虚拟现实技术的仿真校园实现

于世林 古丽米拉·克孜尔别克 王友琪 陈义文

摘  要： 以农大一号楼的虚拟模型搭建为例，简要描述了虚拟校园的制作过程。文章主要介绍如何利用3D MAX来完成虚拟建筑模型的制作。

关键词： 虚拟校园; 虚拟现实技术; 3D MAX; 建模

中图分类号：TP31.9          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）04-30-03

Absrtact： Taking the building of virtual model of No. 1 Building of Agricultural University as an example， the process of making virtual campus is briefly described. This paper mainly introduces how to use 3D MAX to realize the making of virtual building model.

Key words： three-dimensional animation; virtual reality technology; 3D MAX; modeling

0 引言

虚拟现实（VirtualeRialyt，简称v）R，又译为临境，灵境等[1]。3D虚拟技术在各个领域得到广泛应用。目前，许多高校都使用这种技术来模拟校园环境，通过3D全景虚拟校园建立完整的现实生活校园环境，校园网络等，达到宣传学校的目的，促进学校的发展。虚拟校园的成功建设对于大学展示校园，扩大招生，改善就业具有重要意义。也为人们了解学校环境提供了更直接方便的方法。在虚拟仿真校园建成之后，学校的宣传方式除了传统的文字，图片等方式之外，还可以让用户通过网络等手段了解学校的相关情况和大致的环境。虚拟仿真校园有很多好处，如教生可以在短时间内熟悉校园环境;将学校的环境更好的展示给更多的人，向全国各地的学生宣传学校;促进学校信息化建设快速发展，促使校园文化和校园外观更加完善。

1 国内和国外发展现状

1.1 国外发展现状

目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面[2]。虚拟场景漫游技术的全球领导者是美国。如大学生的日常学习生活，大学教师的教学工作，大学校园的漫游等。虚拟技术不仅用于大学校园，还用于美国的航空航天技术和军事等领域。

1.2 国内相关文献简述

虽然中国在科技方面发展迅速，但是我国在虚拟现实技术方面同世界科技水平高的国家还是存在一定的差距，目前我国部分高校也已经对这项技术有所研究，并将其运用在了校园漫游、校园建设等方面。

北京航空航天大学计算机学院开展的虚拟漫游技术研究的研究机构是中国开展最早的机构。香港中文大学，徐州师范大学和贵州师范大学都实现了相应水平的虚拟漫游校园建设。近年来，中国许多的大学和研究机构也在虚拟现实技术方面取得了一些特别的研究成果，中国的虚拟現实技术由此进入了快速发展的阶段。

2 研究过程

2.1 Autodesk 3D Studio max软件概述

在软件选择方面，大多数模型的构建都使用的软件大致分为图像处理软件、三维建模软件、VR软件、GIS软件四类[3]。而3D Studio Max通常被称为3 ds Max或MAX，最初称为3 DS。因为它很类似于dos阶段，它需要记忆的命令十分繁杂，并且使用起来不方便。3D MAX功能的强大和灵活性都是在这方面的最佳选择。

2.2 原始数据的收集

在虚拟校园建立之初，首先考虑的是所要建立建筑的第一手的数据，最初掌握的数据是否可靠起着至关重要的作用。数据越是真实可靠最终的效果也越是逼真，一个逼真的建筑模型也是给用户越为真实的感受的前提。

为了提供给用户最为真是的体验，在例如教学楼中的场景制作，可观察其结构，在楼层之间的搭建，就可以采用“去异留同”的制作方法。这样既可以减轻模型的制作难度，也极大的保留建筑的整齐的特点。

2.3 虚拟校园的建筑模型构

总的来说，基于3DMax的虚拟现实技术大致来说可以分为先整体后局部和先局部后整体两个方法[4]。本研究项目以新疆农业大学第一教学楼为研究对象，以3D MAX平台为研究工具，构建虚拟校园模型。首先利用3D MAX软件整体构建校园模型，使用3D MAX中的插件编辑和处理模型，为实现虚拟校园一号楼的建设提供基本方案;然后使用渲染软件渲染模型，选择建筑模型的材质，添加纹理，调整各种参数，完成虚拟校园漫游场景。

我们主要制作农大一号教学楼及附近的环境，虚拟场景的构建可分为以下三个步骤。

第一步，根据校园和附近建筑物上收集的环境对象的分布图和具体计划，建造1号虚拟建筑物。根据1号楼的一些基本数据，如整体建筑面积和长度，宽度，高度和校园目标位置等。实地考察第一楼，并结合电子地图获取这些基本数据。

第二步，建筑的每层楼的物理对象分别建模，以离散实体为特征，具有独立的个体。采用什么建模方法取决于具体场景模型的类型和复杂程度，最后得到第一建筑物的场景文件。为了增强视觉体验，在具体添加部分细节场景，增加真实感。

第三步，虚拟场景的合成。在构造每个单独的实体场景之后，这些场景被集成以合成完整的虚拟一号楼场景。通过以上三个步骤，可以实现虚拟建筑物的构造。

在模型的的搭建过程中，模型不易太过于粗糙和简单，否则这将影响到整体对于字节问题的展示，会使用户的体验大打折扣，若是过于复杂，则电脑硬件方面需求较高，所以需要整体考虑。

使用3D MAX进行建模时，使用3D MAX软件的挤出和放样功能。首先根据前期收集到的数据建立教学楼基础地基。然后用确定的窗户的尺寸，以及教学楼的高度数据和层高高度数据等参数，然后需要优化所构建的3D模型：在一些重合的位置上执行处理操作，尽量使得每个面都可以贴近真实情况。最后要调整、优化和检查完成的3D模型的位置。初步搭建的模型如图1所示。

2.4 渲染

通过3D MAX制作好的一号楼模型，再通过渲染器将其效果图加以完善渲染，这是模型构建的最后一步，也是使图像适合3D场景的最后阶段。

执行渲染程序还需要一些专门的操作，例如要确定哪些模型在前面，哪些模型在后面，以及哪些模型被遮挡。模型的遮挡关系不能完美地再现空间感。在前面的工作完成之后，渲染程序还根据各个建筑模型的材质对其进行对象表面颜色的计算，材质可以模拟物体的表面特性， 如颜色、纹理等。对建立好的模型进行材质贴图设置， 可使它具有同真实世界一样的视觉效果[5]。如图2所示。

3 结论

本文利用3D MAX制作了新农大一号教学楼的模型，进行了简易的制作，并介绍了将虚拟现实技术应用于校园建设的特点和必要性。本文也对3D MAX和虚拟化的实现提出了一些个人认识和观点，将农大一号教学楼的模拟情况在计算机虚拟环境下展示，为农大校园和日后的校园虚拟化建设提供了一些基础。

参考文献（References）：

[1] 张篙，张天驰，陈怀友虚拟现实技术及应用[M].清华大学出版社，2011.

[2] 孙伟.实用VRGIS技术的研究及其应用[D].南京理工大学，2004.

[3] 蔺薛菲.虚拟现实三维场景建模与人机交互应用技术研究[J].艺术与设计（理论），2017.2（4）：100-102

[4] 戴龙利.基于World Viz虚拟现实平台的建模和互动研究[D].东南大学，2017.

[5] 肖灵君，刘紫薇.基于3ds Max和Virtools的虚拟校园的开发和设计[J].中国科技信息，2009.12：173