基于虚拟现实的校园漫游视景仿真

附件1项目编号:201210742008西北民族大学国家大学生创新创业训练计划项目申报书项目名称：基于虚拟现实的校园漫游视景仿真项目类型：■创新训练项目□创业训练项目□创业实践项目所属学科工学负责人：王星所在学院数学与计算机科学学院专业年级：一年级联系电话：[phone]指导教师：姓名：马君职称：讲师姓名：职称：申请日期：2012年4月27日西北民族大学教务处制表填表日期：2012年4月23日填报说明一、填写申报表之前，请认真阅读《西北民族大学国家大学生创新创业训练计划项目实施方案》及其他相关通知文件。二、请实事求是、逐条、认真地填写申报表中的各项内容。表达应明确、严谨、简洁。空缺项要填“无”。三、“项目所属一级学科”应是哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学和艺术学等一级学科门类中的一种或多种（跨学科）。四、“负责人及团队成员信息”第一栏请填写项目负责人基本信息。五、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式没有被改变；申报表请用A4纸打印，表中除签字盖章内容，请尽量打印填写，页面空格不够时请自行加页，做成附件附于表格最后，于左侧装订成册。六、申报表需提交一式三份，需经项目参与人员签字，指导教师和所在学院审查、签署意见并加盖印章。七、申报过程有不明事宜，请与西北民族大学国家大学生创新创业训练计划项目管理委员会联系和咨询。一、项目慨况项目名称基于虚拟现实的校园漫游视景仿真项目所属一级学科工学申请经费（元）大写：两万小写：20000项目起止时间2012年4月27日——2013年4月27日负责人及团队成员信息姓名学号学院专业联系电话E-mail王星P111713147计算机科学与技术[e-mail]张海飞P111713146计算机科学与技术[e-mail]孙岚P111713172计算机科学与技术[e-mail]钟浩飞P111713157计算机科学与技术[e-mail]指导教师信息姓名学院职称联系电话E-mail马君数学与计算机科学学院讲师13919266058校外指导教师姓名所在单位职称、职务联系电话E-mail二、项目内容简介（立项背景、项目主要内容及实施目标）拟现实技术(VirtualReality简称VR)，又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。此技术会让使用者有如身临其境一样体验三维空间内的感受。对于庞大的虚拟场景来说，可以将其中的部分场景作为内嵌场景，例如图书馆，多媒体教室等。内嵌场景作为一个独立的场景文件创建，在浏览主场景时，访问者可以自主进行资源的浏览和设备的控制。内嵌场景用inline语句引用显示在主场景中。需要指出的是：内嵌场景的引用并不是将所有的内嵌场景文件中的模型顶点标记在主场景文件中，而是只需记录下内嵌场景的URL地址并标出它的总体大小即可。如果需要浏览校园某个建筑的内部时，就可以为建筑的内部单独制作一个场景文件，例如图书馆，多媒体教室，学生宿舍等。在设计场景时，不仅要创建外部场景，还要创建内部场景。在设计大门时，不仅要做出关闭的样子，还要创建一个接触触发器节点，在节点中创建门在打开后的模型和开启时间，最后用路由节点ROUNT来连接两者。为了加强漫游效果，可以结合VC++编程设置人工干预路径，同时在场景中加载音乐、解说等配音效果。视景仿真技术的应用可以使用户具有感知能力，并使用户全身心的投入到计算机创建的三维虚拟环境中，如同在现实世界中的感觉一样。同时，用户还可以与环境通过实时、有效地开展交互，完成特定意义下的功能实现，使参观者身处其中对模拟环境内各种虚拟的事物进行触摸、移动等进行各种交互。