淺談利用Java3D構(gòu)建虛擬校園場(chǎng)景的方法

甘煜輝

摘要：本文指出了Java3D技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)通過(guò)Java3D如何構(gòu)建虛擬校園場(chǎng)景的方法進(jìn)行了一番論述。

關(guān)鍵詞：Java3D 虛擬校園 場(chǎng)景構(gòu)建

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大地促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的普遍應(yīng)用，比如，科學(xué)計(jì)算可視化、教育與訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)等諸多方面。而隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)等各項(xiàng)技術(shù)的全面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了建立基于Web的虛擬校園目標(biāo)，用戶只需要利用互聯(lián)網(wǎng)就能夠觀察到校園的景觀、諸多的設(shè)施以及服務(wù)等，彷如自己就身處在校園之中。通過(guò)虛擬校園的構(gòu)建，為廣大的用戶提供了良好的對(duì)校園信息訪問(wèn)的平臺(tái)，很好地推動(dòng)了校園建設(shè)步伐以及遠(yuǎn)程教學(xué)的發(fā)展步伐。

1 Java3D技術(shù)特點(diǎn)

實(shí)際使用最多的3D技術(shù)有OpcnCL、Direct3D、VRML、Java3D；從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式的角度上來(lái)看，OpcnCL和Direct3D以開發(fā)C/S模式為主，VRML和Java3D以開發(fā)B/S模式為主。OpcnCL獨(dú)立于硬件和窗口系統(tǒng)，其移植性較強(qiáng)，但其運(yùn)行環(huán)境無(wú)法得到瀏覽器的支持。Direct3D主要是由Microsoft公司研發(fā)的專業(yè)的3D程序接口，其具有較強(qiáng)的功能，但僅僅限制于在WIN平臺(tái)上運(yùn)行。VRML是一種被普遍應(yīng)用的Web3D技術(shù)，其屬于靜態(tài)場(chǎng)景的描述性語(yǔ)言，存在著動(dòng)態(tài)交互接口，但必須借助于其他編程語(yǔ)言方可實(shí)現(xiàn)。Java3D主要是Java語(yǔ)言在三維圖形領(lǐng)域中的拓展，可融入至J2SE、J2EE的整體架構(gòu)中，具有很好的拓展性及平臺(tái)無(wú)關(guān)性，與此同時(shí)，由瀏覽器Nctscape與IE提供了對(duì)JVM的支持，只需要在操作平臺(tái)上進(jìn)行JVM的安裝就能夠有效運(yùn)行Applet小程序，如此一來(lái)，Java3D構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景就完全能在瀏覽器上進(jìn)行繪制。Java3D的應(yīng)用編程接口很好地為我們提供了三維場(chǎng)景的構(gòu)建體系，具有可產(chǎn)生出簡(jiǎn)單或者復(fù)雜的幾何形體；支持形體變動(dòng)與移動(dòng)；有著較好的鍵盤、鼠標(biāo)、定時(shí)等諸多行為的判斷力；可實(shí)施動(dòng)態(tài)建模等各項(xiàng)功能。通過(guò)Java3D構(gòu)建場(chǎng)景的方法十分的靈活、效果明顯、美觀、發(fā)揮著較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，所以，這是目前我們構(gòu)建虛擬校園場(chǎng)景的最佳方法。

2 Java3D構(gòu)建虛擬校園場(chǎng)景的方法

2.1 三維場(chǎng)景的構(gòu)建 通過(guò)Java3D對(duì)校園中的教學(xué)樓、體育場(chǎng)、圖書館、學(xué)生宿舍樓等建筑設(shè)施進(jìn)行一番創(chuàng)建；創(chuàng)建五星紅旗、道路等設(shè)施，以及虛擬環(huán)境（涵蓋背景、光照效果、背景音樂(lè)等），上述所述的所有虛擬對(duì)象都有著一定的動(dòng)態(tài)性與交互性，瀏覽人員能在其中實(shí)現(xiàn)交互式的漫游。在這些校園場(chǎng)景創(chuàng)建過(guò)程中，出于對(duì)系統(tǒng)渲染的速度問(wèn)題考慮，為了讓瀏覽人員能真正深入到校園中一些主要建筑物的內(nèi)部中，可通過(guò)真實(shí)度極高的三維建筑模型。關(guān)于學(xué)生宿舍，可通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)體造型與表面貼圖的方式進(jìn)行，這樣不僅真實(shí)感高，而且，還大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的渲染速度以及性能。

