VRML虛擬圖書館的構(gòu)建與優(yōu)化瀏覽①

許愛軍,李鋒(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州 50430)(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州 50650)

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VRML虛擬圖書館的構(gòu)建與優(yōu)化瀏覽①

許愛軍1,李鋒2
1(廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州 510430)
2(廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州 510650)

摘 要:鑒于虛擬校園廣受關(guān)注和VRML廣泛應(yīng)用的背景,以虛擬圖書館建設(shè)為例,探討VRML虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建、優(yōu)化和調(diào)度問題.給出了虛擬圖書館的開發(fā)流程,并從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與整理、三維模型建立、三維模型優(yōu)化等方面,給出了虛擬圖書館的構(gòu)建過程.采用基于VisibilitySensor的調(diào)度算法,對(duì)進(jìn)入視域范圍的場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)度.利用LOD思想,對(duì)視域內(nèi)的物體根據(jù)視點(diǎn)距離調(diào)度不同精度的模型,實(shí)現(xiàn)了VRML場(chǎng)景的快速瀏覽.經(jīng)過發(fā)布與測(cè)試,表明VRML虛擬圖書館具有操作簡(jiǎn)單、逼真度高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行順暢,實(shí)用價(jià)值較高.關(guān)鍵詞: VRML; 虛擬現(xiàn)實(shí); 虛擬圖書館; 開發(fā)與應(yīng)用

隨著教育投入不斷加大,高等院校逐漸建立起相對(duì)完善的校園環(huán)境,以滿足教學(xué)、科研和學(xué)習(xí)生活的需要.如何將優(yōu)美的教學(xué)環(huán)境真實(shí)呈現(xiàn)給社會(huì),加深社會(huì)公眾對(duì)學(xué)校的認(rèn)可度、提高學(xué)校的知名度,將是十分迫切的現(xiàn)實(shí)問題.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)入教育領(lǐng)域后,高校數(shù)字校園建設(shè)的層次和水平得到較大提升,并開啟了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)真實(shí)校園的研究熱潮.

國(guó)內(nèi)最早開展VRML虛擬校園研究的高校是天津大學(xué)(1996年),此后,浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)、香港中文大學(xué)等也相繼建立虛擬校園漫游系統(tǒng),以集中展示校園風(fēng)貌和文化氛圍.可以說,以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)促進(jìn)高校信息化建設(shè)、宣傳校園文化、提升學(xué)校知名度和影響力,已成為現(xiàn)代教育技術(shù)界的廣泛共識(shí)[1].

VRML(Virtual Reality Modeling Language,虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言)是一種建立三維虛擬世界的造型語言,具有良好的跨平臺(tái)性,已成為Internet上描述三維虛擬世界的標(biāo)準(zhǔn)格式規(guī)范[2].VRML具有簡(jiǎn)單、交互能力較強(qiáng)、適合低帶寬傳輸?shù)忍攸c(diǎn),在工業(yè)交通、醫(yī)療器械、教育培訓(xùn)和航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.

鑒于虛擬校園廣受關(guān)注和VRML廣泛應(yīng)用的背景,本文以VRML虛擬圖書館建設(shè)為例,探討VRML構(gòu)建虛擬場(chǎng)景的開發(fā)流程、建模方法和調(diào)度優(yōu)化策略,以期為同類研究提供參考.

1　虛擬圖書館總體設(shè)計(jì)

1.1需求分析與設(shè)計(jì)

虛擬圖書館將傳統(tǒng)的圖書館從二維拓展為三維,更逼真地呈現(xiàn)館體概貌,方便用戶在異地通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)瀏覽,有如身臨其境之感.為此,虛擬圖書館要滿足以下需求:

(1)能真實(shí)展示圖書館的整體結(jié)構(gòu)和外部框架,包括圖書館的外觀形狀、地理位置、周圍環(huán)境等;

(2)能逼真地展示圖書館的內(nèi)部結(jié)構(gòu),包括各種功能的房間,每個(gè)書庫的書桌、椅子、書架和圖書等;

(3)能實(shí)現(xiàn)多種形式的漫游,在漫游過程中能搬動(dòng)桌椅、翻閱書本、打開門窗、控制開關(guān)等,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的交互功能;

(4)虛擬圖書館能在線瀏覽,模型渲染速度較快,瀏覽順暢度較高.

