基于图形图像的三维建模技术研究

刘燕洪智风秦建波

（聊城大学山东聊城２５２０５９）

摘要：虚拟现实技术已经广泛应用于各个行业领域，虚拟校园是虚拟现实技术在现代教育中的应用乏一。能够给使用者创建了一个感受到身临其

境的环境，在构建虚拟校园的过程中，三维场景建模是一项很重要的工作，它占据工程量的７０％一８０％，所以建模技术是构建虚拟校园的基础，是建立立

体校园的关键技术，是整个虚拟现实技术的骨架。本文以聊城大学虚拟校园的实景为研究对象，以建立聊城大学虚拟校园为目的，探讨基于图形图像的

建模技术，以期为其他虚拟现实中的场景建模提供参考。

关键词：图形图像三维建模技术；虚拟现实技术

中图分类号：ＴＰ３１９文献标识码：Ａ文章编号：１００７－９４１６（２０１１）０５－０１３４－０２

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｖｉｒｔｕａｌｃａｍｐｕｓｉｓｏｆｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｅｄｉｎｍｏｄｅｒｎｅｄｕｃａｔｉｏｎ，ｉｔｇｉｖｅｔｏｆｅｅｌｉｍｍｅｒｓｉｖｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｃａｍｐｕｓ，ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｗｏｒｋ，Ｉｔｏｃｃｕｐｉｅｓｔｈｅ７００／６—８００／６ｏｆａｌｌｗｏｒｋｉｏａｄ，Ｓｏ，Ｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇｔｈｅ

ｖｉｒｔｕａｌｃａｍｐｕｓ，ｉｔｉｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃａｍｐｕｓ，ｉｔｉｓｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｋｅｌｅｔｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｂａｓｅｄｔｈｅｖｉｒｔｕａｌ

ｃａｍｐｕｓｏｆｌｉａｏｃｈｅｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔＯｂｕｉｌｄｌｉａｏｃｈｅｎｇｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｖｉｒｔｕａｌｃａｍｐｕｓｆｏｒｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅ，ｅｘｐｌｏｒｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｈｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｈｉｃｈ

ｂａｓｅｄｇｒａｐｈｉｃａｎｄｉｍａｇｅ．ｉｎｏｒｄｅｒｐｒｏｖｉｄｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｏｔｈｅｒｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｍｏｄｅｌｉｎｇｗｏｒｋｓ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｇｒａｐｈｉｃａｎｄｉｍａｇｅ；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；＇Ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；

