基于WEB的虚拟校园设计与实现毕业论文.doc
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1、分类号:TP311 单位代码:10422密 级: 学 号:Z0843048465硕士学位论文论文题目: 基于WEB的虚拟校园设计与实现The Design and Implementation of Web-BasedVirtual Campus作者姓名 耿建敏 专 业 软件工程 指导教师 范辉 教授 2009年10月10日原创性声明和关于论文使用授权的说明原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
2、本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 日期: 关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名: 导师签名: 日期: 山东大学硕士学位论文目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景11.2虚拟校园概述、研究现状及前景21.2.1 虚拟校园概述21.2.2 虚拟校园研究现状21.2.3 虚
3、拟校园的发展前景31.3 本课题主要研究内容及研究思路41.4 本文组织结构5第2章 “虚拟山商”虚拟校园系统设计与分析72.1 设计目标72.2 结构与功能分析72.3 系统的总体设计82.3.1 虚拟校园漫游子系统的设计82.3.2 信息查询与管理子系统的设计102.3.3 虚拟多媒体教室子系统的设计102.4 虚拟山商系统软硬件环境112.5 本章小结12第3章 “虚拟山商”虚拟校园系统的三维建模133.1 三维建模理论基础133.1.1 坐标系133.1.2 几何建模法163.1.3 贴图173.1.4 运动建模193.1.5 模型分割213.2 系统建模方法223.2.1 使用3Ds
4、 max建模方法233.2.2 使用Virtools建模方法253.3 “虚拟山商”系统模型的详细实现263.3.1 背景的设计与安排263.3.2 楼体建模273.3.3 树木与草地建模323.3.4 其他对象建模333.4 模型整合343.5 本章小结35第4章 “虚拟山商”虚拟校园系统交互设计与实现364.1 碰撞检测与避免364.1.1 基本概念364.1.2 碰撞检测算法原理374.1.3 碰撞检测的具体实现404.1.4 在虚拟山商中的应用414.2 物理属性的应用424.3 人工智能434.3.1 基本概念434.3.2 技术实现454.4 角色/对象运动控制454.5 交互式控
5、制与角色同步464.5.1 Virtools基本消息控制机制484.5.2 Virtools高级消息控制494.5.3 在虚拟山商系统中的应用514.6 光照524.6.1 基本概念及原理524.6.2 技术实现574.6.3 在虚拟山商系统中的应用594.7 粒子系统604.7.1 基本概念604.7.2 技术实现614.7.3 虚拟山商系统中下雪效果的制作624.8 可见性检测634.8.1 基于包围体的检测634.8.2 空间分割644.8.3 网格系统644.8.4 Portal技术644.9 系统漫游的实现654.9.1 自动漫游的实现654.9.2 自由漫游的实现674.10 Vi
6、rtools与数据库接口技术研究674.11 网络访问速度优化684.12 系统发布与运行694.13 本章小结71第5章 总结与展望72参考文献74致 谢78CONTENTSChinese AbstractIEnglish AbstractIIChapter 1 Introduction11.1 Background11.2 Summarization,status and foreground of Virtual Campus21.2.1 Virtual Campus Overview21.2.2 Virtual Campus Research21.2.3 The development
7、 prospects of the virtual campus31.3 Main Content and train of thought41.4 Structure of this paper5Chapter 2 Design and analysis of virtual ShanShang72.1 The goal of system design72.2 Analysis of system structure and function72.3 Overall design82.3.1 Virtual Campus Tour Subsystem Design82.3.2 Inform
8、ation Query and Management Subsystem Design102.3.3 Virtual Multimedia Classroom Subsystem Design102.4 Software and hardware condition of virtual ShanShang112.5 Brief Summary12Chapter 3 3D modeling of virtual ShanShang133.1 Basis of 3D modeling133.1.1 Coordinates133.1.2 Geometric Modeling163.1.3 Map1
9、73.1.4 Motion modeling193.1.5 Model Segmentation213.2 Method of system modeling223.2.1 Modeling method using 3Ds max233.2.2 Modeling method using the Virtools253.3 Implementation of modeling of virtual ShanShang263.3.1 The design and arrangements of Background263.3.2 House Body Modeling273.3.3 Model
10、ing of trees and grass323.3.4 Other object modeling333.4 Models merge343.5 Brief Summary35Chapter4 Interactive design and implementation of virtual ShanShang364.1 Collision detection and avoidance364.1.1 Basic concepts364.1.2 Collision detection algorithm theory374.1.3 Concrete realization of collis
11、ion detection404.1.4 In the virtual mountain of virtual ShanShang414.2 Application of physics attributes424.3 AI434.3.1 Basic concepts434.3.2 Technology454.4 Motion control of characters and objects454.5 Interactive control and character synchronization464.5.1 Virtools basic message control mechanis
12、ms484.5.2 Virtools Advanced Message Control494.5.3 In the virtual-san System514.6 Illumination524.6.1 The basic of concepts and principles524.6.2 Technology574.6.3 In the virtual-san System594.7 Particle system604.7.1 Basic concepts604.7.2 Technology614.7.3 snow making system624.8 Visibility detecti