為滿足以上需求,將虛擬圖書館分為館外和館內(nèi)兩大部分.其中,館外包括圖書館的整體外觀和四周環(huán)境,館內(nèi)包括各種辦公場(chǎng)地和桌椅、圖書等物體.由于虛擬圖書館的各個(gè)對(duì)象是通過空間相對(duì)位置關(guān)系組織在一起的,因此要先建立一個(gè)對(duì)象作為參照物[3],其它對(duì)象以此為參照合理布局.經(jīng)過分析,本文選取圖書館門口的道路作為參照物,依照由外至內(nèi)、由下至上、從左至右的原則,形成虛擬圖書館的場(chǎng)景結(jié)構(gòu)如圖1所示.

1.2開發(fā)工具與流程

盡管VRML語法簡(jiǎn)單,但若用手工編寫代碼則相當(dāng)繁瑣.尤其是對(duì)不規(guī)則造型物體的建模,則顯得十分困難[4].在實(shí)際的開發(fā)過程中,需要用到多種虛擬現(xiàn)實(shí)軟件,遵循如圖2所示的開發(fā)流程.

具體流程是: 首先,利用專業(yè)的三維建模軟件(如: 3DS Max、Maya)建立實(shí)體對(duì)象的三維模型,采用紋理貼圖、渲染生成后,形成單個(gè)物體模型; 其次,將模型導(dǎo)入可視化編輯軟件(如: InternetSpace Builder、Cosmo Worlds)中進(jìn)行合并,通過復(fù)制和旋轉(zhuǎn)等操作,將單個(gè)模型放置到合適位置,建立起整體場(chǎng)景; 再次,用Java或JavaScript編寫程序擴(kuò)展VRML的功能,為場(chǎng)景添加交互; 然后,在文本編輯軟件(如: Vrmlpad)中壓縮和優(yōu)化VRML模型文件,提高系統(tǒng)運(yùn)行整體性能;最后,將生成的場(chǎng)景文件插入網(wǎng)頁,向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布.

本文采用的開發(fā)工具是: 以VRML為基礎(chǔ)開發(fā)語言,用3D Studio Max作為主要建模工具,用Sgi公司的可視化編輯工具CosmoWorld將模型內(nèi)聯(lián),用VRML腳本編輯軟件Vrmlpad中進(jìn)行代碼優(yōu)化,添加交互腳本,采用Cortona VRML瀏覽器預(yù)覽效果.

2　虛擬圖書館三維場(chǎng)景構(gòu)建

三維模型的建立是實(shí)現(xiàn)虛擬圖書館的基礎(chǔ).在建模中,應(yīng)用需求對(duì)模型的精度要求、建設(shè)周期對(duì)建模的效率要求、建設(shè)資金對(duì)投入的成本要求等,綜合決定了采取的建模方法.本文采用三維建模軟件建立模型框架,大量使用紋理貼圖來降低模型的復(fù)雜度,達(dá)到高效建模的目的.

2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與整理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含圖書館的平面結(jié)構(gòu)圖和大量材質(zhì)紋理數(shù)據(jù).

平面結(jié)構(gòu)圖是指圖書館建設(shè)時(shí)的規(guī)劃圖,用AutoCAD將平面結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)化修改,然后導(dǎo)入3DS MAX中進(jìn)行建模.平面設(shè)計(jì)圖就是建模的底圖,決定了各個(gè)建筑場(chǎng)館的具體方位、大小和位置.

圖1　虛擬圖書館場(chǎng)景結(jié)構(gòu)

圖2　虛擬圖書館開發(fā)流程

紋理材質(zhì)的獲取主要是通過實(shí)地拍攝,然后將采集的照片進(jìn)行正攝處理,便于貼圖使用.照片處理需要用到圖片處理軟件(如: photoshop).為便于后期LOD (Levels of Detail)調(diào)度,每張紋理圖片同時(shí)生成模糊、普通和清晰三個(gè)版本,分別存入三個(gè)不同的紋理庫中.

2.2三維模型的建立

為利于模型的集成融合,在建模時(shí)要采用與現(xiàn)實(shí)一致的平面坐標(biāo),使用相同的長(zhǎng)度單位進(jìn)行制作.三維模型的建立包括模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面屬性配置兩個(gè)步驟.

2.2.1三維模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)圖書館整體輪廓模型.以工程圖紙為基礎(chǔ),先用Auto CAD繪制圖書館的CAD平面圖,然后將其導(dǎo)入3DS MAX中,采用拉伸法形成建筑高度,然后使用shell命令增加墻面厚度,從而建立圖書館外圍輪廓模型.這種根據(jù)平面圖設(shè)計(jì)輪廓的方法,主要利用了3DS MAX 中的Extrude命令,建模簡(jiǎn)單、效率較高.

