Scientific Journal of Information EngineeringJune 2013, Volume 3, Issue 3, PP.50-55 Design of 3D Virtual Campus Roaming System Hongyan Yang, Zhuo Shi, Yanru Zhong#College of Computer science and engineer, Guilin University of Electronic Technology, Guilin Guangxi 541004, China#Email: rosezhong@AbstractWith the growing sophistication of virtual reality technology, 3D virtual campus roaming system as effective platform for school propaganda outside, the campus planning and management decision will provide a strongly support. Taking the campus of Guilin University of Electronic Technology as prototype, combing with the software of 3Ds Max and using VR-Platorm development platform connections with the backend database and virtual building and live Imaging shooting, a real-time roaming system of virtual campus has been designed and implemented. In this paper, the main aim is to explore a new idea for digital campus construction.Keywords: Virtual Reality; VR-Platform; Digital Campus三维虚拟校园漫游系统设计*杨宏艳，史卓，钟艳如桂林电子科技大学计算机科学与工程学院，广西桂林 541004摘要：随着虚拟技术的日益成熟，三维虚拟校园漫游系统作为学校对外宣传的有效平台是数字化校园建设的核心。
以桂林电子科技大学东校区为例，结合三维仿真技术3DS max实现了虚拟校园的三维模型。
运用VR-Platorm开发引擎，结合SQL Server数据库连接设计并实现了三维虚拟校园漫游系统。
实现了自主漫游、按目的地自动生成漫游路径、定位鸟瞰等功能。
实验结果表明：经过改进的场景优化技术，系统在普通PC机上运行稳定、流畅、高效。
关键词：虚拟现实；VR-Platform；数字校园引言20世纪80年代美国人Jaron Lanier首次正式提出了虚拟现实[1](Virtual Reality)概念。
自此，这种利用计算机模拟虚拟世界，提供用户身临其境的视觉、听觉、触觉的感官模拟技术，因其具有感知性、沉浸性、交互性和构想性的特点，如今已广泛应用于城市规划、文物保护、交通模拟、虚拟现实游戏及远程教育等领域。
“虚拟校园”是随因特网、虚拟现实技术、网络虚拟小区等的发展而产生，是基于现实校园对三维景观和教学环境数字化模拟的产物。
数字化校园虚拟漫游系统是数字校园建设计划的核心平台。
当前浙大率先开发展示了虚拟校园之后，国内众多高校如清华、南京大学、北航、香港中文大学等高等院校纷纷建立自己的虚拟校园[2-3] 。
通常，三维虚拟校园开发的主要方法是用ArcGis，SuperMap和其它具有三维功能的软件进行二次开发。
但这些方法明显的缺点是对开发者的编程水平要求较高，建模代码太长，开发系统不能独立于运行环境。
考虑到以上情况，本文选择VR-Platform为开发环境，提出了一种简单实现虚拟校园的方法。
这种方法一方面能利用专业的建模工具3DS MAX软件很快实现三维场景模型的建立。
另一方面，通过运用VRP引擎高效的模块化的编程能力，能够进行实时渲染和交互控制，减少了建模时间加速了系统开发的进程。
另*本文受国家自然科学基金（NO.50865003）和广西科学制造系统和先进制造技术开放基金资助（No.K090014）以及新世纪广西高等教育教改工程项目（No. 2011JGB048）“以工程应用能力为导向的数字媒体技术人才培养模式的探索与实践”基金资助。
外，它通过封装发布，能够构建独立于开发环境运行的三维虚拟校园系统。
1系统设计桂林电子科技大学分为东、西校区和尧山校区。
其中东校区占地580亩，其中主教学楼包括十栋主教学楼和食堂、学生宿舍和体育馆、运动场。
三维虚拟校园系统交互设计，主要包括视图操作（平移、旋转、渲染、光照、雾化、视点变换）、三维漫游（绕点漫游、沿路径漫游、自由漫游）及漫游控制等功能。
用户可以在系统中通过行走，鸟瞰以及选择不同的摄像机视图来多视角观看校园景观。
1.1开发平台本系统采用深圳中视典数字科技有限公司独立开发的一款三维虚拟现实平台仿真平台--VR-Plaform。
