導(dǎo)語：如何才能寫好一篇web3d技術(shù)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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論文摘要：主要介紹 了 web技術(shù)和 3d技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物一web3d技 術(shù)的基本概念、特點及實現(xiàn)技術(shù)．并以實例的方式詳細闡述了web3d技術(shù)之一的 cult3d技術(shù) ．在機 電產(chǎn)品虛擬設(shè)計 中的工作流程，從而可以有效地提高機電產(chǎn)品的信息傳達效果，為新產(chǎn)品開發(fā)提供一種嶄新的互動設(shè)計模式，最終提 高企業(yè)的競爭力。

0 引言 

隨著數(shù)字化設(shè)計技術(shù) 的發(fā)展 ．人們已不再滿足在網(wǎng)上瀏覽一些靜態(tài)的、文本類 、二維的產(chǎn)品圖片，而對那些具有動態(tài)的、三維可視化效果的產(chǎn)品需求越來越迫切。以計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機三維圖形學(xué)為基礎(chǔ)的web3d技術(shù)以其特有的形象化展示功能、強大的交互性能和對現(xiàn)實世界的模擬功能在電子商務(wù) 、遠程教育 、工程技術(shù) 、計算機輔助設(shè)計等領(lǐng)域已經(jīng)獲得 了廣泛的應(yīng)用。利用此技術(shù)設(shè)計的產(chǎn)品可以做到全方位展示 、色彩設(shè)計實時裝配等 ，從而提高用戶的參與性 。增強體驗感。 

1 web3d技術(shù)概述 

1．1 web3d技術(shù)的基本概念 

虛擬現(xiàn)實 vr (virtual reality)技術(shù)是一種逼真地模擬人在 自然環(huán)境中的視覺 、聽覺、運動等行為的人機界面技術(shù)，web3d技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種實現(xiàn)形式 [21。web3d還可以簡單地被看成是 web技術(shù)和 3d技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。實際上也就是本機的 3d圖形技術(shù) 向互聯(lián)網(wǎng)的擴展．網(wǎng)絡(luò)性、三維性和交互性是其顯著的本質(zhì)特征。它與本機的3d圖形技術(shù)的主要差別在于：第一，實時渲染 ：它是由渲染引擎進行實時渲染從而實時顯示的；第二，具有無限的交互性：因為是實時渲染，這就為交互性提供了基礎(chǔ)；第三，優(yōu)化和壓縮：由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制 ．文件必須經(jīng)過優(yōu)化和壓縮以保證用戶端快速下載。通過應(yīng)用 web3d技術(shù) ，用戶可以在 網(wǎng)上瀏覽以三維形式表現(xiàn)的物體 ，并對其進行交互性操作 以體驗身臨其境 的奇妙感受。 

1．2 web3d技術(shù)的實現(xiàn)手段 

web3d的實現(xiàn)技 術(shù)主要分成三大部分 ．即建模技術(shù)、顯示技術(shù) 、三維場景中的交互技術(shù) [31。建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)。把建立 的三維模型描述轉(zhuǎn)換成人們所見到的圖像，就是所謂的顯示技術(shù)。三維復(fù)雜模型的實時建模與動態(tài)顯示技術(shù)可以分為兩類 ：一是基于幾何模型的實時建模與動態(tài)顯示 ：二是基于圖像的實時建模與動態(tài)顯示 。交互技術(shù)是 web3d的關(guān)鍵技術(shù) ，交互功能的強弱 由 web3d軟件本身決定 。但用戶可以通過適當(dāng)?shù)木幊虂韽浹a軟件的某些不足。 

在眾多的 web3d軟件系統(tǒng)中 。基 于 java內(nèi)核的cult3d技術(shù)因其在交互性能、文件體積和畫面質(zhì)量等方面的優(yōu)越性而得到用戶 的普遍歡迎 ，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于眾多電子商務(wù)網(wǎng)站的 3d機電產(chǎn)品展示中。 

2 cuil3d技術(shù)及其開發(fā)流程 

cuh3d是一種全新的 web3d技術(shù) ．它有一純 軟件跨平 臺的渲染引擎 ，主要包含 cult3d exporter plug—in、cuh3d designer和 cuh3d viewer plugin三大部分。 開發(fā)設(shè)計人員可 以使用 3d設(shè)計領(lǐng)域廣泛使用的 3dsmax或 maya來設(shè)計 產(chǎn) 品 3d模 型 ．使 用 cuh3d exporterplug—in來轉(zhuǎn)換設(shè)計模型 ，在 cuh3d designer中為模 型加入交互 、音效等其它效果 ，再無縫隙地嵌入到 html頁面和其他應(yīng)用程序中 [41。其開發(fā)流程如圖1所示。用戶 即可在網(wǎng)上實時觀看 3d模型 ，還可通過 鼠標(biāo)對其進行旋轉(zhuǎn) 、放大或縮小等操作。

3 cult3d‘技術(shù)在產(chǎn)品虛擬設(shè)計中的應(yīng)用實例

3．1 創(chuàng)建汽車 cult3d對象 

為方便輸 出，必須使 用一個 三維模 型制 作 軟件f3dmax或 maya1制作物體 的三維模型。制作前必須先下載插件 cult 3d exporter for 3dmax或 cult 3d exporter for maya。只 有安 裝好 輸 出插 件 ，3dmax或maya才可以將 3d模型輸出成 cult 3ddesign的 c3d格式。在制作模型的細節(jié)、真實度上多下點功夫，盡量用最少的面來做模型，以控制好模型的大小。太多的面不僅會加長網(wǎng)絡(luò)傳送的時間 ，更是對瀏覽者機器 的考驗。最后輸出成 c3d格式的 3d模型 。 

3．2 對汽車 cult3d對象進行交互設(shè)置 

cuh3d對象的交互設(shè)計就是在 cuh3d designer的事件地圖窗 口中建立事件、動作和場景的相互關(guān)系，使瀏覽者觸發(fā)某個事件或某個事件 自動做出相應(yīng)的動作 ，并將可視化的過程和結(jié)果實時反饋給瀏覽者達到交互的目的。

汽車的時間地圖如圖2所示，它可以通過鼠標(biāo)控制實現(xiàn)汽車任意角度的展示、車門的開關(guān)、車輪的轉(zhuǎn)動和汽車尾氣排放等。在cult3d designer中完成設(shè)計后，需將culturald對象導(dǎo)出為可的co格式。在導(dǎo)出過程中還可對文件中的幾何圖形、聲音等特征進行進一步壓縮。

3.3 汽車cult3d對象

可cult3d對象的程序有多種，其中基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用較為廣泛，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)或在本地機種用ie或netscape瀏覽器查看。基于網(wǎng)絡(luò)的需要編寫想應(yīng)得網(wǎng)頁，在編寫網(wǎng)頁時，有兩項主要工作：

（1）在網(wǎng)頁中編寫語句嵌入cult3d對象。ie瀏覽器是通過activex組件來cult3d對象。ie使用<object>的標(biāo)簽命令來在網(wǎng)頁中嵌入activex組件。

netscape瀏覽器不支持 activex控件 ．需要另外設(shè)置外掛程序的語法 。netscape瀏覽器使用<embed>的標(biāo)簽來嵌入 外掛組件 。另外 ，必須安裝 cuh3d viewer插件，才能在瀏覽器網(wǎng)頁時播放 cult3d對象。對于 ie瀏覽器需要在<object>這個標(biāo)簽內(nèi)插入 codebase指定其下載網(wǎng)址．netscape瀏覽器需要在<embed>標(biāo)簽內(nèi)插入 type=“application／x--cuh3d--object”語法說明外掛程序?qū)ο螅畃luginseape指定其下載網(wǎng)址。 

同時支持 ie和 netscape瀏覽器的超文本語句如下 ： 

<object classid= clsid：31b7eb4e一8b4b一 11d1一a789--00aocc665 1a8 width= 寬 height= 高 codebase=http：///dianzijixie/">電子商務(wù)模塊使用。 

4 結(jié)束語 

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一支嶄新的綜合性信息領(lǐng)域中的奇葩 ，體現(xiàn)出較高的人性化科技特色與風(fēng)格。而將虛擬仿真技術(shù)同機電產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)業(yè)相結(jié)合 ，為設(shè)計師與企業(yè)廠商們提供了非常好的技術(shù)支持與解決方案．更為產(chǎn)品的推廣營銷創(chuàng)造了巨大的商業(yè)價值。無論是與傳統(tǒng)影視媒體 、多媒 體軟件 ，還是 與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù) 比較 ，web3d技術(shù)都表現(xiàn)出了在機電產(chǎn)品設(shè)計中的獨特優(yōu)勢和潛力 。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展必將有更新的 web3d技術(shù)出現(xiàn)，服務(wù)于設(shè)計 、服務(wù)于大眾、服務(wù)于未來 。

參考文獻： 

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[關(guān)鍵詞]3Dmax 建模 虛擬商品 展示

一、引言

近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)早已成為企業(yè)展示其產(chǎn)品的公共平臺，隨著鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)等地區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)高速普及，各種購物網(wǎng)站應(yīng)運而生、各種商品琳瑯滿目。

當(dāng)前基于Web的產(chǎn)品展示中，大多數(shù)商家采取二維的方式展示產(chǎn)品特點，以服裝、日用品、電子等產(chǎn)品居多。二維方式包括圖形、圖像，這種方式從互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)就開始應(yīng)用，常見的圖像格式有Gif、Jpg等，它也是目前應(yīng)用最多的一種產(chǎn)品展示方式，具有瀏覽方便、快速傳遞的特點，但不能全方位觀察是它的致命缺點。Web頁上的商品以二維交互已經(jīng)無法滿足客戶感受真實產(chǎn)品、多方位觀察、功能試用、多色彩，多造型方案對比等要求?？蛻粝Ｍ鸌nternet能夠成為一個立體空間，用戶可以從多角度、多方位，甚至可以進入實體的內(nèi)部進行瀏覽，并能夠?qū)崿F(xiàn)與實體之間的實時交互，網(wǎng)絡(luò)三維圖形展示技術(shù)，Wed3D技術(shù)能很好的解決這個問題。