2)圖書館墻面設(shè)施模型.墻面設(shè)施主要包括窗體、通風(fēng)口、大門、柱子等.窗體的建模主要采用extrude命令在墻體上進(jìn)行擠壓,形成孔洞.通風(fēng)口的建模主要采用Boolean工具的差集命令,在墻體上減去長(zhǎng)方體,繪制出通風(fēng)口.大門建模先用Boolean命令得到矩形空洞,然后用捕捉工具捕捉空洞平面,即可制作大門的邊框.柱子的建模直接構(gòu)建4個(gè)長(zhǎng)方體,放到相應(yīng)位置即可.繪制完成的圖書館外圍模型如圖3所示.

圖3　虛擬圖書館外圍模型

3)圖書館內(nèi)部物體模型.圖書館內(nèi)部物體模型包括書柜、書本、書桌、椅子等.書柜和書本模型可以直接采用繪制長(zhǎng)方體的方式完成.書桌和椅子模型,需要先繪制各個(gè)部分的模型(書桌模型包括桌面和桌腿兩部分,椅子模型包括椅架、坐墊、靠墊三部分),然后采用組合命令進(jìn)行組成,完成模型的建立.繪制完成的書柜、書本、書桌、椅子模型如圖4-7所示.

圖4　書柜模型

圖5　書本模型

圖6　書桌模型

圖7　椅子模型

2.2.2三維模型的表面屬性配置

在場(chǎng)景建模中,合理使用紋理和材質(zhì)來替代三維模型幾何細(xì)節(jié)的表達(dá),不僅可以減少三維模型的建模工作量,同時(shí)也不失模型的真實(shí)性和逼真度.

貼圖就是把材質(zhì)圖片覆蓋到模型上,使模型更貼近現(xiàn)實(shí).下面以為地板賦予瓷磚材質(zhì)為例,簡(jiǎn)要介紹貼圖的基本方法:

第一步,選中地板,在材質(zhì)編輯器中選擇建筑材質(zhì),到圖片庫內(nèi)選擇一張瓷磚的圖片拖至漫反射貼圖空白處;

第二步,點(diǎn)擊視窗里的圖片,點(diǎn)擊漫反射貼圖,將平鋪數(shù)改為4*4.由于地板是不規(guī)則圖形,貼圖此時(shí)無法顯示,所以需要進(jìn)入修改器下拉菜單,進(jìn)入U(xiǎn)V坐標(biāo),然后選擇UVW貼圖即可完成對(duì)地板的貼圖,效果如圖8所示.

圖8　地板材質(zhì)調(diào)節(jié)

利用相同的方法,將圖書館外墻、內(nèi)墻、書架、桌椅等模型進(jìn)行貼圖,并進(jìn)行簡(jiǎn)單渲染.

2.2.3環(huán)境特殊模型的建立

圖書館周圍還存在一些特殊環(huán)境物體,如樹木、路燈和天空等,這些特殊環(huán)境物體如果采用三維建模軟件來建模,會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)量.為此,本文采用透明單面技術(shù)解決樹木、路燈和花草的建模問題.同時(shí)采用不透明單面技術(shù),構(gòu)建天空盒.

透明單面技術(shù)是指對(duì)采集到的紋理材質(zhì),先用圖片處理軟件進(jìn)行透明化處理,刪除與物體外觀無關(guān)的背景,然后導(dǎo)入建模軟件中直接貼圖.這類紋理直接貼附在其他模型的上層,對(duì)下層模型不會(huì)遮擋,從而形成視角上的立體效果.

本文采用不透明單面技術(shù)構(gòu)建天空背景,構(gòu)建天空盒的基本步驟為:

首先,構(gòu)建中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)的立方體,依此確定8個(gè)PositionColoredTextured頂點(diǎn)的坐標(biāo)值(value);

其次,設(shè)定各頂點(diǎn)的貼圖坐標(biāo)(u,v),為天空盒的6個(gè)面匹配紋理;

再次,通過比例變換計(jì)算出本地天空盒.這里,天空盒的寬度不能太大,Jason Shankel[5]給出的公式為:

其中,Zfar為天空盒的中心距離場(chǎng)景相機(jī)遠(yuǎn)裁減面的長(zhǎng)度.