视景仿真的多感知性（Multi-Sensory）、浸没感（Immersion）、交互性（Interactivity）、构想性（Imagination）使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，在该环境中的一切看上去是真的，听上去是真的，动起来是真的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的，如同在现实世界中的感觉一样。系统漫游的实现包括自动漫游的实现，交互式漫游的实现和视景特效。用户可以通过键盘控制切换漫游的方式，利用操作系统的消息机制，调用函数，应用程序消息响应而实现。自动漫游实际上就是虚拟场景中的动画，对于导航线路的指定、运动控制和视点等主要利用触发器和插值器来实现的。路径的选择可以由给定的坐标决定，也可以设计专门的数据文件用以存放路径位置的关键点坐标。场景中所建立的不同视点通常在左右键单击浏览图中弹出的菜单中显示出，也可以根据漫游的路线在网页中显示出。在漫游的实现上可以是事先定制的漫游路线，也可以根据浏览者的个人意愿选择其中一条路径进行自动漫游。三、项目特色与创新点项目特色：虚拟现实的校园漫游视景的特色，虚拟现实又称为“灵境”技术，它综合了计算机图形技术、计算机仿真、传感器技术、显示技术等多种高科技的最新成果，使人和计算机很好地“融为一体”，给人以“身临其境”的感觉，本文介绍了基于多边形的虚拟漫游技术“数字校园”项目中的应用，以西北，民族大学校园环境为虚拟空间，在UNIX环境下实现一个具有一定人机交互能力的室内外结合的社区漫游系统，并且就三维场景模拟、人机交互、视点运动模型、碰撞检测等有关技术进行了讨论。“数字校园”是指数字信息化的校园，包括信息的获取、处理和应用。将或得的校园数据用计算机与应用模型结合起来，在计算机系统中重现真实的校园，数字校园的内容包括校园设施的数字化、校园漫游智能化、可视化等主要方面，它可以对过去进行反演，对现实进行决策，对未来进行预测，对整个校园发展规划、校园管理将发挥重大作用。一个虚拟环境是否逼真主要决于其视景生成系统的好坏，也是影响虚拟现实系统沉浸感的重要因素，构造漫游系统的首要工作是通过三维建模过程构建场景数据库。“数字校园”所采用的三维场景建模软件是视景仿真领域领先的MultiGencrea-tor,建立的校园三维模型。项目创新点：视景漫游是虚拟数字校园的重要组成部分，所以完成的三维模型只有将其放在满游引擎环境下，才会使参观者有一种身临其境的感觉。本数字校园漫游系统建立在sketchup软件平台上，并自行开发了视景漫游过程中人机交互控制、自定义视点运动模型及基于视线的碰撞检测算法。人机交互控制：在虚拟三维世界中漫游的过程是人和计算机发生交互的过程。为了适应不同漫游方式的需要，本系统漫游引擎中设置了手动漫游和自动漫游2种功能。手动漫游可以随意控制漫游时的速度、方向、视角。这种方式可以增强用户在虚拟环境下存在的真实感、沉浸感，以任意视角观察建筑物的内部布局结构和内部设施。自动漫游即用户可以为一个预先确定的路径创建关键点，然后通过观察者用一个导航器穿行路径来自动的对运动进行控制。漫游引擎是一组三维场景漫游的核心程序，负责实现输入影射与视点控制、虚拟场景调度管理、模型切换、纹理、光照、地形匹配、碰撞检测与响应、实体操纵、交互设计、二维导航图等系统漫游功能，在数字校园漫游引擎中绝大数功能都被定义为可选项，即漫游者可以根据自己的需要打开或关闭某种功能。在“数字校园”中可以观赏到不同时段（白天、夜晚）的校园景色，可以用任意视角、任意路线游走于校园之中，可以上下台阶、花园散步、可以推门入室、凭窗远眺。建立基于多维信息空间的和谐人机环境是信息技术的创新发展目标之一，虚拟现实技术是支撑多维信息的关键技术，运用虚拟现实技术进行数字城市、虚拟建虚拟装配、虚拟装修方案展示。四、申请条件（项目组成员的知识条件、优势以及前期调研准备等情况）我们项目组成员是由四个成员组成，我们四个成员有足够的信心弄好此项目。