二、國內(nèi)三維展示平臺現(xiàn)狀

上世紀六十年代出現(xiàn)在美國的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，通過實現(xiàn)產(chǎn)品的三維展示，讓顧客獲得身臨其境的感受，并可以從不同角度審視產(chǎn)品，讓人們在網(wǎng)絡(luò)上了解事物的時候更加有瀏覽欲。三維展示平臺可以有效地克服傳統(tǒng)銷售和電子商務(wù)的弊端，為客戶打造一個“眼見為實”的網(wǎng)絡(luò)實體店。 廣東省名牌產(chǎn)品三維展示平臺（） 是廣東省名牌產(chǎn)品評價中心響應(yīng)廣東省委、廣東省政府的《關(guān)于實施擴大內(nèi)需戰(zhàn)略的決定》的號召，利用高科技的力量建立的網(wǎng)上名牌產(chǎn)品展銷會， 該平臺屬于廣東省名牌產(chǎn)品的三維展示平臺，對于推廣廣東省名優(yōu)企業(yè)及產(chǎn)品，樹立廣東省產(chǎn)業(yè)的品牌形象，配合廣貨北上有重要的意義。

福建納金網(wǎng)作為新興的商業(yè)信息傳播媒介，主營交互式3D產(chǎn)品展示、觀景虛擬現(xiàn)實仿真、虛擬現(xiàn)實整體解決方案、工業(yè)創(chuàng)意設(shè)計。其核心優(yōu)勢在于突破了傳統(tǒng)的平面圖片、二維動畫等模式，利用三維實現(xiàn)技術(shù)結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)運作，通過精準(zhǔn)的信息匹配、富媒體產(chǎn)品展示、360度場景動態(tài)漫游等前沿科技，給用戶傳遞更高效、便捷、準(zhǔn)確的產(chǎn)品資訊和市場行情，協(xié)助企業(yè)建立品牌傳播渠道和降低營銷成本。

國內(nèi)最大的360度產(chǎn)品展示服務(wù)平臺是人人轉(zhuǎn)網(wǎng)站，它是集攝影、動畫合成和網(wǎng)絡(luò)架設(shè)為一體的服務(wù)平臺，商家只需提品，然后耐心等待人人轉(zhuǎn)團隊提交動畫成品就可以了。不僅為商家解決了產(chǎn)品展示方式的問題，也給消費者帶來了全新的視覺體驗，從而提高消費者購買欲，給商家?guī)斫?jīng)濟效益。人人轉(zhuǎn)平臺提供的360度產(chǎn)品展示服務(wù)，它給人們帶來了全新的交互式體驗及真實的現(xiàn)場感，具有很強的實用性。它可廣泛應(yīng)用于三維電子商務(wù)，如國際貿(mào)易中的樣品圖片展示、現(xiàn)場銷售的產(chǎn)品展示以及博物館、展覽館中的觸摸屏展示。

三、平臺概述與設(shè)計

從上面的分析可知建立一個通過互聯(lián)網(wǎng)展示三維商品，并且能夠從多角度多方位進行旋轉(zhuǎn)，以商品的3D模型虛擬展示的網(wǎng)站，是非常必要的，也符合消費者的日益需求。而當(dāng)今實現(xiàn)360度轉(zhuǎn)動技術(shù)從不同需求來說有多種方法，有基于全景環(huán)拍技術(shù)，有視頻技術(shù)，也有基于3Dmax建模技術(shù)等等。

由于這里建立的是一個虛擬的商品展示平臺，同時作為Web3d建模技術(shù)之一的3DMAX是大多數(shù)Web3D軟件所支持的，可以把它生成的模型導(dǎo)入使用。而3Dmax正是計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)所熟悉和研究的內(nèi)容，能最大限度的讓學(xué)生參與實際的創(chuàng)新項目開發(fā)過程，有利于加強學(xué)生的實踐知識，并更好的引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)。

（一）平臺概述

在本項目平臺中研究的虛擬商品3D展示指的是對虛擬商品進行360度旋轉(zhuǎn)展示，以便可以從多角度多方向瀏覽并了解商品的狀態(tài)和特點。本平臺想通過3Dmax建模技術(shù)建立商品模型，再進行渲染和貼圖，并進行交互控制，最后導(dǎo)出為網(wǎng)頁所支持的SWF文件格式，再基于PHP開發(fā)平臺展示虛擬商品。

項目基本思路是，以PHPCMS為商品展示平臺設(shè)計的基礎(chǔ)，分析并設(shè)計前臺和后臺所實現(xiàn)的不同功能：和編輯3d商品、互動展示、會員管理、信息管理、互動留言等功能。

（二）平臺架構(gòu)設(shè)計

Phpcms是國內(nèi)領(lǐng)先的網(wǎng)站內(nèi)容管理系統(tǒng)，同時也是一個開源的PHP三層架構(gòu)開發(fā)框架，由內(nèi)容模型、會員、專題、廣告、短消息、全站搜索等20多個功能模塊組成，內(nèi)置新聞、圖片、下載、信息、產(chǎn)品5大內(nèi)容模型。Phpcms采用PHP+MYSQL做為技術(shù)基礎(chǔ)進行模塊化開發(fā)，支持自定義內(nèi)容模型和會員模型，并且可以自定義字段。該網(wǎng)站框架易于功能擴展，代碼維護，優(yōu)秀的二次開發(fā)能力，可滿足所有網(wǎng)站的應(yīng)用需求。三維虛擬商品展示平臺在該框架的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)就能實現(xiàn)所需的功能。

（三）平臺功能

基于3DMAX的虛擬商品展示平臺的功能分為前臺和后臺，如圖1所示。前臺包括會員登錄、商品搜索、不同類型的商品展示區(qū)、新聞公告以及在線留言等，后臺為系統(tǒng)管理員管理平臺的功能，普通用戶是沒有權(quán)限的。平臺管理員可以對會員、三維虛擬商品以及網(wǎng)站的各種信息在需要的時候進行各種管理和編輯功能，如增加商品、刪除留言、設(shè)置權(quán)限等。

前臺用戶可以在該平臺中對虛擬商品的三維模型進行360°立體旋轉(zhuǎn)瀏覽，能夠查看到商品的各個角度和細節(jié)，還可以對商品模型進行放大縮小等。同時可以查看新聞公告、搜索產(chǎn)品以及對某個產(chǎn)品進行留言等。

（四）三維虛擬商品的建模

目前，在市場上可以看到許多優(yōu)秀建模軟件，比較知名的有3DMAX， ArcGIS， Maya以及AutoCAD等等。它們的共同特點是利用一些基本的幾何元素，如立方體、球體等，通過一系列幾何操作，如平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸以及布爾運算等來構(gòu)建復(fù)雜的幾何場景。本文開發(fā)的平臺是用來顯示三維虛擬商品的模型的，那么對于這個模型的建立和顯示方法尤其關(guān)鍵，下面將介紹3DMAX三維建模的一般步驟。

（1）數(shù)據(jù)搜集與整理：將搜集好的數(shù)據(jù)繪成地形圖將紙質(zhì)地形圖及校園規(guī)劃圖經(jīng)過掃描數(shù)字化后導(dǎo)入計算機，經(jīng)圖像配準(zhǔn)后進行矢量化，然后將拍攝得到的貼圖資料導(dǎo)入計算機，利用Photoshop 軟件對其進行處理，備三維模后貼圖用。

（2）模型建立：模型的生成一般有3種方法，即多邊形、面片及NURBS建模，常用的立體圖制作使用多邊形建模，這樣可以描述足夠的細節(jié)，創(chuàng)建任何表面。三維模型的制作是依據(jù)Auto CAD對其進行矢量跟蹤數(shù)字化，將CAD格式的地圖導(dǎo)入到3DMax中，其底圖在3DMax中形成一個很小的透視線條組，此時必須將頂視圖（Top-view），前視圖（Front view），左視圖（Left view），透視圖（Perspective view）中的底圖按比例拉伸成具有一定高度的實體模型，即可以每增加一層在圖上拉伸2.4mm。

（3）背景燈光的設(shè)置：燈光是用來模擬真實照明的一類特殊對象，是構(gòu)成場景的重要組成部分。在精美模型、真實材質(zhì)的情況下，燈光效果的好壞直接影響整體的效果。

（4）成果輸出。燈光設(shè)置完成后，便可以進行渲染地圖的輸出了。

（五）對模型進行轉(zhuǎn)換成web所支持的文件

如果需要將建模的虛擬商品在網(wǎng)頁上輸出，必須在3Dmax里到處需要的文件格式。可以是圖片、視頻、模型等一些文件格式。為了能夠使得模型在不同平臺中都能使用，所以在這里我們選擇導(dǎo)出SWF文件，再放到虛擬商品展示平臺上，用戶便能看到360度旋轉(zhuǎn)的虛擬商品。但是3Dmax軟件本身不支持導(dǎo)出動畫文件，于是這里可以選擇先導(dǎo)出avi的視頻文件，再下載個第三方插件，比如格式工廠，3dswift插件等等，都可以將建模文件以swf文件格式輸出，這樣基于模型的動畫文件就可以在網(wǎng)站上顯示和。

四、結(jié)束語

本文所設(shè)計的商品展示平臺采用三維立體多角度旋轉(zhuǎn)展示，擺脫了二維平面圖像展示的不足。同時，真實、交互的體驗感也能使您的產(chǎn)品更加有魅力，使消費者的購買欲望更加強烈。同時開發(fā)技術(shù)方面也采用了比較穩(wěn)定的PHPCMS框架，采用模塊化開發(fā)，內(nèi)置功能都是由模塊組成，同時支持自定義內(nèi)容模型和會員模型，可以自定義字段。開發(fā)采取前臺與后臺分離，頁面顯示內(nèi)容與頁面代碼分離的方式進行，保證頁面的整潔以及代碼的安全。測試結(jié)果顯示，該平臺能夠?qū)⑻摂M商品很好的展示出來。但是想做到模擬商場的網(wǎng)絡(luò)購物環(huán)境的話，還需要對平臺功能進行整合與加強，還需要用到另外一些Web3D技術(shù)，相信不久的將來3D購物會成為主流。