最后,進(jìn)行渲染呈現(xiàn).為獲得真實(shí)效果,要使天空盒的中心始終位于場(chǎng)景相機(jī)的視點(diǎn)位置.即:

其中,T(lookAt.x,lookAt.y,lookAt.z)代表場(chǎng)景相機(jī)視點(diǎn)的世界坐標(biāo).

2.2.4三維模型的合成

單個(gè)物體模型建立完成后,采用可視化編輯工具CosmoWorld將它們合并到一起形成整體.合并的思路是: 首先導(dǎo)入圖書館的整體模型,然后依次導(dǎo)入書桌、椅子、書柜、書本等.若要在多處位置放置同一個(gè)物體(如: 書桌、椅子等),可以使用鏡像工具不斷復(fù)制生成多個(gè)物體,再放到對(duì)應(yīng)的位置.若要調(diào)整物體方位,還需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作等.再次,導(dǎo)入周圍環(huán)境特殊物體模型,與前期模型組合到一起.最后,將場(chǎng)景中的所有模型打包,形成整體場(chǎng)景.

在場(chǎng)景組合中,添加的模型數(shù)量不宜過多.否則,會(huì)嚴(yán)重降低場(chǎng)景的渲染效率,這為后期添加燈光和攝像機(jī)增加很大難度.因此,需要對(duì)場(chǎng)景中的模型進(jìn)行適量刪減,以保證虛擬場(chǎng)景運(yùn)行速度和流暢度.

2.3三維模型的優(yōu)化

盡管3DS MAX也能方便地添加燈光、視點(diǎn)等,但導(dǎo)出.wrl后,視點(diǎn)位置容易發(fā)生偏差,燈光效果也不理想[6].為此,本文利用VRML編輯器VrmlPad進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié).

2.3.1模型貼圖與材質(zhì)的調(diào)節(jié)

在VRML中,物體的外部貼圖由外觀域節(jié)點(diǎn)(appearance)控制.貼圖域的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)為: imagetexture {url"圖像文件名"},其中url域指明貼圖使用的圖形名稱和位置.

在調(diào)整材質(zhì)時(shí),先用VrmlPad打開模型,找到Indexedfaceset面集節(jié)點(diǎn),調(diào)整color、colorindex和colorpervertex三個(gè)域值,就可以改變?cè)煨皖伾?同樣也可以對(duì)各個(gè)圖形的子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行材質(zhì)的編輯和表面貼圖的修改.修改完成后可以進(jìn)行調(diào)試.若出現(xiàn)錯(cuò)誤,則返回修改.

2.3.2燈光的添加和設(shè)置

VRML瀏覽器在解釋VRML文件時(shí),會(huì)默認(rèn)生成一個(gè)白色的平行光束照亮瀏覽者前方,但這個(gè)光源的顏色不能改變,也不能照亮整個(gè)場(chǎng)景.為此,需要為虛擬圖書館增加點(diǎn)光源,向四面八方發(fā)射光線,照亮圖書館內(nèi)部場(chǎng)景.

建模時(shí),可以在3DMAX確定燈光的位置,后期優(yōu)化時(shí)只需要對(duì)燈源的顏色、輻射半徑、明亮程度等進(jìn)行設(shè)置.Pointlight點(diǎn)光源節(jié)點(diǎn)包括若干個(gè)域值,其中on域值用于設(shè)定點(diǎn)光源的打開與關(guān)閉; location用于設(shè)定點(diǎn)光源在當(dāng)前坐標(biāo)中的位置; radius域值用于設(shè)定點(diǎn)光源的輻射半徑; Intensity域值用于設(shè)定點(diǎn)光源的明亮程度.燈光節(jié)點(diǎn)的主要代碼如下:

2.3.3漫游視點(diǎn)的調(diào)節(jié)

為了讓瀏覽者從不同視點(diǎn)觀察圖書館,全方位感受圖書館的整體概貌,需要對(duì)視點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié).

在VRML中,可以用Viewpoint視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和Navigation導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)來創(chuàng)建視點(diǎn).其中,Viewpoint視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)用于設(shè)置用戶的觀察視點(diǎn),Navigation導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)用于設(shè)置視點(diǎn)的移動(dòng)方式,兩者配合可以實(shí)現(xiàn)更為逼真的瀏覽效果.