它提供了三种二次开发方式包括activeX插件、脚本方式、c++码源sdk。
该软件特点是可支持多个MAX版本的安装与使用，支持3dsmax 的高级渲染器，及多种烘焙方式。
由于其烘焙后的物体纹理非常清晰，数据量却小得多，非常利于网络实时传输。
因此，考虑到本项目的实际需求，我们选择VRP sdk作为游戏引擎来驱动场景交互。
1.2总的技术路线虚拟校园系统主要包括两个部分（整个系统设计流程图见图1）：A.3D场景建模；B.系统交互设计与实现。
图1 系统交互平台的总体构建23D场景建模关键技术2.1素材采集与处理校园场景的二维平面图是建立三维场景模型的基础与依据。
因此制作一个准确的场景平面图将会对我们建立一个场景模型比例正确、大小适中的虚拟校园产生重要作用。
制作过程如下：(1) 依据校园平面分布图确定校园大概轮廓，各建筑物、街道、花园分布位置与大小比例，然后通过Google Earth 卫星影像截图，确定各个建筑物具体的俯视图分布与形状大小，这样就可以绘制出较为精确的校园平面分布图。
(2) 运用Auto CAD“直线工具”等勾勒出校园建筑的大致分布区域，然后用同样的方法导入Google Earth卫星影像截图，进行更加细致的描绘。
将如图2所示的虚拟校园建模底图保存为.dwg格式，然后导入3DS MAX中，作为三维虚拟校园建模的底图。
2.2三维模型的创建学校大部分建筑模型都可用基本几何体通过修改、变形后完成。
如果发现建筑物模型是不规则的，这就需要运用3Ds MAX为我们提供的强大修改工具。
常用的修改器有extrude挤压；lathe旋转等；建筑物的模型是不规则的。
例如突起、棱角或倾斜等。
楼宇模型创建过程中的步骤如下：(1) 对学校各功能区建筑进行建模。
楼群的制作可以分为教学区（包括办公楼、教学楼、实验楼等）和生活区（包括学生宿舍楼、食堂等）。
(2) 对校园内主干道进行建模。
这里采用的是环境反衬法，即通过底图空出道路，而在周围附加上草坪、建筑等模型，这样不仅大大减少了道路建模的工作量。
(3) 对树木、路灯、人物等进行建模。
对于树木场景模型，因其树木本身结构复杂，制作时间长，系统开销增大，所以，我们采用Billboard多边形（广告牌技术）利用简单的纹理映射几何绘制手段替代复杂的几何绘图，仅牺牲了少量的模型真实性，却极大减小模型建模难度和绘制时间。
2.3纹理贴图纹理映射是真实感图像制作的一个重要部分，利用它可以不用增加模型的复杂程度就能突出表现对象的细节，它比基本材质更精确更真实。
通常对于大部分的教学楼，其纹理素材是现场拍摄而来。
纹理及模型映射，例如对于整栋楼的窗户和阳台，可以挑选一个正面、平视视角进行拍摄，然后在photoshop中进行调色、仿制图章等命令进行处理。
纹理照片以正方形排列为宜，一般像素为2n，如128×128、256×256；因为如果你的纹理大小为982*618，你要将它应用到400×400的物体上，MAX中要是依照比例就会使纹理变形[4]。
因此对于这些面添加UVW MAP修改器，可以修改贴图的重复值、贴图的投影方式，保证相邻两个面的贴图吻合。
如果你想要进行更精确的贴图操作的话可以用“UnwrapUVW”配合“UVWmaping”。
2.4场景优化考虑到机器运行负荷及效率，从以下几个方面对场景进行优化。
包括：(1)减少模型的面数；对于一些看不见的面删除，合并同类材质物体。
近景树木采用插件生成，远景使用立体交叉平面的视觉树的方法；(2)压缩模型贴图；(3)利用多边形来创建草坪；(4)减少光源的使用；在渲染动画时候关闭阴影等方法。
2.5烘焙烘焙指的是将MAX中物体的照明和阴影效果保存到贴图中的过程。
因为在虚拟场景中，视角每变化一度，计算机就要进行大量的计算来算出物体的光影效果。
这样势必大大增加了对电脑内存、显卡、处理器的负荷。
利用3Ds max的render TO texture功能，烘焙(Tbakeer)出高真实感、高精度的光照贴图减少了电脑系统处理的工作量，然后通过Vrp-for-Max导出插件，将模型与烘焙贴图导出至VRP编辑器中。
然后在VRP中进行后期调整和编辑（包括贴图色彩的修正、树木的设定、透明贴图设定，动画贴图设定，碰撞的设定，相机的设定等等）。
3虚拟校园VRP交互与数据库设计3.1虚拟校园交互平台功能模块设计虚拟校园的核心是交互平台设计。
根据系统架构，将虚拟校园互动平台分为如下图2所示6个模块。
各功能模块之间的交互是相辅相成的，主要依靠Building Blocks脚本模块化合可视化流程图式脚本,通过创建按钮热区及对热区设置交互事件来实现。
交互平台的各功能模块在虚拟校园系统中的功能主要体现在以下四个方面：(1)三维场景展示与导航；用户可以选择校园内感兴趣的景点，通过鼠标和键盘以及本系统的功能按钮进行三维漫游。
可以改变视点，通过键盘控制漫游高度和漫游方向（前进、后退、左移、右移），同时也可以按任意角度（通过调节左转、右转、仰视、俯视）进行浏览，还可以控制漫游的速度，以达到最佳观测效果。
通过浏览工具的放大、缩小、移动和旋转等操作全面展示校园三维全景。
(2)数据管理及查询；校园中各重要建筑及景点都关联了相应的属性信息，充分利用了超级链接，能快速显示被点击物体的多媒体信息，具有双向查询功能。