[參考文獻]

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【關(guān)鍵詞】 赤峰地區(qū);遼代皇陵;保護;對策

一、遼代皇陵概況

赤峰地區(qū)擁有6座遼代皇陵，即祖陵（遼太祖及其皇后）、懷陵（遼太宗，穆宗附葬）、慶陵（遼圣宗、遼興宗、遼道宗）。

祖陵是遼太祖耶律阿保機與其皇后述律平的陵寢之地，建于天顯二年（公元927年）。坐落于內(nèi)蒙古赤峰市巴林左旗查干哈達蘇木石房子嘎查西北的一個口袋型山谷中，四面環(huán)山，景色宜人。因葬于祖山，故稱其為祖陵。19世紀60年代初，國內(nèi)的賈洲杰等人對遼代祖陵進行了實地調(diào)查;20世紀初，法國籍傳教士閔宣化對祖陵進行了實地勘察。之后，國內(nèi)學(xué)者董新林等人對遼代祖陵進行了科學(xué)挖掘。國內(nèi)外對祖陵的實地調(diào)查，都詳細地記錄了祖陵的地貌和文化遺產(chǎn)等。祖陵出土了大量的漢文楷書經(jīng)幢殘片及其構(gòu)件、雙語石碑、鎏金雙鳳銀飾件、青釉執(zhí)壺等，這些遺產(chǎn)遺存都對遼代歷史的研究工作起著重要的影響。

懷陵，亦稱“鳳山陵”，是遼太宗耶律德光及其長子遼穆宗耶律Z的陵寢之地。坐落于今內(nèi)蒙古赤峰市巴林右旗崗崗廟北六華里床金溝山谷中。懷陵從1976年以來，進行過多次勘測和調(diào)查，出土了大量的壁畫和祭祀類建筑墓址等文物遺產(chǎn)，為研究遼代歷史提供了第一手的資料。

慶陵是由遼圣宗耶律隆緒的永慶陵、遼興宗耶律宗真的永興陵和遼道宗耶律弘基的永福陵三座陵寢組成。慶陵坐落在內(nèi)蒙古赤峰市巴林右旗白塔子索布力嘎以北，當(dāng)?shù)厝朔Q為“王墳溝”。對遼慶陵實地調(diào)查的人也有很多，比如日本的鳥居龍藏、田村實造和法國籍傳教士閔宣化等人，并在實地調(diào)查中掘出了大量的石刻哀冊、墓志銘和具有以人物、山水為特色的壁畫等，著名的有“皇帝秦越國王墓志”、“羲和仁壽皇太叔祖哀冊”等，都是具有很高學(xué)術(shù)價值的資料。

二、遼代皇陵的保護現(xiàn)狀

遼祖陵曾經(jīng)由中國社會科學(xué)院董新林研究員主持發(fā)掘，現(xiàn)已回填。從整個陵園的表面可以看到的只有在豁口或平緩的山坡上筑有石墻，使陵園封閉成為一個獨立的單元。在陵園內(nèi)部又通過石墻劃分為內(nèi)陵區(qū)和外陵區(qū)，正如內(nèi)城和外城劃分類似。祖陵玄宮是在半山腰上，依山而鑿建，地表部分土石分層的堆積，周邊有壘積的石墻作為護體。

懷陵南北長約兩千米、東西寬五千米，從結(jié)構(gòu)上看，懷陵分為內(nèi)陵和外陵兩個部分，在懷陵的北邊是太宗陵、南邊是穆宗陵。太宗陵目前的狀況是其陵墓的頂部已塌陷、出現(xiàn)了一個直徑十三米的大坑、坑的深度為一米左右;穆宗陵也存在被人為破壞的痕跡，在穆陵周圍有一個深兩米、直徑二十七米的盜洞。三處陵寢遺址分別隸屬三個遺址點：即果樹園子上坎、馬盤溝、來帶（音）溝。果樹園子在西南邊，來帶溝位于北側(cè)，再向北就是馬盤溝。來帶溝處的穆宗陵有深兩米、直徑碩大盜洞，果樹園子處就是太宗陵，馬盤溝或為其余皇室成員叢葬處。遼懷陵遺址上，除磚石廢坑以外，形制還隱約能夠看清。床金村的溝口上有兩處土堆，傳為懷陵墓闕。在土堆下可以見到幾塊碎磚。懷陵早年盜挖者甚眾，后國家進行了發(fā)掘清理，今地宮已回填。

圣宗永慶陵位于陵園的最佳位置，在山谷三公里半的山腰中，陵門尚存在，慶云山下筑有通往陵園的神道，在山腳可以看到陵園的陵門。從陵門到陵墓，長1300米，寬3米的神道，神道兩側(cè)有其他建筑遺址。從慶陵的布局情況來看，該陵寢總共有七室，即前、中、后三正室，前室東西側(cè)室，中室東西兩側(cè)，以后室為主室。前室呈長方形，券頂，其余各室屋頂均為圓形，呈穹隆狀。陵寢整體是由三層青磚壘砌而成，內(nèi)部抹有白灰，地面略向南傾，平鋪打磨平整的方磚，還設(shè)計了排水系統(tǒng)，防止陵墓進水。主室內(nèi)有柏木組建的巨大槨室，各室間有通道相連，各室間都安裝由柏木做成的大門，門樓是用磚砌成，墻面有通體彩繪。現(xiàn)在陵內(nèi)尚保存有較完好的壁畫、文官武士，表情肅穆，色彩凝重。藻井、墓頂描龍畫鳳、牡丹盛開，用色艷麗。中室的四幅巨大的山水畫，描繪了遼腹地的春、夏、秋、冬四季風(fēng)光，構(gòu)圖嚴謹，這應(yīng)該是描繪契丹皇室四季捺缽的場景，這些壁畫是極其稀少的遼代繪畫作品，使得這座陵墓顯得色彩紛呈，更加富麗堂皇。

三、遼代皇陵的保護措施

1、利用3D技術(shù)建立數(shù)字博物館

隨著信息化時代的到來，3D技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。我們可以將它運用到博物館里來，使博物館中的實體文物、照片、幻燈片、錄像、文字等數(shù)據(jù)信息融為一體，讓人們與文物“零距離”接觸變?yōu)楝F(xiàn)實，開啟文物保護的3D時代。采用3D技術(shù)的高科技手段對文物遺產(chǎn)進行全方位的信息采集，實現(xiàn)文物的自動化管理、精確檢索和三維展示。3D技術(shù)對于文物的保護和管理有著重要的作用，它對數(shù)字化博物館的建設(shè)有著重要的影響，更重要的是它可以實現(xiàn)文物的永久保存。以祖陵出土的鎏金雙鳳銀飾件為例，我們可以通過3D技術(shù)再現(xiàn)藏品，利用3D激光掃描技術(shù)、3D打印等多種3D技術(shù)，讓鎏金雙鳳銀飾件“跳到”人們的面前，使游客們可以近距離全方位的欣賞到鎏金雙鳳銀飾件的重量、大小、外形等每一個細節(jié)。利用3D技術(shù)，將珍貴的藏品再現(xiàn)到人們的眼前，為游客們提供一場豐富的視覺和觸覺的華麗盛宴。

2、設(shè)立遼代皇陵遺址保護基金

赤峰地區(qū)遼代皇陵的保護是一項需要大量資金支持的工作。目前，該項保護工作主要是依靠國家和地方政府的財政支持。從長遠來看，我們可以設(shè)立一個專門的“赤峰地區(qū)遼代皇陵遺址保護基金”，資金的來源主要有兩個方面：首先，是依靠國家和地方政府的財政支持;其次，通過發(fā)展赤峰地區(qū)遼代皇陵的特色旅游，利用其產(chǎn)生的經(jīng)濟價值中的一部分來進行文物保護工作，也就是實現(xiàn)開發(fā)與保護二者相互協(xié)調(diào)、相互發(fā)展;最后，是依靠一些企業(yè)、學(xué)者等的捐助和宣傳，促使更多的人參與進來，共同進行文物保護的工作。通過建立基金會籌集資金為遼代皇陵的保護工作提供資金支持，為加強專業(yè)人才的培養(yǎng)提供資金支持，最終實現(xiàn)皇陵資源的可持續(xù)發(fā)展。

3、加大媒體宣傳力度

赤峰地區(qū)遼代皇陵的保護不能單純依靠當(dāng)?shù)卣?，更要面向大眾。地方政府除了在遼代皇陵保護方面健全法律法規(guī)外，更重要的是加大對外宣傳力度，通過書籍、報紙、廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)等媒體進行宣傳，開展契丹遼文化宣傳周等活動，使更多的人了解歷史文化遺產(chǎn)的價值，使契丹遼文化得到傳承，強化人們對于文物遺產(chǎn)保護的意識，認識到保護文化遺產(chǎn)的重要性，從而實現(xiàn)對遼代皇陵的保護。

4、申請世界文化遺產(chǎn)

遼代皇陵申請世界文化遺產(chǎn)也是文物保護工作的一種措施。首先，申請世界文化遺產(chǎn)會使遼代皇陵受到來自四面八方的關(guān)注和重視，不僅使契丹遼文化得到傳承，同時也能提高遼代陵墓的影響力;其次，申請世界文化遺產(chǎn)提高了遺產(chǎn)及遺產(chǎn)所在地的知名度，也是對遼代陵墓的對外推廣進行更廣泛的宣傳，不僅促使更多的人來參與到文物的保護工作中來，也使文物保護工作受到監(jiān)督;第三，隨著社會生產(chǎn)的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對文化精神的需求也日漸增加。如申請世界文化遺產(chǎn)成功后，遼代皇陵的知名度提高，就會吸引更多的人了解契丹民族的歷史文化，這恰好符合了人們對精神文化的需求。

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篇4

論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)生了革命性的變化。而虛擬現(xiàn)實建模語言vrml正是相應(yīng)其產(chǎn)生的，人們可以根據(jù)自己的豐富的想象力模擬構(gòu)造出任意模型，從而實現(xiàn)城市規(guī)劃的預(yù)見。當(dāng)然，也可以從模型中發(fā)現(xiàn)缺點和不足，從而做進一步的改進和完善。本文正是基于這種技術(shù)和vrml開發(fā)工具實現(xiàn)了城市的仿真，能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾可以從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計意圖，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。

本文研究的主要是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用。意義在于針對現(xiàn)代城市建設(shè)的盛行，利用環(huán)境學(xué)、工程學(xué)、規(guī)劃設(shè)計等的綜合，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用其中，實現(xiàn)對城市的仿真，更真實、鮮明、生動地展現(xiàn)城市面貌，便于對城市規(guī)劃的可行性研究，有利于城市的規(guī)劃，建設(shè)和完善。

 

abstract ：the city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. and virtual reality modeling language happens to come into being going with it. people could construct any model according to his imagination, consequently the expectation of the city planning can be achieved. certainly we could find out the error and insufficiency, so that we could modify and improve it. the article bases on this technology and vrml exploitation tool to implement city emulation. it can make government layout department, project developer, engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying vr technology, and make them grip the city’s conformation and understand the purpose of the designer, and the participation of the public could come true.

this paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. the significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics, engineering, layout and vr technology. consequently we can show the more real, brilliance, dramatic city’s visage, so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning, city’s construct and city’ perfect.