１、引言

随着技术的不断进步，在计算机图形学、计算机辅助设计技

术、计算机动画、地理信息系统等领域内所构造和使用的模型，

越来越复杂。在虚拟技术中首先要解决的是虚拟场景的建模，虚

拟场景建模的好坏直接决定了虚拟场景的沉浸感和真实感。如果

模型过于简单．虽然数据量小了，但是不能较好地反映真实场

景．复杂逼真的场景会使模型的数据量大大的增加，从而使数据

的传输、更新和显示不能实时进行，所以选择正确的建模技术与

方法能够极大的提高丁作效率和质量。

建模是生成真实感ｉ维场景的第一步，在地理景观系统

中。地理对象根据空间上的分布特性，可分为两大类：一类是以

场为基础的对象，如地形、土壤种类分布等，这类对象在空间上

连续分布，成为地形景观对象；另一类是以离散实体为特性的对

象，如建筑物、树、电话亭、路灯等，这类对象以独市的个体存

在，成为地物对象，这两部分组成虚拟校园系统的场景模型，对

于虚拟校园系统的场景模型的构建主要采用基于图像的虚拟建模

技术、基于图形的建模技术以及基于图形与图像混合的虚拟建模

技术。

２、基于图像的虚拟建模技术

基于图像的建模技术是一种不依赖ｉ维几何建模的技术。

２．１基于图像建模技术的实现方式

基于图像建模技术实质Ｊ：是利用照相机采集的离散图像或摄

像机采集的连续视频作为基础数据，经过图像处理生成真实的全

景图像，然后通过合适的空间模型把全景图像组织为虚拟实景空

间，用户在这个空间中可以前进、后退、环视、仰视、近看、远

看等操作，实现用户全方位观察三维场景的效果，采用这种建模

技术可以实现普通计算机上的真实感图形绘制。

基于图像的技术中现在应用较多的关键技术是全景图生成

技术。它主要应用于现在比较热门的实景虚拟现实技术中。根据

全景图允许浏览的空间自由度，全景图可分为柱面全景图和球面

全景图。柱面全景网允许用户对场景进行水平空间３６０度环绕浏

览，球面全景图允许用户对场景进行经纬３６０度全方位的环绕浏览。

２．２基于图像建模技术的主要优点

首先，漫游效果及处理时问独立与场景复杂度。只与所产生

的ｉ母ｉ面分辨牢有关、与场景内容的复杂度无关；其次，预先存储

的图像既町以是计算机生成的也可以是实际拍摄的照片，而且两

者可以混用；另外，真实感强，相比建模得到的虚拟现实效果，

更真实可信，更能使人产生身临其境的感觉；此外，对计算机资

源要求不高，数据量小，实用性好。

２．３基于图像建模技术的不足

图像法首先要获得基于真实场景的实景图像，因此不可避

免的存在缺陷。首先，当真实场景不存在，或处于设计规划阶段

时，就不能使用该方法了；其次，由于场景中的虚拟物体是图像

中的二维对象，闪而用户很难与这些二维对象进行交互；另外，

获得真实的实景图像需要高性能的照相机与摄影装备，也需要大

量的存储空间来存储大量的图像文件。

总之，基于图像的虚拟现实建模技术具有快速、简单、逼真

的优点。能较好地实现实物虚化，它尤其适用于那些难以用ＣＡＤ

方法建立真实感模型的自然环境，以及需要真实重现环境原有风

貌的应用。可应用于建筑展示、飞机模型、交互式游戏、虚拟场

馆介绍以及远空间在现等许多方面，是目前国际上的研究热点之

３、基于图形的建模技术

基于图形的建模技术即基于几何模型的建模技术是一种以计

算机图形学为基础的传统构造三维虚拟模型的方法。

３．１基于图形建模技术的实现方式

基于图形建模技术实质上是利用现有的三维建模软件，人工

对虚拟实体和虚拟环境的外观进行建模。它是以计算机图形学为

基础，首先对真实场景进行抽象，用多边形构造虚拟景观的三维

模型，并建立虚拟环境中的光照和材质模型。然后进行纹理映射

及控制参数设定，最后通过软件控制根据观察者的位置、光照等

信息以提高真实感的复杂实现过程，再在输出设备上实时渲染绘

制视景的画面，从而完成整个场景的漫游。

万方数据３．２基于图形建模技术的主要优点

首先，构造的ｉ维模犁精细、逼真；其次，模型具有可操

作性，便于用户与虚拟实体的交互和对虚拟对象的深度信息进行

直接提取；另外，实现虚物实化。即使在规划设计阶段。只要有

相荚的建筑图纸，按照对应比例与尺寸，一样能够完成场景的构

建。

３．３基于图形的建模技术的不足

首先，对场景进行详细建模太过烦琐。Ｔ作量大。模犁存

在着真实性与实时性之间的矛盾。简化模型数据量小，有较好实

时性，但真实感差，而精细模型复杂。数据量大，直接影响实时

性；其次，还没有较好的动态建模方法，扩展性差。模型一旦建

立就基本固定下来。在输入虚拟场景后就不能对模型本身实时修

改；另外，场景复杂度及逼真度受到制约。凶为虚拟场景的真实

感是建立在几何物体表面材质的光照模型上，所以对计算机软硬

件要求较高。

４、基于图形与图像混合的虚拟建模技术

从国内外研究的进展情况来看，虚拟现实技术的研究会朝着

基于几何模型与基于图像的混合建模、人Ｔ智能与感知理论等几个方向发展。而基于图像的建模方法只能向用户提供一个纯虚拟

的环境，在这种虚拟环境中，实体是纯虚拟的对象。几乎不可能

实现与它们的交互。由于用户希望与之产生交互作用的场景对象

必须是几何模型实体，因此，构造真实感强、逼真度高、实时性

强的虚拟场景是虚拟现实建模的理想要求。在虚拟校园系统的模

型构建中，采用混合建模技术作为三维场景模型建立的最主要的

