计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统构建

刘 鼐（江西服装学院，江西 南昌 330201）

前言

在以往环境艺术地理环境分析过程中，大多采用二维图像进行描述，缺乏一定的直观性、互动性，分析效果较差。而通过Creator建模工具，进行三维虚拟环境中实体模型、地形模型的构建，可以进行环境艺术的三维虚拟重现。不仅可以直观展示环境艺术地理环境，而且可以进行交互式操作。因此，对计算机虚拟现实技术在环境艺术设计系统构建中的应用进行适当分析非常必要。

一、传统环境艺术设计课程教学现状

在近几年发展进程中，高校招生规模不断扩大，环境艺术设计课程学习人员数量也不断增加，使得高校教学资源缺失、设备短缺问题逐渐凸显。再加上环境艺术设计专业在实际教学过程中，需要经常进行一些操作系统安装、格式化练习，硬件设备损耗率较高[1]。而为了降低硬件设备损耗量，多数专业教师减少了实训课程开展学时，对专业学生实践能力培养造成了一定影响。

二、基于计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统特点

1.信息交互性

基于计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统可以促使用户在虚拟环境中操控物体，提炼信息。如在环境艺术设计系统中用手抓住物品，感受物品重量、触感、形态等。

2.环境浸入性

通过真假难辨的环境艺术设计系统设置，可以促使专业学生融入真实环境，提高专业学生参与积极性[2]。

3.空间构想性

基于计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统为专业学生提供了充足的想象空间，脱离现实世界中的环境限制，促使专业学生根据自身意识构想、创造，提高环境艺术设计作品创新性。

三、计算机虚拟现实技术在环境艺术设计系统中的应用

1.二维电子环境数据边缘处理

首先，相关人员需要采用Creator建模工具建模功能模块Terrain，对相应格式的*.ded资料进行自主建模。同时从颜色、纹理等方面，对环境特征物模型进行处理。随后经GeoFeature模块处理，可得到DFD格式的环境地形模型数据。

其次，考虑到二维电子环境图形高程数据缺乏一定的系统性，相关课程教学人员可利用Creator建模工具，进行初始环境图形数据修正。在获得相同区域的网格数据之后，将距离加强内插法作为主要数据补充方法，对网格内不确定数据间预测分析。并依据距离获得所给权重，对近邻已知点数值进行加权计算[3]。

最后，根据近邻已知点数值加权计算结果，对二维图高程点经纬度信息进行Deluanya剖分。采用不同颜色表示网格中不同数据密集程度，即环境地形波动范围。在获得环境地形三维三角剖分图之后，相关课程教学人员可逐步补齐二维图高程点经纬度信息，并将其转化为Creator支撑的DED格式的曲线拟合数据。

2.DED格式的环境图形数据获取

Creator建模软件自带的地形建模模块并不具备环境图形格式分析模块，导致初步设置的环境图形无法形成完善的三维环境模型。基于此，相关课程教学人员应将环境地理信息库中数据进行格式转换，获得Creator软件工具可分析的DED格式环境图形水深、高程点信息数据或者DFD格式数据。

在具体操作过程中，相关课程教学人员可利用Matlab运算软件，对所采集环境数据，进行格式转换。同时将转换过格式的环境图形数据储存到BIN文件夹内。并利用3dem数据格式转换工具，对BIN文件夹内的数据进行处理，以得到USGSDEM格式的数据文件。随后进入Create安装目录，执行C/MulitGen/Creator/redausgs程序，促使DEM格式文件转换为DED/DFD格式文件[4]。依据DED格式文件现有数据点，可进行环境地形三维建模。需要注意的是，在环境地形三维建模过程中，相关课程教学人员应合理利用Creator建模工具，进行环境地形模型数据库的设置。除基础地形、地理属性等特征数据以外，相关课程教学人员还需要采用Creator建模工具中Polymesh模块地形变化算法。结合初始数字高程点地形信息，进行矩形网络形式的模型数据库设置。即首先设置地图投影种类，随后采用Creator建模工具Flat Earth投影措施，在Polymesh地形变换算法应用的基础上，以二维图高程点经度作为三维地图X坐标，以二维图高程点纬度作为三维地图投影Y坐标。在获得矩形环境地形模型数据库之后，在海岸线保留的基础上，以地球中心为数据库原点，在WGS84坐标系内进行批量操作，最终可得到开放式块状地形文件。

此外，数据库是基于计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统运行的关键。因此，在DED/DFD文件获取之后，相关课程教学人员可将单一环境地图进行分块。随后利用Creator建模工具中Terrain模块，自动生成地形高程数据信息。最后对地标颜色、不同小地形块间相对位置、纹理进行合理设置。

3.环境艺术设计系统运行

基于计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统可以通过三维环境的真实再现，观测环境地形及雨雾等天气信息。其中基于计算机虚拟现实技术的环境艺术设计系统地形信息主要包括静态三维实体模型、动态三维实体模型两种类型。如环境地表礁石、空中飞机、海中灯塔等。在实际运行过程中，相关课程教学人员需要利用计算机工具，在Windows 2010开发平台上，利用Visual C++开发工具，采用Vega驱动软件、Creator建模工具，可实现环境的三维模拟。其中Vega是一种实时视景虚拟仿真的工具，其主要包括C语言应用程序接口、图形环境界面、实用库函数等几个模块。

在具体环境艺术设计系统运行中，首先，相关课程教学人员需要逐步进行静态实体、动态实体结合模型的构建。如舰艇、海底地形等。

其次，在三维图形几何模型构建的基础上，相关课程教学人员可利用Creator建模工具，进行世界坐标系变换。即以舰艇几何中心为原点，舰艇上部为Y轴、舰艇下部为Z轴，舰艇右部为X轴。将其放置于世界变换坐标系中。通过对模型坐标平移处理，可得到舰艇各点在世界坐标系中的具体方位。

再次，相关课程教学人员可利用Vega软件，在Marine环境中，对环境状态进行模拟。即利用Vega Marine动态特性及静态环境设置菜蔬，进行多条正弦曲线、非谐波频率的调整，进行海浪、舰艇模型的模拟重现。

最后，为确定基于计算机虚拟现实模型的环境艺术设计系统的运行效果，相关课程教学人员可采用三维虚拟重现技术获取某地域表层地形三维可视化效果图，在ARCGIS11.2环境中，生成晕渲图。通过对最终获取的地表地形晕渲图进行可视化评估，可确定该环境艺术设计系统三维模拟的准确性。

总结

综上所述，计算机虚拟现实技术在环境艺术设计课程教学中的应用，可以促使专业学生在一台计算机中实现多种操作。因此，相关专业教学人员应合理利用计算机虚拟现实技术，依据阶段教学任务，结合室内设计、室外设计等模块教学内容。依托互联网平台，利用Creator建模工具，构建三维环境艺术设计系统。对课程教学内容进行深入分析，提高课程教学效率。