 

keywords ：virtual reality；city planning；modeling；emulation

第一章  緒 論

1.1  什么是虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實是計算機模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界（virtual world）的計算機系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過計算機進入這個環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對象并與之交互。

虛擬現(xiàn)實不是真的，也不是現(xiàn)實，它只是一個在桌面上可實時地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統(tǒng)及鼠標(biāo)驅(qū)動用戶界面一樣，虛擬現(xiàn)實可使計算機的運用更加有效、透明。根據(jù)設(shè)計者的構(gòu)想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，將用戶在一定時間內(nèi)與現(xiàn)實環(huán)境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)，使人有一種身臨其境的感覺。

虛擬現(xiàn)實是一門綜合技術(shù)，它以計算機技術(shù)為主，綜合利用計算機三維圖形技術(shù)、模擬技術(shù)、傳感技術(shù)、人機界面技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等，來生成一個逼真的三維視覺以及嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發(fā)，利用自身的功能和一些設(shè)備，對所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進行瀏覽和交互式考察[1]。

虛擬現(xiàn)實有三大特點：浸沉感、交互性和構(gòu)想性。

浸沉感指的是人浸沉在虛擬環(huán)境中，具有和在真實環(huán)境中一樣的感覺； 

交互性指在虛擬環(huán)境中體驗者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內(nèi)容；

構(gòu)想性指虛擬的環(huán)境是人構(gòu)想出來的，因而可以用以實現(xiàn)一定目標(biāo)的用途。

1.2  虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展前景

虛擬現(xiàn)實（virtual reality，vr）是近來計算機網(wǎng)絡(luò)世界的熱點之一，在社會生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎(chǔ)技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計、計算機輔助設(shè)計（cad）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠程教育、遠程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂等方面。 web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術(shù)使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個用戶可以進行基于文本的或是聲音技術(shù)的閑談，在網(wǎng)上建立一個真正的三維社區(qū)已不再只是夢想中的事[2]。

虛擬現(xiàn)實發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗κ澜?、自己、空間和時間的看法。它是一項發(fā)展中的、具有深遠的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計算機及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因為數(shù)字地球帶給我們的是一個絢麗多彩的三維的世界!

我們相信社會的發(fā)展和技術(shù)的創(chuàng)新使這一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的將來，或許就在十年以后，或許二十年以后。

1.3  國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究概況

美國是vr技術(shù)的發(fā)源地。美國vr研究技術(shù)的水平基本上就代表國際vr發(fā)展的水平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。

在當(dāng)前實用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)先位置的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模vr知識庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實硬件是從美國進口的。

在vr開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備（包括觸覺反饋）設(shè)計和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國是領(lǐng)先的。到1991年底，英國已有從事vr的六個主要中心，它們是windustries（工業(yè)集團公司），british aerospace（英國航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要從事vr職產(chǎn)品銷售）[3]。

和一些發(fā)達國家相比，我國vr技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國的國情，制定了開展vr技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金會、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把vr列入了研究項目。 在緊跟國際新技術(shù)的同時，國內(nèi)一些重點院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。

北京航空航天大學(xué)計算機系是國內(nèi)最早進行vr研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進行了一些基礎(chǔ)知識方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實現(xiàn)方法；實現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，建立了網(wǎng)上虛擬現(xiàn)實研究論壇，可以提供實時三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實演示環(huán)境，提供用行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺，并將要實現(xiàn)與有關(guān)單位的遠程連接[3]。

浙江大學(xué)cad&cg國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網(wǎng)格的快速生成算法。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)計算機系已輕成功地虛擬出了人的高級行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調(diào)的向步等。

還有其他一些大學(xué)在虛擬現(xiàn)實發(fā)面取得了驕人成績，在這里就不再介紹了?？傊?，雖然我們和其他一些發(fā)達國家相比還存在差距，但我國的發(fā)展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。

1.4  本文研究的主要內(nèi)容

本文主要是介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)極其應(yīng)用，及其相應(yīng)的實現(xiàn)工具vrml語言。通過對城市的模擬設(shè)計，更深入的了解虛擬現(xiàn)實技術(shù)及掌握vrml語言的使用。

第一章主要講了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)知識、發(fā)展前景以及現(xiàn)今國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。以便讓讀者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)有一定的了解。

第二章主要講了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)工具vrml語言的發(fā)展歷史，虛擬現(xiàn)實與vrml的聯(lián)系以及vrml的創(chuàng)作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握vrml。

第三章是系統(tǒng)的概要設(shè)計，主要講了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用和vrml的使用。通過介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用，物理建模技術(shù)以及城市模型的概要設(shè)計，使得讀者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的了解更加深入和透徹。

第四章主要講了系統(tǒng)的詳細設(shè)計，主要是告訴讀者怎樣利用vrml語言實現(xiàn)模型的虛擬實現(xiàn)。通過本章的學(xué)習(xí)可以使讀者的運用vrml語言的能力大大增強。

第五章主要講了在系統(tǒng)的設(shè)計過程中遇到的問題及相應(yīng)的解決方法。

第二章  vrml簡介

2.1  vrml的發(fā)展歷史

vrml使用場景圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3d實境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以sci開發(fā)的open inventer 3d工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。vrml的場景圖是一種代表所有3d世界靜態(tài)特征的節(jié)點等級：幾何關(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有的生產(chǎn)三維產(chǎn)品的廠商，無論是cad、建模、動畫、虛擬現(xiàn)實，還是vrml,它們的結(jié)構(gòu)核心都是場景圖。

1993年9月，tong parisi和mark pesce開發(fā)了第一個vrml瀏覽器，稱為labyrinth，它是www上三維瀏覽器的原形。

1994年春，在日內(nèi)瓦第一屆www大會上，由tim berners-lee和dave raggett所組織的一個名為bird_of_feather (bof)的小組提出了vrml這個名字，當(dāng)時所代表的含義是virtual reality makeup language，但是后來為了反映三維世界的建立而改成了virtual reality modeling language，縮寫為vrml。在這次大會以后，一個www-vrml mail list的組織成立了，silicon graphics，inc(sgi)的gavin ball通過選擇open inventor文件格式中的基本元素，增加必要的www特征，制定的方案經(jīng)修訂，在1994年第二次www大會上公布為vrml1.0的初稿。

另一位sgi的原open inventor設(shè)計師paul strauss開始作一個vrml公共域的詞解程序，當(dāng)時流行于業(yè)界的名字叫qvlib。這個程序的作用是把vrml的可讀文件格式轉(zhuǎn)換成瀏覽器可理解的格式。這個詞解程序于1995年1月公開。它可以安裝到各式各樣的平臺上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來[4]。

1996年8月在sgi的 moving worlds提案基礎(chǔ)上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基礎(chǔ)上進行了很大的補充和完善。

vrml2.0的dis就是以vrml2.0為基礎(chǔ)制定的，于1997年4月提交國際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso jyci/sc24委員會審議，依照慣例命名為vrml97。

1998年12月在原vrml組織的基礎(chǔ)上成立了web3d聯(lián)盟，致力于vrml ng標(biāo)準(zhǔn)的制定，并致力于制定x3d網(wǎng)絡(luò)三維標(biāo)準(zhǔn)。在x3d的旗幟下，vrml將結(jié)合java3d和xml等技術(shù)，成為internet上三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)。

2.2  vrml與虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實的英文名稱為virtual reality，簡稱vr，即利用計算機的高科技手段構(gòu)造出一個虛擬的世界，使參與者獲得與現(xiàn)實一樣的感覺。虛擬現(xiàn)實是一個在當(dāng)今國際上倍受矚目的課題。

當(dāng)計算機技術(shù)尚未出現(xiàn)的時期，仿真只能在實物上進行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點是：由于仿真是在實物上進行，因而實時性強且精度較高，但是實施的難度和費用都較大。在計算機技術(shù)問世且被引入仿真領(lǐng)域的初期，仿真技術(shù)步入了半模擬半數(shù)字的階段。這時系統(tǒng)中的一些部分由計算機代替，另一部分則由實物充當(dāng)，所以，在一定程度上仍然保留著實時性仿真的特點[5]。

80年代后期，仿真在諸多方面都發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，仿真研究的對象已由連續(xù)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng)。仿真已由重視實驗轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析。計算機已成為一種重要的仿真工具。計算機仿真是一門利用計算機模擬真實系統(tǒng)進行科學(xué)實驗的技術(shù)。