本文共創(chuàng)建6個(gè)視點(diǎn),分別至于圖書館的不同的位置,同時(shí)對(duì)Navigation導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編輯.Navigation導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)有5種導(dǎo)航方式,分別為: 行走方式、飛行方式、觀察方式、任意方式和不使用任何方式.本文還對(duì)瀏覽者的漫游信息進(jìn)行設(shè)置,規(guī)定瀏覽者的身高、體寬和步高等.其中一個(gè)視點(diǎn)的代碼如下:

2.3.4交互功能的實(shí)現(xiàn)

本文主要利用VRML的傳感器(Sensor)機(jī)制實(shí)現(xiàn)交互功能,基本原理是: 在傳遞消息的節(jié)點(diǎn)中綁定路由,當(dāng)傳感器檢測(cè)到用戶與虛擬環(huán)境中的物體發(fā)生交互時(shí),傳感器將獲取的交互信息經(jīng)路由傳送到其他節(jié)點(diǎn)或輸出到外部腳本[7].VRML中的傳感器主要有時(shí)間檢測(cè)器(TimeSensor)、觸動(dòng)檢測(cè)器和感知傳感器三類.

本文利用ProximitySensor接近傳感器創(chuàng)建圖書館的自動(dòng)開關(guān)感應(yīng)門.當(dāng)用戶進(jìn)入大門預(yù)先設(shè)定的感知區(qū)域時(shí),大門自動(dòng)打開.當(dāng)用戶遠(yuǎn)離大門至預(yù)先設(shè)定的感知區(qū)域時(shí),大門自動(dòng)關(guān)閉.利用TouchSensor觸摸傳感器對(duì)書本位移動(dòng)畫進(jìn)行控制.當(dāng)用戶點(diǎn)擊書本不放,書本跟隨替身一起移動(dòng),直到用戶松開鼠標(biāo)為止等.

3　虛擬圖書館的快速調(diào)度

3.1基于VisibilitySensor算法調(diào)度視域場(chǎng)景

虛擬圖書館中的物體模型較多,在瀏覽過程沒有必要調(diào)入所有物體的模型.為此,本文采用基于VisibilitySensor的調(diào)度算法,只調(diào)度即將進(jìn)入視域范圍的模型,同時(shí)剔除消失于視域的模型,概括起來就是“可見就添加,不可見就剔除”.先將視域區(qū)域簡(jiǎn)化為一個(gè)扇形,進(jìn)入扇形區(qū)域中的物體是可見的,則調(diào)入VRML場(chǎng)景中進(jìn)行顯示,在扇形區(qū)域以外的物體為不可見物體,需要從VRML場(chǎng)景中剔除.基本原理如圖6所示.

當(dāng)視角區(qū)域發(fā)生改變時(shí),如果有物體進(jìn)入視域范圍,則將其調(diào)入顯示; 如果有物體移出視域范圍,則將其剔除.這樣,就能保證進(jìn)入視域范圍的建筑物數(shù)量盡量少,達(dá)到快速瀏覽的目的.實(shí)現(xiàn)的偽代碼為:

3.2基于LOD思想調(diào)度視域中的物體模型

對(duì)進(jìn)入視域范圍的模型,再根據(jù)物體距離視點(diǎn)的距離,分別調(diào)入不同精度的模型.由于在紋理和材質(zhì)處理階段,每張紋理同時(shí)生成模糊、普通和清晰三個(gè)版本.不同精度的紋理經(jīng)過貼圖后,就會(huì)生成不同精度的模型.LOD的基本思想就是利用一組(通常為3-5 個(gè))不同精度的模型,在瀏覽中根據(jù)預(yù)先設(shè)定的距離閥值,調(diào)用不同精度的模型.距離較遠(yuǎn)時(shí),調(diào)用模糊的模型,距離較近時(shí)調(diào)用清晰地模型,從而加快場(chǎng)景的渲染速度.VRML中LOD的基本語法為:

圖9　基于VisibilitySensor的調(diào)度算法

其中,range域的值用來判斷視點(diǎn)離物體多遠(yuǎn)時(shí),調(diào)用level中排列的物體模型(從細(xì)到粗).這里的距離閥值d可依據(jù)文獻(xiàn)[8]中的方法計(jì)算:

Rootsize是為物體立方體包圍盒的范圍大小,depth為level層次中的層次,errorrange是以百分比給出的誤差范圍大小.LOD的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化計(jì)算在預(yù)處理過程進(jìn)行,能減少實(shí)時(shí)繪制的計(jì)算開銷.本文采用LOD思想,對(duì)進(jìn)入視點(diǎn)范圍的物體,根據(jù)視點(diǎn)距離調(diào)度不同精度的物體模型.

