港城房地产虚拟样板房展示系统的设计与实现   Virtools Dev3.5+  3DMAX8.0

摘要 自20世纪90年代以来，虚拟现实技术一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一。它借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境，使人能够在此虚拟环境中自由地交互。目前此技术已经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。
　　利用虚拟漫游技术来进行虚拟浏览，小区或城市的规划与设计是虚拟现实应用中的新热点。漫游系统包括一个逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，它是一个真实空间或假想空间的实时仿真虚拟空间，用户借助必要的装备以自然的方式在该虚拟空间中漫游，从任意角度对环境中的虚拟对象进行观察，从而产生身临其境的感觉，同时也可以对其中的物体进行规划和操作。虚拟漫游系统是虚拟现实技术的综合应用，具有广阔的发展前景。
　　本文在对虚拟现实、Vritools 等相关技术作了介绍后，重点对虚拟漫游的实现方法进行了研究，包括三维场景的模型构建，虚拟样板房展示系统的实现等。最后设计与实现一个基于 Web的虚拟样板房展示系统。
   本设计说明书主要介绍了本课题的开发背景、完成的功能和开发过程，并着重说明了开发设计的思想、技术难点和解决方案。

关键词：虚拟现实  Virtools  三维场景  建模

*注：（本注释不是中文摘要的部分，只是本式样的说明解释）
　　1. 中文摘要标题为四号黑体居中，缩放、间距、位置标准，无首行缩进，无左右缩进，且前空（四号）1行，段前、段后各0.5行间距，行间距为1.25倍多倍行距；
　　3. "摘  要"两字为黑体小四号，在标题下空一行顶格；
　　4. 摘要及关键字的正文为小四宋号，不加粗，缩放、间距、位置标准，无左右缩进，无首行缩进，无悬挂式缩进，段前、段后间距无，行间距为1.25倍多倍行距；
    5. "关键字"3字为黑体小四号，在标题下空一行顶格；各关键字之间空一个汉字
空格，尾部无标点。

毕业设计（论文）外文摘要

The Design and Implement of City real estate
Virtual Preproduction Room Demonstration System

Abstract: Since 1990s virtual reality technique has been one of the hot spots in IT field．It creates a living virtual environment by using computer and allows the users communicate with it freely．Now VR is widely used in the military，medicine， education，virtual travel，shopping，interactive entertainment etc．
　　It is very popular to use VR in designing districts, city plans by virtual roaming technique．Roaming System is a virtual environment in specific ranges which includes vivid vision，hearing and feeling in one．Using some necessary equipments, users can walkthrough in this virtual world or observe virtual objects from any angle and they will feel themselves in the scene．They can also operate the objects inside virtual environment．Virtual walkthrough system is the integrated application of virtual reality skills，which has a promising future．
　　In this paper, we briefly introduce some relevant techniques of VR and Vritools,then put our focus on the research of virtual walkthrough，including 3D scene modeling，Virtual Preproduction Room Demonstration system implementing etc．Finally we design and implement a Virtual Preproduction Room Demonstration system based on Web．
　　This paper introduces the background of the development, the functions demanded and the process of design. What's more, the paper mainly explains the design and implement of the key techniques and the solutions.

Keywords: virtual reality; Virtools; 3D scene; modeling

目    录

1  绪论 1
1.1  虚拟现实技术概述 1
1.1.1  虚拟现实的基本概念 1
1.1.2  虚拟现实系统的特性 1
1.2  课题的研究背景及意义 2
1.3  课题的研究内容与目标 3
1.4  可行性分析 4
1.5  论文各章简介 4
2  开发工具的介绍 5
2.1  虚拟现实工具Virtools Dev简介 5
2.1.1  灵活而强大的Virtools Dev 5
2.1.2  Virtools的结构 5
2.2  建模工具3DMAX 6
2.2.1  3DMAX的简介 6
2.2.2  功能强大的3DS Max 6
3  基于虚拟现实样板房展示系统的设计 9
3.1  设计的总体考虑 9
3.1.1  需求的功能分析 10
3.2  场景数据库 11
3.2.1  场景数据库的层次结构 11
3.2.2  场景数据库构造过程 11
3.3  场景的建模 12
4  三维场景的构建 13
4.1  三维场景生成的基础理论 13
4.1.1  从三维空间到二维平面 13
4.1.2  投影变换 13
4.1.3  几何变换 14
4.1.4  视口变换 14
4.2  三维场景生成机制 14
4.3  三维场景的建模技术 15
4.3.1  几何建模 15
4.3.2  运动建模 16
4.3.3  物理建模 16
4.3.4  模型分割 16
4.4  三维场景的优化技术 16
4.4.1  碰撞检测技术 16
4.4.2  层次细节技术 17
5  基于虚拟现实样板房展示系统的实现 20
5.1  三维场景建模 20
5.1.1  二维物体创建编辑模块 20
5.1.2  三维物体创建编辑模块 20
5.1.3  放样建模模块 20
5.1.4  场景导出格式转换模块 21
5.1.5  材质与贴图模块 21
5.1.6  环境与效果建立模块 21
5.2  虚拟系统生成 22
5.2.1  基本场景对象建立与初值设定 22
5.2.2  摄影机与第一人称移动制作 22
5.2.3  墙壁制作和碰撞侦测引发事件 23
5.2.4  复数事件和事件引发条件判断 24
5.2.5  材质的制作与灯光的设定 24
5.2.6  人机交互事件制作模块 26
5.2.7  声音设定和效果输出模块 26
5.2.8  版面的文字说明和网页输出 28
6  用户使用手册 29
6.1  系统功能简介、运行环境简介 29
6.1.1  系统功能简介 29
6.1.2  运行环境简介 30
6.2  系统运行与操作指南 30
7  系统评价 31
7.1  系统特色/优点介绍 31
7.2  系统存在的不足与改进方案 31
7.2.1  系统存在不足 31
7.2.2  改进方案 31
7.3  设计收获与心得 32
结论 33
致  谢 34
参考文献 35