由于從強調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強調(diào)與圖形技術(shù)和對象技術(shù)結(jié)合，仿真系統(tǒng)的交互性大大加強。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，仿真已從研究制造對象的動力學(xué)、運動學(xué)特性及加工、裝配過程，擴大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計和運行，并進一步擴大到后勤供應(yīng)、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測試等，涉及到企業(yè)制造活動的各個方面。這些轉(zhuǎn)變明顯地說明，計算機仿真已經(jīng)進入了一個嶄新的發(fā)展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現(xiàn)實促進了仿真技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實是采用計算機仿真技術(shù)生成的一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環(huán)境，置身于該環(huán)境中的人們可以通過各種傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的現(xiàn)實進行相互作用，達到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能海量并行處理技術(shù)、可視化技術(shù)、分布處理技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使得建立人機一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，仿真因此形成一些新的發(fā)展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實仿真等[5]。

2.3  vrml原理

1.vrml對三維虛擬世界的描述

vrml規(guī)定了3d應(yīng)用中大多數(shù)常見的功能。

(1)建模能力，vrml定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節(jié)點，建模能力較強。                                       

基本幾何形體：box、sphere、cone、cylinder

    構(gòu)造幾何形體：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid

    造型編組、造型定位、旋轉(zhuǎn)及縮放：group、transform

    特殊造型：billbord、backgroud、text

基本幾何形體節(jié)點只能作十分有限的幾種造型，用點、線、面索引節(jié)點及拉伸節(jié)點就可以構(gòu)造任意復(fù)雜的實體形狀。特殊造型節(jié)點可用于場景中的文字、背景顏色等設(shè)置。造型編組可以用來描述裝配關(guān)系，其中transform節(jié)點可以確定裝配位置、方向。

(2)真實感及渲染能力，通過提供豐富的相關(guān)節(jié)點的渲染，可以很精細地實現(xiàn)光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。

    光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight

    材質(zhì)著色：material、appearance、color、colorinterpolator

    紋理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform

    霧：fog

    明暗控制說明：normal、normalinterpolator

    三維聲音：sound

場景光照的設(shè)置直接影響觀察者的視覺效果，這幾種光照節(jié)點可以提供各種虛擬場景的光源。不同材質(zhì)的物體色彩及反光效果不同，vrml的材質(zhì)及著色節(jié)點的使用可以仿造如同真實物體給出的視覺效果。文理節(jié)點可以對實體表面粘貼圖片或進行像素點的設(shè)置以使實體具有同實物一樣的表面花紋。霧、明暗控制都對場景的光線反射有影響。聲音節(jié)點可以在場景中模擬出實際空間可能產(chǎn)生的各種聲響，如音樂、碰撞聲等[6]。

(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點可以控制對三維世界的觀察方式。

    傳感器：cylindersensor、planesensor、visibilitysensor、proxymitysensor、spheresensor、touchsensor

    控制視點：viewpoint、navigationinfo

各種傳感器節(jié)點可以感知用戶鼠標(biāo)的指針，touchsensor節(jié)點在數(shù)控車床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點控制可以預(yù)先提供給用戶一些更好的觀察角度。

(4)動畫，vrml提供了方便的動畫控制方式。

關(guān)鍵幀時間傳感器：timesensor

線性插值器及姿態(tài)調(diào)整：coordinateinterpolator、orientationinterpolator、scalarinterpolator

這兩組節(jié)點的配合使用可以產(chǎn)生場景中的動畫效果，關(guān)鍵幀時間傳感器節(jié)點驅(qū)動線性插值器節(jié)點按時間順序給出關(guān)鍵值插值，這些插值就是關(guān)鍵震動畫時控制實置、狀態(tài)所需要的中間過渡值。

(5)細節(jié)等級管理及碰撞檢測：lod、collision

細節(jié)等級管理是對復(fù)雜實體的細節(jié)顯示加以控制，使該實體可在視點外或遠離視點時不顯示或粗略顯示。vrml自身提供的碰撞檢測是指觀察者在虛擬場景中的替身與實體的碰撞。

(6)超鏈接及嵌入：anchor、inline

這兩個節(jié)點使vrml可以由一個虛擬場景直接鏈接到另一個場景，或者將另一個場景中的實體嵌入自己的場景中。

2.vrml的執(zhí)行模式

通過使用vrml的script節(jié)點編程、與java間事件訪問和建立場景圖內(nèi)部消息通道能夠很方便的實現(xiàn)虛擬實體的交互和動畫功能。vrml場景圖可以接受兩種事件驅(qū)動：從路由語句傳過來的入事件及由外部程序接口寫入的直接事件。路由語句說明由場景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個節(jié)點的出事件域傳出的事件傳遞到一個節(jié)點的入事件域。場景中傳感器節(jié)點通常定義了觸發(fā)事件，它通過路由發(fā)送到場景圖的其他節(jié)點的入事件域。如傳感器節(jié)點的觸發(fā)事件直接傳遞到插補器節(jié)點產(chǎn)生關(guān)鍵值插值，也可以傳遞script節(jié)點進行運算處理產(chǎn)生關(guān)鍵值插值。script節(jié)點的處理過程就是javascript語法編寫腳本程序。script節(jié)點還可以通過url域引入java程序到其他需要的節(jié)點，比如傳送給實體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執(zhí)行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應(yīng)，它應(yīng)該能夠有讀取節(jié)點出事件域數(shù)據(jù)的接口[7]。

2.4  vrml的創(chuàng)作工具

創(chuàng)作vrml可以用你喜歡的文本編輯器，如windows95下的notepad，dos下edit等。當(dāng)然，最后要獎文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對于復(fù)雜的三維造型，如果vrml語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時也是無法完成的，幸運的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發(fā)了vrml文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創(chuàng)建一個三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對于復(fù)雜的三維造型vrml環(huán)境中顯示就不成問題了。

推薦讀者使用的vrml創(chuàng)作工具是vrmlpad，它是一種功能強大且簡單好用vrml開發(fā)設(shè)計專業(yè)軟件，其完全vrml97標(biāo)準(zhǔn)。vrmlpad可以對vrml文件進行瀏覽編輯，對資源文件進行有效的管理，并且提供了vrml文件的向?qū)?，可以幫助開發(fā)人員編寫和開發(fā)自己的vrml虛擬現(xiàn)實作品[8]。

 

第三章  系統(tǒng)的設(shè)計

3.1  虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1.1  概況

隨著全球知識經(jīng)濟的興起，信息產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，上至政府、軍隊，下到各企事業(yè)單位都開始重視信息技術(shù)的創(chuàng)新研究和長遠發(fā)展，并已經(jīng)或準(zhǔn)備給予大量的投入。而作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動力的“虛擬現(xiàn)實”技術(shù)，也隨之成為人們關(guān)注的熱點之一。

由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計，在規(guī)劃的各個階段，通過對現(xiàn)狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計者、城市建設(shè)管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。vr技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運用vr技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的[9]。

3.1.2  虛擬城市的有機組成

仿真的虛擬環(huán)境

類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項目進行真實的“再現(xiàn)”。但是vr技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。

多方式、運動中感受城市空間

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，可以全方位,多種樣式（步行、驅(qū)車、飛行、ufo等）,完全由用戶自由控制在場景中漫游。vr技術(shù)與傳統(tǒng)的三維動畫最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動畫的觀察路徑都是預(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場景；而vr技術(shù)可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設(shè)計缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質(zhì)量。

實時多方案比較

運用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可，而不需要象傳統(tǒng)三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計意圖通過vr技術(shù)實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調(diào)整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設(shè)計的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金。

  三維空間信息交流

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數(shù)據(jù)接口與gis信息相結(jié)合，即所謂的vr-gis，從而可以在實時的虛擬環(huán)境中隨時獲取項目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標(biāo)、報批、管理等需要。此外，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實現(xiàn)三維空間的遠程操作。

公眾參與與方案展示

對于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項目，在項目方案設(shè)計過程中，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當(dāng)項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。

3.1.3  虛擬現(xiàn)實技術(shù)對城市規(guī)劃的影響

1．城市規(guī)劃管理

信息技術(shù)對城市規(guī)劃管理的影響主要表現(xiàn)在辦公自動化方面，目前的辦公自動化方面，目前的辦公自動化主要是提高城市規(guī)劃管理部門內(nèi)部的管理水平、質(zhì)量和效率。隨著社會的信息化，通過因特網(wǎng)可以建立城市規(guī)劃管理部門與城市建設(shè)者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)上報建，報建單位只要在本單位與因特網(wǎng)相連的計算機就可完成報建過程和提供所需的材料，規(guī)劃審批可以在因特網(wǎng)上完成。

規(guī)劃管理與規(guī)劃設(shè)計更緊密的結(jié)合，實現(xiàn)管理與設(shè)計的一體化，審批的結(jié)果可以電子數(shù)據(jù)的形式迅速的反饋給設(shè)計部門，而設(shè)計部門可盡快地將設(shè)計結(jié)果以電子數(shù)據(jù)的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網(wǎng)來完成。

通過因特網(wǎng)可以進行規(guī)劃評審，各地的專家可以在家里對規(guī)劃成果進行評審，規(guī)劃成果將利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)展現(xiàn)專家所需的各種信息（如建筑物三維動態(tài)模型），通過網(wǎng)絡(luò)會議交流意見，專家甚至可以實時與規(guī)劃師交流，提出自己意見和設(shè)想，并可以較快地通過建立數(shù)字模型加以證實[10]。

2．城市規(guī)劃設(shè)計

城市規(guī)劃設(shè)計將更廣泛應(yīng)用cad和gis技術(shù)，而計算機圖形輸入技術(shù)的改進和智能化，五筆輸入技術(shù)，使規(guī)劃設(shè)計師進行設(shè)計更為方便，而不影響靈感產(chǎn)生。

設(shè)計過程中所需的數(shù)據(jù)將數(shù)字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進行設(shè)計，而各種地下管線的資料由于數(shù)據(jù)庫的建立而更加方便的獲得。現(xiàn)在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應(yīng)信息系統(tǒng)建立而能很方便地獲得。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使規(guī)劃設(shè)計成果的三維動態(tài)建模更加方便，設(shè)計成果更加形象和直觀。