4　虛擬圖書館的發(fā)布與性能分析

4.1虛擬圖書館的發(fā)布

虛擬圖書館的發(fā)布,實(shí)際上是要讓web服務(wù)器支持VRML文件[9].本系統(tǒng)采用微軟IIS服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布,需要將Web服務(wù)器的MIME類型設(shè)置為model/VRML,Web服務(wù)器才能識(shí)別VRML文檔.發(fā)布完成后的網(wǎng)上虛擬圖書館,能逼真展示學(xué)校圖書館的整體概貌,尤其是能真實(shí)展現(xiàn)圖書館的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各種藏書空間.用戶打開網(wǎng)頁就能以多種漫游方式瀏覽網(wǎng)上虛擬圖書館,并能實(shí)現(xiàn)搬動(dòng)桌椅、翻閱書本、打開門窗、控制開關(guān)等簡(jiǎn)單的交互功能.經(jīng)過測(cè)試,虛擬圖書館的渲染速度較快,瀏覽順暢度較高,如圖10所示.

圖10　虛擬圖書館內(nèi)部場(chǎng)景

4.2虛擬圖書館的性能分析

該虛擬圖書館僅花費(fèi)4天時(shí)間就建設(shè)完成,場(chǎng)景三角面數(shù)由建立初的45786個(gè)減少到18359個(gè),模型個(gè)數(shù)由123個(gè)減少到75個(gè),載入場(chǎng)景文件時(shí)間約為3 秒,在配置為雙核CPU、內(nèi)存2G以上的個(gè)人PC機(jī)上正常運(yùn)行,瀏覽順暢性和逼真度都非常理想,驗(yàn)證了VRML建模方法與調(diào)度優(yōu)化策略的合理性與有效性.

本系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了虛擬圖書館網(wǎng)上展示的目的,并具有以下功能特點(diǎn):

1)具有操作簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn),用戶基于瀏覽器訪問,只需要下載插件就可以使用;

2)具有導(dǎo)航清晰、支持多種漫游方式的特點(diǎn),用戶在漫游中可以選擇飛行、行走、觀察等不同漫游方式,體會(huì)不同感受;

3)具有逼真性高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),支持跨平臺(tái)運(yùn)行,易于擴(kuò)展和維護(hù).

5　結(jié)語

VRML虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建既是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作,同時(shí)也是地理信息系統(tǒng)、數(shù)字城市、虛擬景觀等建設(shè)中面臨的基本問題[10].盡管VRML模型建立與優(yōu)化技術(shù)相對(duì)成熟,但作為一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,提高VRML模型的建模效率、降低三維模型數(shù)據(jù)傳輸量、優(yōu)化場(chǎng)景調(diào)度方法,依然是虛擬仿真領(lǐng)域的不懈追求.

本文實(shí)現(xiàn)了真正意義上三維性、交互性、逼真程度高的虛擬圖書館,詳細(xì)介紹了虛擬模型的建模過程、優(yōu)化技術(shù)和快速調(diào)度方法.該系統(tǒng)在網(wǎng)上發(fā)布后一直穩(wěn)定運(yùn)行,獲得良好評(píng)價(jià).今后還將在利用外部編程接口EAI增加交互性、進(jìn)一步提升場(chǎng)景繪制速度、增加動(dòng)態(tài)虛擬場(chǎng)景等方面加以完善.

參考文獻(xiàn)

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10龐存岐,丘均,蔡聲鎮(zhèn).大規(guī)模室外場(chǎng)景中漫游實(shí)時(shí)渲染技術(shù)研究.福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,(5):37–41.

Construction and Optimization of VRML Virtual Library

XU Ai-Jun1,LI Feng2
1(Guangzhou Railway Polytechnic,Guangzhou 510430,China)
2(Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou 510650,China)

Abstract:In the view of wide application of virtual campus based on VRML,taking the construction of Virtual Library as an example,this paper discusses the construction and optimization of VRML virtual scene.The development process from basic data collection,3D model establishment,3D model optimization angles is presented.Using visibility sensor schedule algorithm and LOD idea,this paper dispatches the scene in horizon range,achieving a quick view of the VRML scene by dispatching object in the horizon according to the viewpoint of distance operation.Through publication and testing,the VRML virtual library has the characteristics of simple operation,high fidelity,strong adaptability and high practical value.

Key words:VRML; virtual reality; virtual library; development and application

基金項(xiàng)目:①2014年廣州市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(14G56);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(xiàng)目(14JXN018);廣州市教育科學(xué)2013年度課題(2013A238)

收稿時(shí)間:2015-08-18;收到修改稿時(shí)間:2015-11-11