建模方法。

５、结语

近年来，虚拟现实技术的发展相当迅速，其理论体系建设、

软硬件平台等都取得了十分可喜的成绩。但以虚拟现实为基础的

虚拟系统要满足人们的需要还有很长的路要走。

虚拟现实技术作为校同规划和设计的新方法有着良好的发展

和应用前景。国内的一些科研院校和重点院校在虚拟现实和建模技

术方面已经进行了一些开发研究Ｔ作。并且积累了一定的理论和实

践经验。这为进一步的研究提供了良好的基础。因此如何吸取国内

外的研究成果和经验．并结合聊城大学的校同规划和设计的自身特

点，已解决研究中出现的问题，将是我们今后的研究方向。

参考文献

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基金项目的名称：

聊城大学自然科学类科研

项目编号：

ｍ８１００２０······上接第１３１页

２．３．４Ｈ训Ｄ‘ⅣＭＲｍＳｔａｔｌＩｓＥｈ仃ｖ

该实体主要用来表示设备的风扇状态信息，其对象标识

符（ＯｌＤ）为：．１．３．６．１．４．１．２０１Ｉ．２．２３．１．９．１．１．１。在本应用中。我们

主要用到了其中的ｈｗＤｅｖＭＦａｎＮｕｍ，ｈｗＤｅｖＭＦａｎｓｔａｔｕｓ两个接

口对象，其中ｈｗＤｅｖＭＦａｎＮｉｌｍ主要表示该接口的风扇数量，

ｈｗＤｅｖＭＦａｒＬｓｔａｔｕｓ主要表示该接口的风扇状态。

２．３．５ＨｗＤｅｖＭＰｏｗｅｒＳｔａｔｕｓＥｎｈｙ

该实体主要用来表示设备的电源状态信息。其对象标识符

（ＯｌＤ）为：．１．３．６．１．４．１．２０１１．２．２３．１．９．１．２．１。在本应用中。我们主

要用到了其中的ｈｗＤｅｖＭＰｏｗｅｒＮｕｍ、ｈｗＤｅｖＭＰｏｗｅｒＳｔａｔｕｓ两个接

口对象，其中ｈｗＤｅｖＭＰｏｗｅｒＮｕｍ主要表示该接口的电源数量、

ｈｗＤｅｖＭＰｏｗｅｒＳｔａｔｕｓ主要表示该接口的电源状态。

２．３．６ｈｗｄｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｔｒｙ

该实体主要用来表示设备的环境状态信息，其对象

标识符（ＯＩＤ）为：．１．３．６．１．４．１．２０１Ｉ．２．２３．１．９．１．３．１。在本应用

中，我们主要用到了其中的ｈｗｄｅｖＭｓｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＴｙｐｅ、

ｈｗＤｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｔａｔｕｓ、ｈｗＤｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＶａｌｕｅ、

ｈｗＤＭＳｌｔＥｉｔＵＰＰＬｉｉｔ、ｈｗＤｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＬｏｗｅｒＬｉｍｉｔ五个接口对象一其中

ｈｗｄｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＴｙｐｅ主要表示该接口的环境类型，

ｈｗＤｅｖＭＳｉｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＳｔａｔｕｓ主要表示该接口的环境状态，

ｈｗＤｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＶａｌＵｅ主要表示该接口的环境值，

ｈｗＤｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＵｐｐｅｒＬｉｍｉｔ主要表示该接口的环境上限值，

ｈｗＤｅｖＭＳｌｏｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［ⅡｗｅｒＬｉｍｉｔ主要表示该接口的环境下限值。

３、实现探讨

通过以上各实体Ｅｎｔｒｙ信息的介绍，我们可以看出以上信息已

经基本上满足了用户提出的网络设备的网络端口及设备本身运行

状态所需的基本信息，开发人员只需要通过采用一种ＳＮＭＰ协议

控件（女ｆｌＳＮＭＰ＋＋、ＳｎｍｐＳｈａｒｐＮｅｔ、ＰｏｗｅｒＳＮＭＰ等）即可实现对以

上Ｅｎｔｒｙ信息的获取，从而满足一Ｔ：程项目的实际需要。

具体的实现方法此文不具体描述，但在实现过程中需要注意

的是在网络端口的实时流量计算巾需注意后一时间所获得的流量

数据可能小于前一时间所获得的流量数据，这是由于该接口是一

个３２位非负整数，其值的范围为０至２３２—１（４２９４９６７２９５），当

它达到最大值时，它将重新置为０，并从０开始递增，因此在计算

流量信息时需对后一数据进行校正处理。

４、结语

以上仅是我们在ｒ丁程实践中利用ＳＮＭＰ协议实现Ｈ３Ｃ公司的

３１００、５５００、７５０６系列交换机进行测试及研究后提出的一种解决

办法，是一种实际操作过程中简单、可行的简单的网络设备端口

及设备运行状态监控的实现方法，通过其开发的网络设备监控程

序已经开发完成，并能够与集中监控进行数据通信，满足用户对

网络设备的瞄控要求，其不足和可持续改进之处较多，仍需有待

进一步的测试和验证。

参考文献

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社。１９９＆

万方数据