在規(guī)劃設(shè)計和規(guī)劃審批中由于規(guī)劃成果的數(shù)字化，使得對各種規(guī)劃成果和方案的定量分析、模擬和預(yù)測成為可能，經(jīng)濟可行性分析也更為方便，促進規(guī)劃決策的科學(xué)化。

通過因特網(wǎng)由分布在全球各地的規(guī)劃設(shè)計專家共同合作完成設(shè)計也將成為可能，這樣可以構(gòu)建了一個不受規(guī)劃師的空間分布制約的虛擬設(shè)計事務(wù)所。

3．公眾參與

公眾可以通過因特網(wǎng)動態(tài)了解規(guī)劃設(shè)計方案和參與規(guī)劃審批，而且規(guī)劃方案與成果的表現(xiàn)形式由于采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和多媒體技術(shù)更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規(guī)劃師的意圖，公眾通過因特網(wǎng)發(fā)表個人的意見，與規(guī)劃師、管理人員和其它有關(guān)人員進行直接對話，使公眾參與更加有效，促進決策過程的民主化。

4．城市規(guī)劃研究與教育

因特網(wǎng)構(gòu)成了一個巨大的電子圖書館，各種城市規(guī)劃研究成果將以電子出版物的形式出現(xiàn)，城市規(guī)劃研究者將通過因特網(wǎng)查到各種城市規(guī)劃資料，并可通過電子郵件、bbs（電子公告欄）及其它一些網(wǎng)絡(luò)通信方式進行交流。

因特網(wǎng)同時也將成為一個龐大的遠程教育網(wǎng)，城市規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生可以通過因特網(wǎng)利用多媒體技術(shù)學(xué)習(xí)城市規(guī)劃的理論與知識。

在信息時代，電子游戲也將成為一個很好的教育手段，城市規(guī)劃方面的游戲軟件將出現(xiàn)，可以對規(guī)劃設(shè)計與審批及城市建設(shè)過程進行模擬，使城市規(guī)劃學(xué)習(xí)及城市規(guī)劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成。

總之，信息時代的到來，使人類構(gòu)造了一個與現(xiàn)實世界相對應(yīng)的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現(xiàn)實空間和由比特（bit）構(gòu)成的信息空間(cyberspace)中，現(xiàn)實空間與信息空間的物理界面（interface）是由計算機及網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的信息基礎(chǔ)設(shè)施，人們通過這一界面可跨越現(xiàn)實空間與一些時間的限制，了解現(xiàn)實世界的過去和現(xiàn)在，預(yù)測未來，進行思想交流。城市規(guī)劃將在信息空間中構(gòu)造城市發(fā)展的藍圖，并通過建設(shè)者在現(xiàn)實世界中實現(xiàn)。

3.2  物理建模技術(shù)

3.2.1  人工的幾何建模方法

由構(gòu)造vr的觀點看，幾何建模是構(gòu)造vr的致命技術(shù)，它的限制可能妨礙vr的進展。vr研究將受益于共享的開放的建模環(huán)境，包括物理建模環(huán)境等。為了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個vr工作所報告的模型獲取過程。vr的幾何建模一般通過基于pc或基于工作站的cad工具獲取。在北卡大學(xué)漫游建筑的項目中，autocad用于產(chǎn)生構(gòu)成一座教堂幾何模型的12000個多邊形。討論的一個問題是"由為其它目的寫的cad程序中取出要求的數(shù)據(jù)"。由autocad產(chǎn)生的文件取出三維幾何并不困難，但問題是并非所有要求的數(shù)據(jù)都以vr要求的形式提供。特別是沒有提供有關(guān)建筑物實際物理的數(shù)據(jù)，用于實時漫游算法的劃分信息，以后由手工或?qū)Ｓ贸绦蚣尤搿?/p>

vpl reality built for two (rb2) 系統(tǒng)使用macintosh ⅱ，作為固體建模的設(shè)計站，用iris工作站作為繪制/顯示站。rb2是用于設(shè)計和實現(xiàn)實時vr的軟件開發(fā)平臺。在rb2下開發(fā)是快速的交互的，具有可實時編輯的屬性約束和交互。rb2的幾何建模功能利用了軟件模塊rb2 swivel和數(shù)據(jù)流/實時動畫控制臺body electric。rb2在組織上有大量跟隨者，他們沒有足夠的資源開發(fā)自己的vr。rb2是交鑰匙系統(tǒng)，它的幾何物理文件格式是專有的。

在npsnet項目中，初始的三維插圖集由simnet數(shù)據(jù)庫得到。這些模型知道的武器系統(tǒng)的三維外表比simnet少得多。結(jié)果，研究者開發(fā)了保存這些三維模型的開放格式，把物理模型增加到格式中，并改寫了系統(tǒng)，包含了面向?qū)ο蟮膭赢嬆芰Α＠?，npsnet研究組正在利用multigen cad工具開發(fā)無物理的模型，這用于sgi基于performer的npsnet-4系統(tǒng)。有物理的cad系統(tǒng)已開始開發(fā)，但還很貴，只是專用的。許多ve應(yīng)用要復(fù)制真實世界。不是用手建立模型，最好利用視覺或其它感覺自動獲取模型。自動獲取復(fù)雜環(huán)境模型(如工廠環(huán)境)當(dāng)前還不現(xiàn)實，但這是合適的課題。同時，自動或接近自動獲取幾何模型，現(xiàn)在在某些情況是現(xiàn)實的。部分自動的交互式獲取在不久將是可行的?，F(xiàn)在已有利用激光掃描建立實際物體三維外形的設(shè)備出售。

3.2.2  自動的幾何建模方法

三維掃描儀（3 dimensional scanner）又稱為三維數(shù)字化儀（3 dimensional digitizer）。它是當(dāng)前使用的對實際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實世界的立體彩色信息轉(zhuǎn)換為計算機能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了有效的手段。它與傳統(tǒng)的平面掃描儀、攝像機、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對象不是平面圖案，而是立體的實物。其次，通過掃描，可以獲得物體表面每個采樣點的三維空間坐標(biāo)，彩色掃描還可以獲得每個采樣點的色彩。某些掃描設(shè)備甚至可以獲得物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而攝像機只能拍攝物體的某一個側(cè)面，且會丟失大量的深度信息。第三，他輸出的不是二維圖像，而是包含物體表面每個采樣點的三維空間坐標(biāo)和色彩的數(shù)字模型文件。這可以直接用于cad或三維動畫。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。

1．三維信息獲取技術(shù)

早期用于三維測量的是坐標(biāo)測量機（cmm）。目前，cmm仍是工廠的標(biāo)準(zhǔn)立體測量裝備。它將一個探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅(qū)動探針沿三個方向移動。當(dāng)探針接觸物體表面時，測量其在三個方向的移動，就可知道物體表面這一點的三維坐標(biāo)?？刂铺结樤谖矬w表面移動和觸碰，可以完成整個表面的三維測量。其優(yōu)點是測量精度高。其缺點是價格昂貴，物體形狀復(fù)雜時的控制復(fù)雜，速度慢，無色彩信息。

機械測量臂借用了坐標(biāo)測量機的接觸探針原理，把驅(qū)動伺服機構(gòu)改為可精確定位的多關(guān)節(jié)隨動式機械臂，由人牽引裝有探針的機械臂在物體表面滑動掃描。利用機械臂關(guān)節(jié)上的角度傳感器的測量值，可以計算探針的三維坐標(biāo)。因為人的牽引使其速度比坐標(biāo)測量機快，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，靈活性好。但不如光學(xué)掃描儀快。也沒有彩色信息。faro和immersion公司提供這類產(chǎn)品。

借助雷達原理，發(fā)展了用激光或超聲波等媒介代替探針進行深度測量。這是激光或超聲波測距器。測距器向被測物體表面發(fā)出信號，依據(jù)信號的反射時間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為"飛點法"或"圖像雷達"。不少公司開發(fā)了用于大尺度測距的產(chǎn)品（如用于戰(zhàn)場和工地）。小尺度測距的困難在于信號和時間的精確測量。leica和acuity推出了采用激光或紅外線的測距器。senix公司推出了超聲波測距器。它受遮擋的影響較小。但要求測量精度高，掃描速度慢，而且受到物體表面反射特性的影響。

基于計算機視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復(fù)形狀法，從運動恢復(fù)形狀法，結(jié)構(gòu)光法，編碼光法等。其中的結(jié)構(gòu)光法，編碼光法成為目前多數(shù)三維掃描設(shè)備的基礎(chǔ)。這些方法可以分為被動式和主動式兩大類。被動式法的代表是立體視覺法。主動式法的代表是結(jié)構(gòu)光法，編碼光法。光學(xué)掃描的裝置比較復(fù)雜，價格偏高，存在不可視區(qū)，也受到物體表面反射特性的影響[11]。

用于獲得物體內(nèi)腔尺寸的方法之一是工業(yè)ct。它以高能x射線對零件內(nèi)部進行分層掃描。它的缺點是精度不高，價格昂貴，且存在放射性危害。

美國cgi公司生產(chǎn)的自動斷層掃描儀（automatic cross section scanner, acss）可以克服這些缺點。但要求對被測物體進行破壞。

2．三維掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

在硬件和控制技術(shù)方面，掃描運動的伺服裝置要求精度高，運行平穩(wěn)，可定位性好。用電子掃描代替機械掃描是當(dāng)前的趨勢。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。

三維信息獲取技術(shù)方面，三維信息獲取的原理應(yīng)綜合考慮精度，速度，易實現(xiàn)性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實施方案，采用巧妙的技術(shù)策略，提升產(chǎn)品的性能。還要研究計算模型和誤差模型，了解誤差的原因，誤差的傳遞，誤差的校正和消除。往往還要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理技術(shù)。

色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個因素確定: 照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺感受有關(guān)。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質(zhì)和對入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現(xiàn)的色彩。

