虛擬場景漫游技術分析及系統實現路徑探索

李培

摘要：虛擬場景技術作為虛擬現實系統關鍵組成成分之一，怎樣在三維的虛擬場景內實現出現實時的漫游，作為系統較好的重要組成部分，如何在三維虛擬場景中實現實時漫游，這是系統良好交互性的基礎。基于此，本文將主要分析虛擬場景漫游技術及系統實現路徑。

關鍵詞：虛擬技術;虛擬場景漫游技術;系統實現路徑

中圖分類號：G424? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0183-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

虛擬現實場景的漫游技術有真實建筑場景虛擬漫游以及虛擬建筑場景類虛擬漫游，設計與實現模式有：基于多邊形類直接繪制模式、場景模型導入模式以及基于圖像繪制模式。虛擬場景漫游技術可以運用在城市規劃、藝術、娛樂以及教育等各個層面上，也可以運用在工業仿真制作、實驗室以及城市三維仿真漫游等各種行業中。

1 虛擬技術與虛擬場景漫游技術

19世紀50年代美國研發出被命名為Sensorama的仿真摩托車，將虛擬現實技術的大門開啟，在20世紀80年代初期，虛擬技術被正式地提出，到20世紀90年代的后期階段，虛擬現實技術已經從原本的研究發展階段逐步地轉變為運用階段，被廣泛地運用到技術、房地產、醫學、軍事以及設計中，給國家帶來了較多的經濟效益。虛擬現實技術已經被國民廣泛地運用到各種領域之中，已經得到了充分的應用與驗證，具有較強的可使用性。 虛擬現實技術亦可以被稱作為靈鏡類技術，賽博空間以及虛擬仿造環境等主要應用的就是相關的計算機技術以及較為高科技的信息技術促使實現機器與人的互動，運用虛擬現實技術能夠將真實的場景在虛擬的環境之中展現出來，讓國民在虛擬的環境中擁有真實的聽覺視覺以及觸覺[1]。在國民生活與工作的過程中，尤其是對科學技術進行研究的時候，運用虛擬現實技術能將真實世界具有的色彩與實物真實地還原出來，促使虛擬現實技術使用者能夠有設身處地的感覺，從而為虛擬的操作提供技術的可支持性，還可以顯著地提升工作與研發技術的效率和質量。將工作與生產的各個環節所需要運用到的物力資源，人力資源以及財力資源顯著降低。虛擬現實技術會涉及社會心理學，傳感器中的信息技術中，計算機的圖形學中，護理與治療環節中，動力與光學環節中，涉及的學科領域相對較多。該項技術的研發為國民的生產生活提供了不竭的動力，促使國家的經濟與科學技術能夠大幅度地提升。運用虛擬現實技術能夠真正地實現人機交互、信息轉換。虛擬場景漫游作為最常見類別的虛擬現實技術的運用，隸屬于視景仿真范疇之中，視景仿真技術作為計算機仿真技術中關鍵組成成分之一，作為多媒體技術、計算機技術、顯示技術、圖像生成與處理技術以及信息合成技術等綜合性技術[2]。

2 系統實現路徑

2.1 虛擬場景構建和優化

1）實體模型：可以將該類模型分為：動態模型與靜態模型，其中的靜態模型主要包含：建筑模型與自然模型，具體包含：地質模型、地形模型、水工結構模型、機械設備與公路鐵路的模型等。其中的動態模型主要包含：生產操作人員與機械操作人員。

2）相機模型：用戶能夠在各個場景之中與真實的場景進行交互，與此同時，還可以將漫游的數據信息進行精準的記錄，從而以便于相關人員對場景進行控制與回放，在對工程進行管理的時候，有數據信息可循。

3）天氣模型：主要是運用粒子系統、天空球以及光暈等各項技術，將工程的場景進行構造，布置白天、霧天以及夜晚等不同的天氣景觀[3]。

2.2 網絡下三維的虛擬場景布置

也就是運用虛擬的網絡平臺，把工程中的實際場景，運用網絡技術將其制成三維的虛擬化場景，在網絡的背景之下，該類場景將會擁有與和單機版統一性的功能系統，用戶可以從互聯網上，對三維場景中的數據信息進行瀏覽和交互，技術具有的功能與特征如下：

1）擁有Web3D中最高清的畫質;

2）可以對大的場景實施動態的控制與調度，雖然運用低端的硬件設備，但是其具備的兼容性相對較好;

3）可以對系統內的腳本進行編程;

4）可以在系統的窗口內嵌入視頻、FLASH、網頁以及圖片等;

5）可以對實際的場景進行逼真地模擬，其中的亮點就是對海水進行模擬。

6）可以對屬性進行查詢，與數據庫相連接;

7）可以運用地圖導航，亦可以使用指南針[4];

8）可以手動漫游、自動漫游，系統內具有的漫游數據信息可以自動地進行保存;

9）可以實施剛體動畫、骨骼動畫以及肉體動畫;

10）能夠運用高效率、高精準度的碰撞檢測模式對數據信息進行計算;

11）各種的交互設備都可以支持，將環幕進行投影以及立體投影。

2.3 網絡環境下系統功能開發

虛擬現實P的虛擬現實系統平臺可以運用多種計算機的編程語言，在各種語言的環境之下進行使用，具有較強穩定性與安全性開發的環境有：VB、VC、C++、DELPHI、JSP、VS.NET 等。操作人員可以把虛擬現實P三維中的顯示窗口將其嵌入在系統之中，促使系統具有三維的瀏覽功能。虛擬現實P-SDK系統經常運用的數據庫系統有：MySQL、Access、Oracle以及SQL Server對數據信息進行連接對數據進行嚴格的查詢[5]。

