1、青岛农业大学毕 业 论 文（设计）题 目： 青岛农业大学局部校园漫游系统 的研究与开发 姓 名： 学 院： 理学与信息科学学院 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 2010 级 01 班 学 号： 20102852 指导教师： 王艳春 2014 年 06 月 01 日1青岛农业大学局部校园漫游系统的研究与开发摘要：随着教育体制的改革，学校招生规模越来越大，管理日趋信息化，各高校之间的竞争也越来越大，使得开发虚拟校园系统成为各高校的必然选择。本文在充分研究碰撞检测、纹理贴图、场景漫游等技术的基础上，以青岛农业大学部分场景为蓝本，以 3DMAX 为主要建模工具，以 Photoshop 为图片处理
2、工具，以 Unity3D 为集成开发环境，搭建了虚拟场景，实现了场景的操作漫游、自动漫游以及飞行漫游，并成功发布为网页版，从而为青岛农业大学数字化校园建设提供了有益的参考。关键词：虚拟校园； 场景漫游；碰撞检测；数字校园2Research and Development of Partial Campus Roaming System of Qingdao Agriculture UniversityAbstract: With the reform of education system, the school recruitment of students scale become mor
3、e and more large and the competition between universities is more and more tough, which makes the development of virtual campus roaming system a necessary choice for universities.On the Basis of sufficient research of collision detection, texture map and roaming technologies, this paper built a virt
4、ual scene comprised part scene of Qingdao Agricultural University and achieved the virtual campus roaming system including automatic roaming, operation-roaming and air-roaming, using 3DMax as the main modeling tool, applying Photoshop as the image processing tool, and adopting Unity3D as the integra
5、ted development environment. Finally, the system was successfully released for the web page, which provides a beneficial reference for the digital campus construction of Qingdao Agricultural University.Keywords: virtual campus; scene roaming; collision detection; digital campusI目录1 绪论 .11.1 研究背景及研究意
6、义 .11.1.1 研究背景 .11.1.2 研究意义 .11.2 本文研究内容 .21.3 本文结构安排 .32 系统总体设计与主要开发工具 .42.1 系统需求分析 .42.2 虚拟场景总体设计 .52.3 系统实现流程 .62.4 系统实现环境和开发工具的选择 .72.4.1 建模工具的分析与选择 .72.4.2 集成环境的分析与选择 .83 三维场景的构建与优化 .93.1 资料的收集与整理 .93.2 模型的建立 .93.2.1 建筑物模型的建立 .93.2.2 树木模型的建立 .113.2.3 其它模型的建立 .123.3 三维场景的制作 .143.4 模型及场景的优化 .154
7、漫游系统的实现与项目发布 .164.1 碰撞检测 .164.2 漫游的实现 .17II4.2.1 人工漫游的实现 .174.2.2 自动漫游的实现 .184.2.3 飞行漫游的实现 .194.3 项目发布 .194.4 系统漫游实例展示 .205 总结与展望 .24参考文献 .25致 谢 .26青岛农业大学局部校园漫游系统的研究与开发11 绪论1.1 研究背景及研究意义1.1.1 研究背景近些年来，虚拟现实技术受到人们的普遍关注，它是借助计算机技术来生产非常逼真的三维虚拟环境，并且提供人与物体的交互功能，从而给而人以视觉、听觉、触觉等感官的模拟，能够使用户产生二维动画所不具备的现场沉浸感 1。