我们的成员有自学了有关知识，对这方面比较熟悉，知识储备比较完善。申请的优势：学校方面大力的支持相关的活动，学院方面也非常的重视，为我们提供实验室。以供我们进行试验。学校还给与一定的资金支持，大大的减轻了我们前进的道路所遇到的困难。知识方面我们有足够的自信，相信我们最终一定能成功完成相关的事宜，组成员有不同的专研方向视景仿真技术(VisualSimulationTechno1ogy)是计算机仿真技术的重要分支,是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、信息合成技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用,其组成部分主要包括仿真建模技术、动画仿真技术和实时视景生成技术。视景仿真目前已经在许多领域得到应用,如:校园景观模拟、军事训练模拟、航天器模拟、地形地貌模拟、城市建筑模拟。校园视景仿真系统应用于校园的对外宣传和招生中,能给许多不能亲自参观考察学校的学生及家长等一种新的选择和高度逼真的视觉体验。并且通过这种虚拟体验,促进校园文化、学术交流,有利于校园的对外宣传,使更多的人了解校园。目前，许多的国外大学及科研机构都在从事虚拟场景漫游的研究。其中美国加州大学北卡分校及伯克利分校在这方面走在世界前沿，他们都拥有世界一流的漫游技术研究室，研究室里配有许多虚拟现实技术的设备，包括功能强大的图形工作站、高分辨率图形显示器、各种类型的头盔显示器(HMD)、数据手套、步行器等。和一些发达国家相比，我国虚拟现实技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作，尤其在科技研究、虚拟仿真校园、虚拟教学、虚拟实验室、教育娱乐等方面进行了更深入的研究。清华、武大、北京航空航天大学、杭州大学、浙大、西南交通大学等许多大学都己经开展虚拟场景漫游技术的研究，在视景技术、图形算法、建模方法等方面都取得了重要成果，并在城市规划与建筑领域得到了初步的实际应用。五、项目方案（项目实施时间、计划、人员分工、项目实施保证措施等）实施时间2012年4月27日——2013年4月27日项目计划项目的前期：项目的前期主要是完成有关的调研。这包括对校园整体建筑群的位置的了解、绿化面积的计算、各各场馆的占地位置和面积比例的计算并给与统计，获得详细的相关数据。例如：场景的比例大小的选定、体育场的地理位置和所占面积的比重等…项目的中期：在项目的中期主要是提高项目组成员的各方面的素质，例如有关知识的培训等…我们争取在最短的时间内补足我们所欠缺的地方。确立正确可实行的方案，接近自己所有的精力来保证项目想我们想要的结构方向前进。项目的后期：在项目的后期我们将会把工作的重点转向计算机上的实质性操作上。在大量知识做后盾后又有了前期关键的数据。我们将着手在计算机上开始三维场景的建立、图形的生成、以第一视角的动态浏览方式来竭尽全力做到最好的仿真视觉效果，并最终完成我们组的创新训练项目。人员分工项目组成员以负责人为中心，开展有关的前期测绘等。负责人主要负责人员的调动和攻坚方面（技术上的支持等）项目组成员张海飞：负责技术上的辅助。孙岚：负责各种资料的收集，数据的整理和计算。钟浩飞：负责各种器材的租借，和场馆测量的进行工作。项目的实施保证措施在熟练掌握有关知识后我们将正式切入方案的实施，我们会在最短的时间内确定具体的实施方案。并通过学习的大量有关知识来执行此方案，而且分为三期来完成（前期、中期、后期）。我们组成员将以分工的形式来进行，包括前期的调研，有关资料的收集。学校整体的相片和各各场景的实质的相片等，然后会绘制出大体的纸质模拟图以小组的方式使工作效率最大化，避免了项目在实施的所引起的相关的矛盾。以相同的目标但又不同的出发点，最终完成相同的目的。最后我们会借助相应的软件来完成这个“基于虚拟现实的校园漫游仿真”这个课题在暑期结束后我们将会结合知道老师的意见学