论文各章简介
　　第1章引言部分，引言主要概述虚拟现实技术,叙述本课题的研究背景及意义，课题的研究内容与目标和可行性分析。
　　第2章主要内容是：开发工具的介绍，介绍虚拟现实开发工具Virtools Dev和建模工具3D MAX。
　　第3章主要内容是：虚拟样板房展示系统的结构分析和总体设计，场景数据库和场景的建模。
　　第4章主要内容是：概述三维场景生成的基础理论，描述三维场景的生产机制和三维场景的建模技术。
　　第五章主要内容是：全面地描述实现样板房展示系统的各项模块的功能，包括三维场景建模，虚拟现实系统生成，系统的发布等模块。
　　第六章为用户手册
　　第七章为系统评价

统功能简介
　　港城房地产虚拟样板房展示系统主要由三维场景建模模块、虚拟系统生成模块、系统Web发布模块三大模块组成。
　　（1）三维场景建模：建模是整个虚拟现实系统建立的基础，对于设计的场景中任何三维模型都必须在建模工具中预先建立好模型，同时还需要为模型设定好材质和纹理。
　　本模块由六个分模块组成：1、二维物体创建编辑模块。在三维场景的建立过程中，许多复杂的三维物体是由二维物体转换而来的，所以要建立大型的复杂的三维物体，需要先建立二维物体；2、三维物体创建编辑模块。通过控制面板中的各种命令按钮，根据实际的自然场景，对样板房和其内部各个对象进行建模，通过对这些对象的建模构建出虚拟样板房；3、放样建模模块。许多复杂的模型，很难用多面体创建出来，通过放样技术，可以很好地得到解决；4、场景导出格式转换模块。由于是在不同的工具软件中实现本系统，所以需要对每一个设计定型，烘培完整的模型进行格式转换，成为一系列的虚拟现实制作工具所需要的格式的物体。5、材质与贴图模块。在三维场景的建立当中，材质作为物体的表面属性，在创建物体和动画脚本中是必不可少的。只有给物体设定了材质后，在加上灯光的效果，才能完美地表现出物体的造型的质感，是作品更真实。6、环境与效果建立模块。环境部分虽然不像建模和材质编辑部分那样具有举足轻重的地位，但是它往往是不可缺少的，例如布光，如果没有光线，渲染结果就是一片漆黑，如果布光不合理，场景的渲染效果将变的呆板、沉闷。
　　（2）虚拟系统产生模块：三维场景建立，为虚拟系统产生提供了基础，作为具有交互功能的室内漫游，才是吸引消费者的致命武器。
　　本模块由七个分模块组成： 1、基本场景对象建立与初值设定模块。在Virtools中设定场景中物体属性的IC值，方便设计中的修改；2、摄影机与第一人称移动制作模块。架设摄影机，就相当于把人的眼睛放在虚拟场景中，这个是建立虚拟现实系统的必须步骤。第一人称移动的制作，需要在Scripts中填加控制模块，包括键盘控制和鼠标控制。和摄影机一同组成第一人称的虚拟人，漫游的能力；3、墙壁制作和碰撞侦测引发事件模块。在虚拟现实系统制作过程中，如果没有设定碰撞机制，第一人称的视角会不受阻拦的穿过物体，那样就让系统失去真实性。在系统中加入BB碰撞模块就能避免出现这种现象。4、复数事件和事件引发条件判断模块。在样板房展示系统中，有许多中功能的实现是复数事件和事件引发条件判断，比如说鼠标的控制，鼠标经过文本提示，灯的开关，视频播放等等；5、材质的制作与灯光的设定模块。由于整个系统是在两个独立的软件中制作完成的，所以有些参数需要重新设定，而有些在3DMAX中制作好的材质在虚拟现实系统产生过程中需要另外制作。在场景的建立中，灯光的布局随着场景的改变而调动，布置在合理的位置能够得到最佳的照射效果，增强了场景的真实度和感染力；6、人机交互事件制作模块。为了增强系统的真实度。在虚拟样板房的布局中，添加灯的开关，音响设备的播放与停止，推门、关门等交互事件；7、声音设定和效果输出模块。为了用户从听觉上身临其境，在系统中加入了电视的播放，具备了听觉和视觉的感受的声音。
　　（3）系统Web发布模块：虚拟样板房展示系统承载的媒体网络，用户可以通过网络中的浏览器进行系统的人机交互，这就需要将系统输出成能在网络上传播的格式。Virtools Dev中的Create web page能将编译完成的系统输出为网页格式，可以直接连接在网站上，不需要特别的操作；也可以通过打包的形式做成EXE文件，提供下载。