13、on634.8.1 Surrounded by body-based detection634.8.2 Spatial segmentation644.8.3 Grid644.8.4 Portal Technology644.9 Implementation of system cruise654.9.1 Realization of Automatic Roaming654.9.2 The realization of free roaming674.10 Interface study of Virtools and database674.11 Optimization for visi
14、ting speed684.12 System release and running694.13 Brief Summary71Chapter 5 Conclusions and Suggestions72referrence74thanks78vi 摘 要近年来,虚拟现实技术尤其是虚拟漫游技术已经广泛应用于多个领域,如数字城市、虚拟矿井、产品展示、教育训练、建筑设计、室内装潢、游戏开发等等。在分析了国内外虚拟校园系统发展和应用的基础上,以山东工商学院为背景,设计开发了基于Web的虚拟校园漫游系统“虚拟山商”。课题主要研究内容包括三维建模、场景动画、交互控制、粒子系统、多媒体数据库技术,碰撞
15、检测与避免、光照、系统优化等具体技术;实现了校园任意角度的立体显示、在线虚拟漫游等功能;预留了校园信息查询与管理、虚拟多媒体教室等模块的接口。整个系统采用3Ds max8作为主要建模工具,而模型的整合和交互式控制等环节的实现采用Virtools 4.0。根据校园地形特点,研究并实现了不平坦地形的快速建模方法,充分运用了贴图技术。整个系统非常逼真,具有较强的真实感,不仅能够展示校园风景和浓厚的学习、科研氛围,对校园内重要建筑物还进行了简要的文字说明,一目了然,并且具有较快的浏览速度,能够满足在线浏览的要求。关键字:虚拟校园,三维建模,3D Studio Max,VirtoolsAbstractI
16、n recent years, Virtual cruise technology has been widely used in many fields, such s digital city, virtual mine, product exhibition, education&training, design of building, upholster, computer game, and so on.On the basis of analysis of development and application of virtual reality at home and abr
17、oad, designs and implements a Web based virtual campus according to Shandong Institute of Business and Technology, including 3D modeling, scene animation and interactive control. The system gives solid display of the campus from any angle of view, online virtual cruise, and other functions. The syst
18、em employs 3Ds max8 as key modeling software, and Virtools 4.0 as the main software to merge the models and to control the models. According to the certain terrain of Shandong Institute of Business and Technology, studies and implements the fast modeling method for uneven terrain useing the texture
19、technology,employs collision, illumination, particle system, system optimization, and other technology.The system is very lifelike. Users can visit and experience the virtual campus, including the landscape, rich atmosphere of study and research. There will be literal explaination for the main build
20、ings in the campus. And, the system can be viewed at a high speed, and can meet the requiment for online view.Keywords: Virtual Campus, 3D Modeling, 3D Studio Max,VirtoolsII 第1章 绪论1.1 研究背景目前,虚拟现实技术己经成为计算机技术中研究、开发和应用的热点,广泛应用于教育、军事、建筑、医疗、工业设计、产品展示、娱乐等各个领域。虚拟校园,是虚拟现实技术在现代教育中最早的应用之一,它实现了对校园三维景观和教学环境的数字化
21、和虚拟化,在学校的教学资源管理、环境规划和学校发展与宣传等许多方面发挥了重要的作用。虚拟校园漫游系统的研究对今后虚拟校园的建设具有重要的实际意义。将学校风光用虚拟仿真实现,既可以为学校树立良好的形象,提高学校的知名度,宣传校园文化,让来访者足不出户就可浏览校园风光和有关介绍信息,体验身临其境的感受;还可以作为校园规划的辅助工具,提高校园管理的现代化水平。在将其与学校的有关信息相结合后,可以提供给师生一个三维可视化的、有声有色的信息介绍与查询环境。同时它还可以促进远程教学的发展,为数字校园的建设提供一个很好的平台。国内外多所大学已经推出了各自的虚拟校园系统,而山东工商学院目前仅有一个在线的校园全
22、景图可供访问者浏览,不具备三维效果,且内容也较单一。为此,需要开发一套完整的基于Web的虚拟校园系统,不仅实现虚拟漫游和校园风光展示,主要建筑物提供文字性简单介绍,还可以进行信息查询,并且加入在线远程教育模块1-10,49,58,51,55,57。整个系统比较庞大复杂,按照项目的整体规划,分为三个阶段来完成设计与开发。本文主要介绍第一阶段的工作,即部分校园的建模与虚拟漫游的实现。1.2虚拟校园概述、研究现状及前景1.2.1 虚拟校园概述虚拟校园,是校园景观和教学环境在计算机中的虚拟再现。它利用地理信息技术、虚拟现实技术、计算机网络技术等高新技术,实现对真实校园环境中的三维景观和教学环境的数字化
23、和虚拟化。虚拟校园不仅可以建立基于现实校园的一个三维虚拟环境,还可以上传到Internet,为远程用户访问提供一个虚拟校园空间。虚拟校园与早期的校园网页相比更加生动、逼真。普通的校园网页是将现实校园抽象成文字描述和图片展示来让用户了解校园,没有去过校园的用户只能在脑海里想象校园原型。虚拟校园则可以将生动形象的校园自然环境、人文环境发布在网上,使观看者有一种身临其境的美妙感觉,这种类似于真实的感受方式更加符合我们的习惯。虚拟校园为师生们提供了非常便利和快捷的交流环境,同时一个完善的虚拟校园系统集学习、工作和生活为一体,增添了师生之间交流的趣味性,有利于教师、学生之间的良好沟通。1993年美国制定
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