三維構(gòu)型，顯示及修改技術(shù)方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點的坐標(biāo)和色彩。這些采樣點的集合稱為"點云"（point cloud）。必須用點，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將"點云"構(gòu)成"形"。同樣的點集進行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復(fù)雜表面的散亂點的構(gòu)形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來，并對缺陷進行人工修改。還必須支持多種數(shù)據(jù)格式，將結(jié)果按指定的格式輸出[12]。

定標(biāo)技術(shù)方面，確定有關(guān)的裝置參數(shù)就是定標(biāo)。它與計算模型和誤差模型有關(guān)。定標(biāo)精度和可靠程度直接影響測量精度。定標(biāo)還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標(biāo)問題。

3.3  城市建模

本設(shè)計采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模。

3.3.1  總體建模

總體建模初步構(gòu)造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎(chǔ)之上對局部布景的詳細設(shè)計,是個逐步細化的過程。

整體建模如下：用background設(shè)置天空和地面的色彩。background節(jié)點用于生成vrml的背景空間，背景采用了立方體空間的表現(xiàn)形式，在其外放置了一個地面球體，在地面球體之外是天空球體。立方體和球體在概念上都是無限大的，并包圍著vrml世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠不能接近它們。用viewpoint節(jié)點定義了瀏覽者在虛擬環(huán)境中的游行方式。viewpoint視點節(jié)點定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。在每一個新的觀察點，瀏覽器獲得的圖象就像是使用一部虛擬的取景器在屏幕上播放一樣。替身在虛擬空間中的移動，就使得取景器不斷的調(diào)整起位置和朝向。在這里本人定義了aa視點，采用了飛行的非跳躍的漫游方式。為了是瀏覽者的感覺和現(xiàn)實世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現(xiàn)在我們面前的將是一個個黑漆漆的模型。同時用worldinfo定義了境界信息，在運行界面的標(biāo)題欄可以看見該設(shè)計的名稱，作者等等。worldinfo節(jié)點用來聲明一個空間的標(biāo)題以及想提供的其他注解，它對vrml場景的創(chuàng)建并不產(chǎn)生影響。

運行效果如圖3-1。

圖3-1 背景圖

上圖只是一個非常非常粗略的框架，在此之上，用transform節(jié)點創(chuàng)建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。transform節(jié)點是一個組節(jié)點。transform節(jié)點包含一個子節(jié)點列表，這些子節(jié)點可以是shape節(jié)點、group節(jié)點或transform節(jié)點。在transform節(jié)點中的所有子節(jié)點將在transform節(jié)點的坐標(biāo)系原點處建立。該節(jié)點包括位置的確定、造型節(jié)點的旋轉(zhuǎn)軸和方向、造型節(jié)點大小的縮放比例及縮放旋轉(zhuǎn)軸，以及形體造型的構(gòu)造等，它的功能比較強大，使用相對簡單。transform節(jié)點在放置場景中的對象并確定其方向時具有很大的靈活性。transform節(jié)點也是一個形成vrml場景層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)節(jié)點。這里的樓房和街道就是用簡單的形體造型節(jié)點box構(gòu)成的，只是在大小，位置，方向上做了相應(yīng)的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。

城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計，在規(guī)劃的各個階段，通過對現(xiàn)狀和未來的描繪，為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強有力的支持。這里也采用了城市規(guī)劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當(dāng)。

圖3-2是設(shè)置后的運行效果。

圖3-2 簡單的樓房

很顯然，城市里只有樓房和街道是不夠的，一定要有樹，那是反映一個稱呼司綠化程度和建設(shè)特色的標(biāo)志，而樹則不是簡單的立方體，但為了構(gòu)造的簡便，本人用圓柱體和球體來構(gòu)造樹，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個改造過的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹。當(dāng)把樹嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構(gòu)造。

在這里所用到的立方體box、球體sphere、圓柱體cylinder都是簡單形體造型節(jié)點，但是運用它們可以構(gòu)造更復(fù)雜的對象，需要初學(xué)者靈活的掌握和運用它們。除了上面提到的簡單造型節(jié)點之外還有圓錐體cone。

圖3-3是一棵樹的造型。其實，它不僅僅是一棵樹，更是一個希望，象征著人類對環(huán)境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。

圖3-3 樹

圖3-4 綠化的城市

圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹的城市的整體構(gòu)造。雖然有點空曠，但是，地廣人稀正是我們?nèi)祟愃蛲摹，F(xiàn)在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經(jīng)上升到令人矚目的日程。開拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個建設(shè)者的最終目的和任務(wù)。而且我們也應(yīng)該珍惜每一片土地。

3.3.2  局部建模

局部建模也稱為細致建模，具體步驟如下。

一個城市只有樓房、街道和樹是不夠的，因此需要我們對粗略的城市進行細化。首先，先建立一個花壇，花壇也是有簡單的造型構(gòu)成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成?；▔念伾O(shè)置為淺綠色，錯落有致。有樹有花壇，當(dāng)然也得有草了，所以，還要做一個草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設(shè)置為深綠色，是一個大的扁平的立方體。街道上沒有車也是不行的，但車的造型是比較復(fù)雜的，但是什么復(fù)雜的東西都可以簡單化，本人用兩個球體和兩個圓柱體做成了一個小汽車。兩個球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個圓柱體作為車輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車的圖片，具體造型效果如圖3-5。

                                     圖3-5 小車

草坪建好了，也要為其進行裝飾，因此在上面放了凳子和一個供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個球體，并在草坪的四角各放了一個半球。為了體現(xiàn)國民的保護環(huán)境意識，在草坪的邊上有放置了一個圓柱形的垃圾箱。在此基礎(chǔ)之上，為了體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實世界的動感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補器corlorinterpolator和時間傳感器timesensor來實現(xiàn)的。corlorinterpolator節(jié)點是vrml提供的附加的插補器節(jié)點，利用它可以構(gòu)造色彩的變化效果。corlorinterpolator節(jié)點在它的key和keyvalue域中使用一系列關(guān)鍵時刻值和色彩值。corlorinterpolator節(jié)點通過在兩個色彩值中內(nèi)插，來計算一個中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。timesensor節(jié)點可以像時鐘一樣標(biāo)記時間的流逝，還附加有定時發(fā)送相關(guān)時刻信息的功能。同時它可以是一個定時開關(guān)，開始及結(jié)束一些過程。通常與插補器、傳感器聯(lián)合使用。timesensor節(jié)點能夠作為任何組的子節(jié)點。

效果如圖3-6和圖3-7。從兩副圖中可以明顯看出，除了圖中的球體的顏色是不同的之外，其他的都是一樣的。

圖3-6 奇異的草地甲

圖3-7 奇異的草地乙

虛擬現(xiàn)實，也就是模擬現(xiàn)實，使得呈現(xiàn)的景象和現(xiàn)實世界的一樣逼真。在這了，本人將要設(shè)計的城市的四個游樂場所中的一個做了一點變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當(dāng)替身與游樂場的距離在一定范圍內(nèi)時，中間的立方體會自動的旋轉(zhuǎn)一定的角度。這種變化是如何實現(xiàn)的呢？其實很簡單，這里使用了臨近傳感器proximitysensor。臨近傳感器感知觀察者進入并在一個空間的長方體區(qū)域中移動的時間。當(dāng)觀察者接近區(qū)域時，能使用這些傳感器啟動一個動畫，當(dāng)觀察者離開時停止這個動畫。proximitysensor節(jié)點能夠作為任何組的子節(jié)點。并且它可以感知觀察者何時進入、退出和移動魚當(dāng)前坐標(biāo)系內(nèi)一個長方體區(qū)域?？梢詸z測到觀察點接近的信號，利用它可控制其他操作。

一個城市只有高樓沒有平房也是不切實際的，本人又在城郊建立了幾個平房區(qū)。每個平房也是由簡單的幾何造型節(jié)點box構(gòu)成的。而且，每個平房的門是可以用鼠標(biāo)拉動一個角度的。房門轉(zhuǎn)動是通過圓柱傳感器cylindersensor的實現(xiàn)的。cylindersensor節(jié)點可以感知一個觀察者的拖動動作，并且計算旋轉(zhuǎn)軸和角度，且通過它的rotaion_changed域輸出。將鼠標(biāo)的動作轉(zhuǎn)換成適于操作造型的輸出。cylindersensor節(jié)點可以是任何組節(jié)點的子節(jié)點，它可以感知觀察者在組及子節(jié)點的任何造型上的動作。通過將傳感器節(jié)點的輸出路由到transform節(jié)點來引起造型物體的旋轉(zhuǎn)。平房區(qū)建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個圓錐體組成的，只是遠近和大小不同，顏色也做了調(diào)整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結(jié)果如圖3-8。

圖3-8 山與平房

一個城市沒有人是不可能的，只是多少的問題。人的造型本人是用球體和立方體組成的，胳膊，腿，身體已經(jīng)脖子是幾個立方體，頭部是一個球體，效果如圖3-9。

圖3-9 人

除了以上的各個造型外，在模型中還有一些電線桿，只是起到輔助的作用，也是為了使設(shè)計更加完美。

設(shè)計的最終結(jié)果如圖3-10。

圖3-10 美麗的城市

以上就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，是基于vrml技術(shù)的，在整個設(shè)計和建模過程中，要求設(shè)計者有很好的邏輯構(gòu)想思維方式，時刻以城市規(guī)劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)和vrml技術(shù)，理解城市規(guī)劃的要領(lǐng)，能夠靈活的運用vrml語言，達到舉一反三的程度。

四章  系統(tǒng)的編碼實現(xiàn)

本設(shè)計是以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用vrml語言實現(xiàn)的城市環(huán)境的模擬，下面是通過編碼而得到的一個城市模擬視圖圖4-1。