8、作为一种新兴技术，虚拟现实已在机器人学、认知科学、人工智能、网络技术等多个学科和领域崭露头角，展现了其广泛的应用水平，并向人类展示了其光辉的应用前景 2。虚拟现实技术的不断成熟无形中也带动了虚拟校园的发展。青岛农业大学是一所各方面发展协调的大学，青岛校区更是景色怡人，随着教育质量的不断提高，招生力度也在不断加大，考生的生源地不仅仅局限于本省，而是分布在全国各地。然而，学校的宣传力度还不够，许多考生和家长希望在报考之前能了解学校的整体环境，然而事先到学校考察未免耗费精力财力，虽然有纸质和网页版的文字图片宣传，但是很难将学校的环境和基础设施生动地展现。1.1.2 研究意义虚拟校园具有形象展现学校的
9、校容校貌、有力提高学校的招生竞争力、增强校园规划管理等功能，故虚拟校园漫游系统的开发具有十分重要的实践意义和应用前景 3。1. 展现学校特色青岛农业大学是一所以农学为主要特色的学校，校园景色优美，植被种类众多，校园不仅是我们生活的场所，也是我们学习的课堂和研究的实验场。与青岛农业大学局部校园漫游系统的研究与开发2其它学校不同，我们的虚拟校园不仅仅以展示学校建筑为主，对于花草树木以及老师带领学生实地学习的场面也要有所体现，让用户体验到学校浓郁的学习氛围。2. 提高学校声望地位如今，许多高校已经开发了自己的虚拟校园系统，虚拟校园的作用不仅仅是使浏览者浏览到学校的真实景观，也能够将学校近年来在各方面
10、取得的进步成果展现在用户面前，是学校教育实力的展示，让用户感知到这是一所各方面协调发展的综合性大学。3. 提高招生竞争力为了争取优秀的考生，各高校都在积极加大宣传力度，但是宣传方式大多还只局限于二维图片和文字。区别于二维图片和文字，虚拟校园可以将学校的现实景观通过网络呈现给用户，不管距离多远，想要报考本校的考生，通过计算机，足不出户就可以游览校园，熟悉校园环境，如同身临其境，可以有力地起到宣传作用，从而提高学校的竞争力。4. 方便校园规划管理随着招生数量的加大，校园建设也在不断完善。旧建筑要翻新，还要建立新的教学区、宿舍区、餐厅等等，校园的扩建实需慎重，然而实景勘测存在诸多不便，且不够直观。通
11、过虚拟校园，可以对学校未来的规划布局进行预设，从而选择最佳建设方案，给决策者提供方便。5. 使学生尽早熟悉校园生活青岛农业大学占地 1425 亩，教学区、宿舍区楼房众多，每年新生入学都有找不到路的情况。虚拟校园不仅能够展示校园全景，是新生尽早熟悉学校布局，还提供自动寻路功能，系统会找到距离目的地的最短路径，漫游过去，为新生引路，让刚刚进入校园的学生尽早熟悉校园生活。1.2 本文研究内容1. 简单研究了青岛农业大学局部校园虚拟漫游系统的开发背景和研究意义。青岛农业大学局部校园漫游系统的研究与开发32.对虚拟校园系统进行了非常详细的需求分析，并在此基础上完成了系统的逻辑结构设计，进而进行了数据采集
12、。3. 研究三维场景建模技术。根据地形、道路、建筑物、树木以及其它辅助设施的不同特点，研究不同的建模方法，以创建占用内存小、效果佳的模型。4. 研究纹理贴图技术。对场景建模中的不同物体采集图像，这里有信息楼图片、化学楼图片、主楼图片、虹子广场等，还有部分从网上下载的材质，利用图像处理软件进行各种处理，方便以后贴放到建筑物上，使其更加真实。5. 研究场景漫游优化技术。包括对模型的处理，代码控制等，尽量创建出真实感强、渲染速度快的漫游系统。6. 研究碰撞检测及交互技术。研究碰撞检测技术，以避免穿墙而过，特别是对不规则物体添加碰撞检测，要添加优化，提高效率。研究基于 GUI 的交互技术和基于碰撞检测
13、的交互技术，尽量使浏览者感到真实、方便。1.3 本文结构安排本系统以从青岛农业大学虹子广场到信息楼，及周边植物、道路、河流等环境为蓝本，设计开发了一个逼真的、场景渲染流畅的青岛农业大学局部虚拟漫游系统。第一章是绪论，主要介绍了虚拟校园这一课题的研究背景，并对本文的主要研究内容和论文的组织结构作了简要说明。第二章从需求分析入手，介绍了系统的总体设计和开发流程，并对开发工具的选择进行了分析论证。第三章详细介绍了不同模型的建立方法、场景的搭建及其注意事项以及模型和场景的优化技术。第四章的主要内容是本系统虚拟场景的漫游实现。首先介绍了漫游实现的基础碰撞检测，接着介绍了三种漫游方式，最后简单说明了项目发布的步骤。青岛农业大学局部校园漫游系统的研究与开发4第五章是对整篇文章的总结，提出了系统的优势和不足，并对系统未来的发展提出期望。
