計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統構建

劉 鼐（江西服裝學院，江西 南昌 330201）

前言

在以往環境藝術地理環境分析過程中，大多采用二維圖像進行描述，缺乏一定的直觀性、互動性，分析效果較差。而通過Creator建模工具，進行三維虛擬環境中實體模型、地形模型的構建，可以進行環境藝術的三維虛擬重現。不僅可以直觀展示環境藝術地理環境，而且可以進行交互式操作。因此，對計算機虛擬現實技術在環境藝術設計系統構建中的應用進行適當分析非常必要。

一、傳統環境藝術設計課程教學現狀

在近幾年發展進程中，高校招生規模不斷擴大，環境藝術設計課程學習人員數量也不斷增加，使得高校教學資源缺失、設備短缺問題逐漸凸顯。再加上環境藝術設計專業在實際教學過程中，需要經常進行一些操作系統安裝、格式化練習，硬件設備損耗率較高[1]。而為了降低硬件設備損耗量，多數專業教師減少了實訓課程開展學時，對專業學生實踐能力培養造成了一定影響。

二、基于計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統特點

1.信息交互性

基于計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統可以促使用戶在虛擬環境中操控物體，提煉信息。如在環境藝術設計系統中用手抓住物品，感受物品重量、觸感、形態等。

2.環境浸入性

通過真假難辨的環境藝術設計系統設置，可以促使專業學生融入真實環境，提高專業學生參與積極性[2]。

3.空間構想性

基于計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統為專業學生提供了充足的想象空間，脫離現實世界中的環境限制，促使專業學生根據自身意識構想、創造，提高環境藝術設計作品創新性。

三、計算機虛擬現實技術在環境藝術設計系統中的應用

1.二維電子環境數據邊緣處理

首先，相關人員需要采用Creator建模工具建模功能模塊Terrain，對相應格式的*.ded資料進行自主建模。同時從顏色、紋理等方面，對環境特征物模型進行處理。隨后經GeoFeature模塊處理，可得到DFD格式的環境地形模型數據。

其次，考慮到二維電子環境圖形高程數據缺乏一定的系統性，相關課程教學人員可利用Creator建模工具，進行初始環境圖形數據修正。在獲得相同區域的網格數據之后，將距離加強內插法作為主要數據補充方法，對網格內不確定數據間預測分析。并依據距離獲得所給權重，對近鄰已知點數值進行加權計算[3]。

最后，根據近鄰已知點數值加權計算結果，對二維圖高程點經緯度信息進行Deluanya剖分。采用不同顏色表示網格中不同數據密集程度，即環境地形波動范圍。在獲得環境地形三維三角剖分圖之后，相關課程教學人員可逐步補齊二維圖高程點經緯度信息，并將其轉化為Creator支撐的DED格式的曲線擬合數據。

2.DED格式的環境圖形數據獲取

Creator建模軟件自帶的地形建模模塊并不具備環境圖形格式分析模塊，導致初步設置的環境圖形無法形成完善的三維環境模型。基于此，相關課程教學人員應將環境地理信息庫中數據進行格式轉換，獲得Creator軟件工具可分析的DED格式環境圖形水深、高程點信息數據或者DFD格式數據。

在具體操作過程中，相關課程教學人員可利用Matlab運算軟件，對所采集環境數據，進行格式轉換。同時將轉換過格式的環境圖形數據儲存到BIN文件夾內。并利用3dem數據格式轉換工具，對BIN文件夾內的數據進行處理，以得到USGSDEM格式的數據文件。隨后進入Create安裝目錄，執行C/MulitGen/Creator/redausgs程序，促使DEM格式文件轉換為DED/DFD格式文件[4]。依據DED格式文件現有數據點，可進行環境地形三維建模。需要注意的是，在環境地形三維建模過程中，相關課程教學人員應合理利用Creator建模工具，進行環境地形模型數據庫的設置。除基礎地形、地理屬性等特征數據以外，相關課程教學人員還需要采用Creator建模工具中Polymesh模塊地形變化算法。結合初始數字高程點地形信息，進行矩形網絡形式的模型數據庫設置。即首先設置地圖投影種類，隨后采用Creator建模工具Flat Earth投影措施，在Polymesh地形變換算法應用的基礎上，以二維圖高程點經度作為三維地圖X坐標，以二維圖高程點緯度作為三維地圖投影Y坐標。在獲得矩形環境地形模型數據庫之后，在海岸線保留的基礎上，以地球中心為數據庫原點，在WGS84坐標系內進行批量操作，最終可得到開放式塊狀地形文件。

此外，數據庫是基于計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統運行的關鍵。因此，在DED/DFD文件獲取之后，相關課程教學人員可將單一環境地圖進行分塊。隨后利用Creator建模工具中Terrain模塊，自動生成地形高程數據信息。最后對地標顏色、不同小地形塊間相對位置、紋理進行合理設置。

3.環境藝術設計系統運行

基于計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統可以通過三維環境的真實再現，觀測環境地形及雨霧等天氣信息。其中基于計算機虛擬現實技術的環境藝術設計系統地形信息主要包括靜態三維實體模型、動態三維實體模型兩種類型。如環境地表礁石、空中飛機、海中燈塔等。在實際運行過程中，相關課程教學人員需要利用計算機工具，在Windows 2010開發平臺上，利用Visual C++開發工具，采用Vega驅動軟件、Creator建模工具，可實現環境的三維模擬。其中Vega是一種實時視景虛擬仿真的工具，其主要包括C語言應用程序接口、圖形環境界面、實用庫函數等幾個模塊。

在具體環境藝術設計系統運行中，首先，相關課程教學人員需要逐步進行靜態實體、動態實體結合模型的構建。如艦艇、海底地形等。

其次，在三維圖形幾何模型構建的基礎上，相關課程教學人員可利用Creator建模工具，進行世界坐標系變換。即以艦艇幾何中心為原點，艦艇上部為Y軸、艦艇下部為Z軸，艦艇右部為X軸。將其放置于世界變換坐標系中。通過對模型坐標平移處理，可得到艦艇各點在世界坐標系中的具體方位。

再次，相關課程教學人員可利用Vega軟件，在Marine環境中，對環境狀態進行模擬。即利用Vega Marine動態特性及靜態環境設置菜蔬，進行多條正弦曲線、非諧波頻率的調整，進行海浪、艦艇模型的模擬重現。

最后，為確定基于計算機虛擬現實模型的環境藝術設計系統的運行效果，相關課程教學人員可采用三維虛擬重現技術獲取某地域表層地形三維可視化效果圖，在ARCGIS11.2環境中，生成暈渲圖。通過對最終獲取的地表地形暈渲圖進行可視化評估，可確定該環境藝術設計系統三維模擬的準確性。

總結

綜上所述，計算機虛擬現實技術在環境藝術設計課程教學中的應用，可以促使專業學生在一臺計算機中實現多種操作。因此，相關專業教學人員應合理利用計算機虛擬現實技術，依據階段教學任務，結合室內設計、室外設計等模塊教學內容。依托互聯網平臺，利用Creator建模工具，構建三維環境藝術設計系統。對課程教學內容進行深入分析，提高課程教學效率。