圖4-1 城市運行圖

在這里的核心技術(shù)是vrml語言。在第二章已經(jīng)對vrml語言做了簡要的介紹，這里就不再贅述。

編碼實現(xiàn)的過程實際上是如何應(yīng)用vrml語言的建模過程，編碼設(shè)計的核心也是vrml語言。在這里，對編碼的實現(xiàn)過程作一下簡要的介紹。在城市的模擬過程中，許多造型都是用簡單的造型節(jié)點構(gòu)造的，用到的簡單造型節(jié)點有立方體box，圓錐體cone，球體sphere和圓柱體cylinder，盡管它們比較簡單，但是它們是基礎(chǔ)造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來闡述整個編碼實現(xiàn)過程。

background節(jié)點是用來設(shè)置天空和地面的色彩的，skycolor中包含一系列三元顏色值，用來設(shè)置變化的顏色。skyangle中包含一系列角度值，用來設(shè)置顏色變化的角度。groundcolor和groundangle的功能和作用同skyground和skyangle大同小異。如：

    background{

      skycolor [0.0 0.2 0.7,0.0 0.5 1.0,1.0 1.0 1.0]

      skyangle [1.309,1.571]

      groundcolor [0.1 0.0 0.0,0.4 0.25 0.2,0.6 0.6 0.6]

      groundangle [1.309,1.571]

}

directionallight節(jié)點是用來設(shè)置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個三元值來設(shè)置方向，下面的例子中所設(shè)定的方向為光線沿著y軸負方向照射。相當(dāng)于光線是從頂部照射下來的。

directionallight {

  direction 0 -1 0

}

navigationinfo節(jié)點是用來定義導(dǎo)航信息的，type域可以定義為飛行fly，行走walk等方式，speed域設(shè)置觀察著在場景中暢游的速度，單位為米每秒。headlight域指明是否瀏覽器要將觀察者的頭燈打開。頭燈是一束指向用戶正在觀看方向的有向光。avatarsize域指定一些距離參數(shù)，這些參數(shù)決定了在考慮碰撞檢測和視點隨地形起伏的用戶可移動范圍。該域的第一個只是碰撞被探測出以前用戶的位置與一個碰撞幾何體間允許的距離；第二個只是視點與地面間應(yīng)保持的高度；第三個只是視點可以跨過得最高障礙物的高度。公共域avatarsize值描述了觀察者替身的大小特性。如：

navigationinfo{

   type "fly"

   speed 1.0

   headlight false

   avatarsize [0.25,3.2,3.0]

}

transform節(jié)點是一個組節(jié)點，該節(jié)點包括一個子節(jié)點的列表。這些子節(jié)點可以是shape節(jié)點、其他group節(jié)點或transform節(jié)點。translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節(jié)點的變換影響的子節(jié)點。這個節(jié)點是整個程序設(shè)計中的基礎(chǔ)節(jié)點，幾乎每一個模型的建立都用到了transform，因此，對transform的靈活運用尤為重要。下面的例子使用transform節(jié)點設(shè)置地面。

transform {

  translation 0 -24 0

  children[

    shape{

      appearance appearance{

         material material {diffusecolor 0.4 0.25 0.2,}

      }

geometry box {size 400 48 400}  } ] }      

viewpoint節(jié)點是視點定義節(jié)點，定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。position用來設(shè)置視點的位置，它是一個三元值，jump域決定了視點的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。orientation域是一個四元值，前三個值指定了視點的旋轉(zhuǎn)軸，第四個值說明了旋轉(zhuǎn)角度的正負。description域的值指定了一個用于描述視點的文本串。下面是一個關(guān)于視點aa的例子。

def aa viewpoint {

  position    25 5 70

  jump false

  orientation 0 1 0 0.4

  description "aa"

}

在vrml編程中，group節(jié)點也是一個很重要的節(jié)點。group節(jié)點提供了最簡單的節(jié)點編組，可以包含任意數(shù)目的子節(jié)點，與一個沒有轉(zhuǎn)換域的transform節(jié)點相當(dāng)。該節(jié)點與transform節(jié)點一樣，也有一個children域。它用來收集節(jié)點和創(chuàng)建不需要實施變幻的層次結(jié)構(gòu)。似乎有了transform節(jié)點，group節(jié)點并沒有什么用處。但有時在對一個整體進行操作時，以transform節(jié)點組織的整體相比group節(jié)點組織的整體并不能顯示出優(yōu)勢。如果在使用傳感器或插補器節(jié)點時，祖作為一個整體，可以使用def來給它定義一個名稱，并且在vrml文件中使用use重復(fù)的引用。

一個組可以具有任意數(shù)目的成員，成為子節(jié)點。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節(jié)點的組節(jié)點被稱為父節(jié)點。因為組節(jié)點可以其他的組，一個組的父節(jié)點可能是一個更高一級組的子節(jié)點。高級組的父節(jié)點可以是一個更高級組的子節(jié)點。從此上溯直到最高級父節(jié)點，稱為根節(jié)點。造型可以組織在一起來創(chuàng)建更大、更復(fù)雜的造型。由于group節(jié)點和transform節(jié)點很相似，在這里就不再舉例子了。

以上介紹的幾個節(jié)點是vrml語言的核心節(jié)點，整個程序的設(shè)計都是通過這些節(jié)點的不同設(shè)置和組合來實現(xiàn)的。除此之外，還有兩個重要的工具，這就是節(jié)點名定義def及引用use，這是vrml世界提供給我們的兩個避免重復(fù)勞動的工具，節(jié)點命名是以關(guān)鍵字def加上所命名名稱在一起，置于節(jié)點類型定義之前開完成的。這兩個說明符可以放在任何允許節(jié)點的地方。use語句并不是復(fù)制該節(jié)點，而是把該節(jié)點再次插入它所在的場景圖。節(jié)點名只在本文范圍內(nèi)有效。

總之，系統(tǒng)的編碼實現(xiàn)就是利用vrml中的基本造型節(jié)點對已經(jīng)涉及好的模型進行的模擬實現(xiàn)過程。在這個過程中，需要設(shè)計者能夠熟練的掌握和運用vrml語言，懂得融會變通，才能使預(yù)想創(chuàng)建的模型得以實現(xiàn)。

當(dāng)然，vrml中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續(xù)學(xué)習(xí)和探索，筆者在這里就不再過多描述了。

第五章  系統(tǒng)的測試與分析

5.1  系統(tǒng)的測試

隨著程序的逐步完成，系統(tǒng)的測試也開始了。系統(tǒng)的測試采用的單元測試法，即逐步測試的過程。將程序分成若干個程序模塊，單獨進行測試，觀察結(jié)果，與預(yù)期結(jié)果進行對比。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進式的整合成幾個較大的模塊，重復(fù)上面的工作，最終形成整體的模塊，構(gòu)成城市的整體建模。

5.2  測試中遇到的問題

在測試中遇到問題是在所難免的，本人也遇到了一些問題。

問題一：在程序的編碼過程中，無論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。

問題二：在程序的編碼過程中，當(dāng)對一個簡單的形體造型節(jié)點進行紋理貼圖時，運行提示，找不到貼圖文件。也就是說，紋理貼圖不成功。

問題三：在運行界面的標(biāo)題欄添加境界信息時，為何只顯示其中的一部分，其余的沒有顯示。

問題四：程序中的許多節(jié)點的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進行正確的定位，本人總是在這個方面大費周章。希望可以找到一個好的方法來解決這個問題。

問題五：程序中的許多route與語句的使用總是和預(yù)想的存在差距。

當(dāng)然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進行深入的探究，希望有興趣的人繼續(xù)努力。

5.3  問題的解決方法

對于第一個問題，通過察看資料以及對其他程序的研究，本人認為，應(yīng)該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應(yīng)該就行了，經(jīng)驗證結(jié)論成立。

對于第二個問題，本人經(jīng)過細心研究，反復(fù)實驗，終于找到了答案。由于不同的vrml瀏覽器對圖片的識別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應(yīng)的圖片格式，就可以實現(xiàn)貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發(fā)現(xiàn)了這些。

對于第三個問題，經(jīng)過本人的細心研究發(fā)現(xiàn)，有些vrml瀏覽器提供特殊菜單選項來顯示虛擬空間的標(biāo)題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標(biāo)題定位于瀏覽器窗口的標(biāo)題欄。可以在空間使用任意多的worldinfo節(jié)點。但只有第一個worldinfo會被瀏覽器顯示。因此，在使用worldinfo節(jié)點時只要針對不同的瀏覽器采用相應(yīng)的準(zhǔn)則就不會出錯或不合心意了。

對于第四個問題，在vrml世界中，內(nèi)層節(jié)點的定位可以說是獨立于外層節(jié)點的。一旦外層節(jié)點定義好了，就可以只考慮內(nèi)層節(jié)點了。當(dāng)然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構(gòu)想，也許需要多多練習(xí)，熟能生巧。

對于第五個問題，route的使用是一門技術(shù)，需要初學(xué)者多看一些相關(guān)的書籍和例子，掌握其中的要領(lǐng)和規(guī)律，還要多多練習(xí)。俗話說的好好記性不如爛筆頭，它需要大家多多的練習(xí)。

以上這些只是筆者個人的一點見解，由于知識有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛好的讀者給與建議和指正。

結(jié)論

“虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用---基于vrml技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計與實現(xiàn)，充分體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)中的作用，它能夠減輕設(shè)計人員勞動強度，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，節(jié)省投資。而vrml在實現(xiàn)城市規(guī)劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實現(xiàn)任意模型的虛擬，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢也才得以實現(xiàn)，使得城市的設(shè)計布局合理、美觀，支出價有所值。

在該設(shè)計的過程中，本人充分體會到要想熟練地掌握運用vrml和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，就必需扎實的學(xué)習(xí)vrml語言和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)知識。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)域都顯示了其特殊的作用。時代的發(fā)展也使得我們掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為一種時尚的潮流。

設(shè)計的過程就是一個發(fā)現(xiàn)問題---解決問題---發(fā)現(xiàn)問題---解決問題的循環(huán)反復(fù)過程，但是它讓學(xué)習(xí)的人逐步進步，就好像滾雪球一樣，一點一點，越滾越大。通過“虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用-----基于vrml技術(shù)的城市之旅”的設(shè)計與實現(xiàn)，本人在vrml語言的運用以及對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展方面有了很深的了解，受益匪淺。當(dāng)然遇到很多尚未解決的問題，希望感興趣的讀者能夠繼續(xù)研究。

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