運用該項技術能夠對系統進行開發，能夠有效地實現：

1）將顯示三維的窗口嵌入系統之中，運用用戶的系統將現場的三維場景進行還原;

2）運用系統對工程中的窗口進行動態的控制，例如，改變三維模型的狀態等;

3）運用事件調回系統調機制把客戶端中對三維場景進行操作的指令進行調出，例如，點擊鼠標等模式，將數據信息傳送到系統之中，相關的技術人員對相關的數據信息進行精準的處理，確保數據信息處理的靈活性，運用模擬的途徑，完成各項指令與操作[6]。將傳來的數據運用核心接口處進行顯示，將干擾數據信息的各種因素適當的渲染，精準地對數據信息進行分析，從而對工程完成仿真的操作。

3 虛擬場景技術的運用

3.1 城市規劃區內的運用

虛擬場景技術能夠被較為廣泛地應用在城市規劃層面上。虛擬現實技術所具有的互動性以及沉浸感，能夠為客戶帶來逼真和強烈的視覺沖突，促使其能夠有身臨其境的感受。還可以運用數據接口實時地對虛擬環境內的有關數據資料進行獲取，以便于復雜大型的工程施工，設計、規劃、審批、投標以及管理等各個流程中，促使管理和設計工作人員對各類規劃設計方案能夠進行不斷的完善和評審，規避在設計過程中出現風險，促使工程建設的質量和經營效率顯著提升。運用虛擬場景技術可以將建筑的三維性場景展現出來，項目工程人員可以對工程進行細致的審視[7]。

3.2 在娛樂、藝術的應用

3D顯示環境促使虛擬現實已然成為視頻游樂的主要工具。因為，娛樂層面上對虛擬現實中的真實感要求不是特別高。所以，近幾年虛擬現實在娛樂和藝術層面上突飛猛進。例如，芝加哥研制出第1臺的大型可供多個人運用的虛擬現實娛樂系統，該系統的主題就是有關3025年的未來戰爭。英國也研發出一種虛擬現實的游戲系統，其中配有hmd，顯著地提升了虛擬現實系統所帶來的真實感。在1992年，一臺被稱作是 legal quest系統由于在該種系統內添加了人工智能，使得其具有較強的自學功能，能夠顯著的提升系統，具有的難度和趣味性，該系統在1992年獲得了最佳的虛擬現實產品獎。加之，在家庭娛樂層面上，虛擬現實技術也有較好的運用前景。作為傳輸顯示各種虛擬現實的媒體技術，在藝術領域上的作用不可估量，虛擬現實具有較強的交互性和臨場參與感，促使靜態的雕刻油畫等藝術作品能夠轉成動態作品，就是觀賞者可以較好地對藝術的思想理念和創作手法進行觀賞價值，虛擬現實能夠顯著的提升藝術表現能力，例如，音樂家可以依照虛擬的各類樂器進行演奏[8]。

3.3 實踐課程中的運用

搭建虛擬現實場景漫游平臺對于實踐課程，線上教學中學生無法接觸到教學用具。目前學生大多使用手機玩網絡游戲，虛擬現實平臺的搭建可以有效提高學生的學習興趣，學生在虛擬現實平臺操作更加直觀，同時在操作過程中學生能夠及時得到操作提示，對于不符合操作規程的學生，系統會自動記錄形成錯題集。一方面有利于學生在下一次的學習中記住操作規程，另一方面教師在后臺可獲取學生錯誤率高的操作步驟，得到有效教學反饋。通過虛擬現實平臺開展教學，學生已經初步獲得實踐課程操作規程。后期線下課堂中學生能夠按照規程實操設備，提高了學校效果，減少了學生錯誤率[9]。

4 結束語

虛擬現實技術作為新型科學技術仍然存在較多的問題。例如，計算機設備生成虛擬環境的時候，技術操作工作人員對設備頭部進行轉動之后，計算機設備就需要更新三維圖像.由于對圖像數據更新的過程中，數據量過大導致計算機沒有辦法實時地進行運算，出現系統滯后的狀況。加之，虛擬現實設備在運用的過程中出現的視覺信號和人體感覺存在較大的差異，經常會導致使用者出現眩暈和頭痛等狀況。但是，虛擬現實技術還有較大的發展潛力，急需技術研究人員對技術不斷升級和完善，從而促使我國各個領域都能夠廣泛運用虛擬現實技術，保障工作效率。

參考文獻：

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[2] 王之千.基于虛擬現實技術的自然景觀建筑空間設計與規劃[J].重慶理工大學學報（自然科學），2020，34（3）：152-157.

[3] 閆秋羽，張興剛，郝冬冬.基于虛擬現實技術的三維室內設計及人物漫游技術[J].現代電子技術，2019，42（19）：95-97，102.

[4] 潘火平，馬威威，欒海軍，等.基于全景技術的測繪野外實習基地多媒體地圖制作[J].城市建筑，2019，16（25）：86-89.

[5] 劉爽.基于VR的三維虛擬場景漫游和交互系統研發[J].信息與電腦（理論版），2019（15）：71-73.

[6] 張曦，郝寅龍，孔茹權，等.虛擬現實技術在天然氣分布式能源系統的應用[J].煤氣與熱力，2019，39（4）：34-36，43.

[7] 胡小玲.基于VR技術的建筑設計可視化應用研究[J].河池學院學報，2019，39（2）：92-97.

[8] 司占軍，張姣姣，耿浩.基于虛擬現實技術的圖書館全景漫游場景的設計與實現[J].電腦知識與技術，2017，13（32）：214-215.

[9] 潘飛，王繼成.高等學校虛擬現實全景技術開發與實踐[J].沈陽農業大學學報（社會科學版），2017，19（6）：673-677.

【通聯編輯：唐一東】