2.2 場(chǎng)景樹模塊的構(gòu)建 為了方便用戶的瀏覽和及時(shí)地進(jìn)行信息的查詢，我們可把存于虛擬場(chǎng)景中的虛擬對(duì)象通過(guò)樹型結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行顯示，要求場(chǎng)景樹中的節(jié)點(diǎn)要和三維場(chǎng)景中的對(duì)象間相對(duì)應(yīng)，瀏覽人員能采用場(chǎng)景樹交互式的方法來(lái)拾取虛擬場(chǎng)景中的對(duì)象，同時(shí)，還可對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行詳細(xì)的查閱，比如，與圖書館有關(guān)的信息、教學(xué)樓的課程安排、辦公樓的實(shí)際設(shè)置等，瀏覽者可很好地通過(guò)虛擬場(chǎng)景獲得自己所需的信息。在場(chǎng)景樹中查詢相關(guān)信息主要采用的是彈出菜單的方式而進(jìn)行的，只要瀏覽者用鼠標(biāo)右鍵對(duì)場(chǎng)景結(jié)構(gòu)圖中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)擊，立即彈出一個(gè)菜單，告知瀏覽者具體的操作流程。在虛擬場(chǎng)景中的場(chǎng)景樹結(jié)構(gòu)主要通過(guò)Java中所提供的JTree組件最終實(shí)現(xiàn)。用戶在查詢相應(yīng)對(duì)象的信息時(shí)，最后所獲得的結(jié)果來(lái)自于相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)在JDBC數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的基礎(chǔ)上對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和Java進(jìn)行連接。合理利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理場(chǎng)景中存在的有關(guān)信息和數(shù)據(jù)，為信息的查詢以及系統(tǒng)的維護(hù)提供了很大的便利。

2.3 虛擬場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn) 虛擬場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)主要是在虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的基礎(chǔ)上而最終構(gòu)建的。我們可在虛擬環(huán)境中任意地瀏覽、走動(dòng)等，獲得一種和實(shí)際生活相同的感受。場(chǎng)景構(gòu)建結(jié)束后，系統(tǒng)還應(yīng)做必要的場(chǎng)景調(diào)度管理工作，同時(shí)，還要在顯示設(shè)備上進(jìn)行輸出實(shí)景畫面的繪制。強(qiáng)化三維場(chǎng)景的模型的優(yōu)化與調(diào)度管理能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。要想使虛擬現(xiàn)實(shí)所描述的校園環(huán)境具有較高的真實(shí)感，就需要科學(xué)設(shè)計(jì)虛擬校園場(chǎng)景，涵蓋了三維地形建模、三維實(shí)體建模。虛擬校園建模過(guò)程中，樓群是核心對(duì)象，通常在樓群建模時(shí)，把樓群劃分成空心樓體與實(shí)心樓體兩種。對(duì)于空心樓體等簡(jiǎn)單的建筑物，可通過(guò)相機(jī)拍攝外觀，通過(guò)photoshop予以處理，然后通過(guò)VRML中幾何節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的幾何體拼貼紋理的方法實(shí)施建模。對(duì)于實(shí)心樓體等具有一定復(fù)雜性的場(chǎng)景，可通過(guò)三維建筑模型進(jìn)行。

3 結(jié)論

綜上所述可知，在先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等的快速發(fā)展下，極大地促進(jìn)了Web的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)前進(jìn)步伐，并且，實(shí)際應(yīng)用空間巨大。由于Java3D技術(shù)具有眾多的優(yōu)勢(shì)特征，其在基于Web的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用中會(huì)得到全面廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊，是一項(xiàng)值得推廣的先進(jìn)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任凱，浦金云，陳聰.虛擬環(huán)境中實(shí)體的獲取算法研究[J].兵工學(xué)報(bào)，2009年04期.

[2]籍成章.濰坊科技學(xué)院虛擬校園的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中國(guó)海洋大學(xué)，2010年.

[3]李巖.建筑三維漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中南大學(xué)，2010年.

[4]張緒冰，關(guān)澤群，張鐵良.基于Java3D虛擬場(chǎng)景的關(guān)鍵技術(shù)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007年34期.

[5]王佳生.基于圖像的虛擬環(huán)境建模技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2009年.