tǒng)后，用戶可以選擇步行或飛行漫游模式，并能控制漫游的方向(前、后、左、右)，如如圖6、圖7所示。在漫游中，用戶如果想了解某個對象的詳細信息，只要單擊這個物體，就會出現(xiàn)信息顯示框，如圖8所示。當用戶點擊“虛擬尋徑”下拉菜單后，彈出選擇目的地的提示框，用戶選擇目的地后，系統(tǒng)自動為用戶導(dǎo)航到該建筑前方，如圖9所示。

圖6　步行漫游模式

圖7　飛行漫游模式

圖8　虛擬物體信息顯示

圖9　虛擬尋徑效果

4.2性能分析

為了測試單個模型渲染的效率和本系統(tǒng)整體運行性能，本文分別對不同復(fù)雜度(以頂點數(shù)和三角面數(shù)衡量)的模型渲染和系統(tǒng)運行幀速進行測試。

測試環(huán)境是：CPU 3.2 GHz雙核，內(nèi)存4 GB，顯卡NVIDIA GeForce GTS 960，硬盤1 TB。測試情況如表1和圖10所示。

表1　單個模型渲染性能

從表1可以看出，當單個模型的三角面數(shù)低于6 000，且所貼紋理不超過25 M時，模型的渲染速度接近30幀/秒，可以達到模型順暢流暢的需求。同時，當單個模型的三角面數(shù)高于15 000，且所貼紋理超過70 M時，模型渲染效率非常低。

圖10　系統(tǒng)運行幀速率

從圖10可以看出，系統(tǒng)在初始運行的60秒時間內(nèi)，場景文件載入時間約為8秒，最大幀速為76幀/秒，最小幀速為28幀/秒，系統(tǒng)運行平均幀速為53幀/秒。從測試情況看，系統(tǒng)運行的順暢程度是較為理想的。

5　結(jié)束語

本文采用Creator和Vega平臺，設(shè)計并實現(xiàn)了自動尋徑的交互式虛擬漫游系統(tǒng)。提出了系統(tǒng)的三層體系架構(gòu)，采用面向?qū)ο蟮挠邢驘o環(huán)樹狀場景圖組織虛擬場景，通過構(gòu)建多分辨率場景模型，給出了支持LOD的快速建模方法，利用鼠標拾取原理實時顯示虛擬物體的屬性信息，融入方向優(yōu)先的Dijkstra算法實現(xiàn)漫游導(dǎo)航功能。測試結(jié)果顯示，系統(tǒng)的逼真度和順暢性都較為理想，并同時支持多種導(dǎo)航方式和聲音特效，體現(xiàn)了人機工程的便捷性、個性化特性。

為了進一步提升人機工程自然、舒適、高效的特性，提升漫游系統(tǒng)的沉浸感，還需要在地形模型的優(yōu)化、人物角色的添加，以及移動的汽車、飄動的旗幟、過往的行人等動態(tài)模型的構(gòu)建等方面作進一步研究,這也是今后努力的方向。

[1] 許愛軍,張文金,易丹.基于VRML的虛擬現(xiàn)實技術(shù)及應(yīng)用[J].計算機與數(shù)字工程,2009(04):186-189.

[2] 龍勇,袁靜,康鳳舉.可視化仿真中三維建模策略研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2011,23(12): 2682-2687

[3] 欒悉道,應(yīng)龍,謝毓湘.三維建模技術(shù)研究進展[J].計算機科學(xué),2008(02):208-210.

[4] 吳曉彥,顧韻華,張俊勇,等.基于聚類和動態(tài)LOD的三維地形建模方法[J].2015(02):469-475.

[5] 付延強,韓慧健.基于區(qū)域特征距離加權(quán)的三維地形建模方法[J].計算機應(yīng)用,2012(12):3377-3380.[6] 許愛軍,張文金,黃正午.支持協(xié)同工作的VRML網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[J].計算機仿真,2009(11):287-290.

[7] 石敏,王俊錚,魏家輝.真實感三維虛擬場景構(gòu)建與漫游方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2014(09):1969-1974.

[8] 張宏,宋萃娥.可視化及漫游技術(shù)的研究與實現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2011(12):2701-2703，2708.

[9] 王艷安,曾俊峰,安運華.長江大學(xué)校園虛擬漫游系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010(09):2237-2240.

[10] 王源,劉建永,曾京.大規(guī)模場景虛擬漫游系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].工程圖學(xué)學(xué)報,2010(05):107-111.

[11] 周博飛,李緒華,張學(xué)之.3維城市模型建模方法分類與建模流程探討[J].測繪與空間地理信息,2012(06):138-143.

[12] 李欽,戴樹嶺,趙永嘉,等.分塊LOD大規(guī)模地形實時渲染算法[J].計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報,2013(05):708-713.

[13] 雷勵星,范賢德,徐振中.面向飛行模擬的大氣效果實時繪制技術(shù)[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009(07):1019-1022.

[14] 孫立博,劉艷,孫濟洲,等.面向人機工程學(xué)測試的虛擬手仿真模型[J].計算機工程,2009(10):10-12.

[15] 張勇.虛擬實驗室導(dǎo)覽系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2009(01):129-132.

[16] 董俊,黃傳河.改進 Dijkstra算法在GIS導(dǎo)航應(yīng)用中最短路徑搜索研究[J].計算機科學(xué),2012(10):245-247-257.

Realization of 3D Scene Construction and Navigation in Virtual Campus

Xu Aijun

(Guangzhou Railway Polytechnic,Guangzhou510430,China)

In order to show the campus landscape and cultural atmosphere,this paper designs virtual campus roaming system based on Creator and Vega platform. This paper introduces the object oriented thought organization scene data combining with the characteristics of campus buildings,and realized the hierarchical management of virtual scene. In the modeling stage,the system uses different accuracy of texture mapping to generate different precision model,given fast modeling method for supporting LOD. In the navigation,the system can display the attribute information of the virtual object by clicking mouse,and find the shortest path by using the Dijkstra algorithm. By testing on PC,the scene fidelity and view fluency is ideal no matter in rendering efficiency or overall system efficiency.

virtual campus; virtual roaming; virtual path; 3D virtual scene construction

1671-4598(2016)04-0210-04DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.04.061

TP391.9

A

2015-10-25；

2015-11-18。

廣東省科技計劃項目(2015A030401005)；廣東省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2014年度教育信息技術(shù)研究項目(14JXN018)。

許愛軍(1978-),男，湖南岳陽人，研究生，副教授，主要從事計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)方向的研究。