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【摘要】本文以VRP平台为基础，制作泰安市市政广场展示系统，分析了构建三维展示系统的相关技术，以实地测量的1:500地形图为底图，在3DS MAX软件中实现了对市政广场的三维建模和纹理贴图，经过渲染烘培处理后，将三维场景导入VRP平台，同时添加植物等景观小品，使场景更加逼真，研究结果有效的保证了模型的精度和实时渲染的要求，取得了很好的效果。
【关键词】虚拟现实；3DSMAX；VRP-Builder；三维建模
【 abstract 】 this paper takingVRP platform as the foundation, makes TaiAn city square display system, and analyzes the 3 d display system construction of the related technologies to field measurement 1:500 topographic map for for reproduction, in 3 DS MAX software realization of the civic square to the 3 d modeling and texture map, after rendering baking processing, will be 3 d scene import VRP platform, and adding plant landscape sketch, make the scene more realistic, the results of effective ensure the precision of the model and the requirement of real-time rendering, and good results have been achieved.
【 key words 】 virtual reality; 3 DSMAX; VRP-Builder; 3 d modeling
中图分类号：O343.2文献标识码：A文章编号：
【中图分类号】【文献标识码】 【文章编号】
一、引言
三维市政广场系统是是建设数字城市的一个单元，開展三维数字城市统及相关课题的研究适应了信息社会发展的趋势，具有重要的理论意义和现实意义。本文以泰安市市政广场为例使用VRP开发三维展示系统，在系统开发过程中完成地理数据采集与处理、三维建模、三维景观构建、查询与分析以及导航漫游等内容。研究通过利用DLG（数字线划图）等数据资料，借助3DS MAX、PHOTOSHOP等辅助工具，结合VRP三维漫游制作软件，实现泰安市市政广场的三维展示与查询，建立一个比较完善的市政广场三维展示系统，从而为市政广场管理和服务提供了一个科学简便、形象直观的可视化人机交互平台，为进一步建设数字城市提供了理论基础和实践经验。
二、 前期准备
1、设计技术流程
本文以泰安市市政广场为研究对象，借助3DS MAX软件和VRP平台开发桌面型三维虚拟校园漫游系统。经实地数字测图，适用三维建模软件进行建模，通过贴图渲染等工作，达到逼真的三维场景。将三维场景导入VRP平台，进行相关处理，例如天空壳的制作等处理，生成.EXE格式的系统形式，进行发布，达到三维展示的目的。同时由于VRP平台的多功能性，能够使三维展示系统具有许多功能，如导航、测量等①。如图1所示：
图1 市政广场三维展示系统建设流程图
2、实地数字测图
数字线划图是使用全站仪进行实地测量，比例为1：500。将测出的线画图导入3DS MAX之中，由于测出的点具有高程信息，因此在测图过程中要注意将物体的各个轮廓点全都测出，如果一个矩形物体少测了一个点，那么这个点的高程在3DS MAX中则默认为无穷大值，这样就会给后期模型的制作造成困扰。
三、市政广场建模
1、建模方法
建模指的是在场景中创建出2D的或者3D的模型。3DS MAX具有以下多种建模手段：基本几何体、扩展几何体建模、AEC建模②；2D配合修改器转3D建模、运用修改器修改3D物体建模；复合对象建模；其他建模方式。本文主要使用了简单的模型构建，2D配合修改器转3D建模，还有复合对象建模。
2、纹理生成
纹理贴图是3DS MAX里面非常重要的一个环节，对生成逼真的三维场景至关重要，例如面片树木十字交叉法，墙角线与复合线遮罩法等。纹理数据对于虚拟世界建设速度、运行效率、逼真效果、沉浸感都有着重要的作用。若采用实地拍摄的方法，照相时最好选择晴朗的日子，保证照片的亮度，同时可以选用三脚架争取拍摄物体的中心投影影像，以便获得稳定的正射影像。纹理贴图有位图(BiMap)法和光线跟踪(Raytrace)、衰减(Falloff)、噪波(Noise)等程序贴图法两大类③。位图可以穿插在3DS MAX建模过程中粘贴，也可在建模完成后单独粘贴，但要确定贴图“UVW”坐标，在“编辑UVW”对话框中，可以编辑面片对象纹理坐标④。
3、植物景观的制作
由于植物形态较为复杂，如果使用3DS MAX进行详细建模的话，就会造成文件过大，造成制作和后期浏览会很慢。本文做的植物模型，是使用VRP平台中的植物制作方法来制作植物景观。将所有的植物图片的名称都加上前缀名bb-，这种方法可以使场景中的图像数量大幅减少，也可以使后期浏览和漫游速度大幅提升。
由于场景中的植株存在群体植株，如果进行单独制作的话，会使制作过程很繁杂，因此可以使用3DS MAX中的许多专业插件来制作群体植株，目前常使用的制作插件为forest pack pro，制作效果逼真。
四、场景的烘焙渲染
烘焙能把在非实时环境中渲染完成的灯光材质等效果转换到实时交互的环境中去，即把3DS MAX光影信息固定在贴图上，而后把这个烘焙后的贴图再贴回到场景中去。由于光照信息变成了贴图，不需要耗费大量CPU进行计算，所以速度很快，贴图烘焙技术主要用于景观漫游和游戏。
Vray是基于3DS MAX的著名渲染插件，产生的效果要好3DS MAX本身的渲染效果。Vray渲染器提供了一种特殊的材质——VrayMtl。使用VrayMtl，你可以应用不同的纹理贴图，控制其反射和折射，增加凹凸贴图和置换贴图，强制直接全局照明计算，选择用于材质的BRDF⑤。
五、VR场景制作与漫游
1、 碰撞检测
使用的碰撞检测技术，主要可满足以下需求：与地形的碰撞检测，使漫游时始终随着地形的改变而改变视点的高度；与场景实体的碰撞检测，当碰到场景中实体模型时就不能前进(如建筑物、高墙等)。VRP具有高效、快速、精确的碰撞算法，只要场景结构合理，场景中没有烂面、实心体有漏缝，通过简单的操作就能够实现碰撞检测。
2、日照分析与虚拟天空
室外场景的制作往往需要一个虚拟天空来烘托整个场景的气氛，天空中需要添加灯光，VRP编辑器提供精确的日照分析与天空盒能够很好的满足场景需要，而且在演示中可以生成一种随时间日期与位置改变的灯光，给人一种逼真的效果，需要注意的是VRP的天空盒与全景图的原理是一样的，所以它的视点只能固定，不能移动，否则整个画面的透视关系就不正确。
3、VRP环境动态漫游
实时交互性是虚拟现实技术最主要特征之一，作为一个漫游系统，能根据用户的各种交互作出相应的场景漫游变换。要捕捉用户的动作，就需要依靠硬件输入设备，在微机上配备最常见的输入设备是键盘和鼠标。应用程序通过捕捉用户相应的按键动作，转换成相应的控制命令，就可以控制场景的变换。
4、 发布文件
在VRP平台内将三维场景制作成.exe格式，进行发布，由于VRP平台制作的发布形式储存空间小，运行速度快，功能强大，所以非常适合单机运行和网络发布。
除了可以编译成单机版的EXE演示文件外，还可以输出为可网络发布的VRPIE文件。使用VRP插件实现网络上的VRP展示，只须构建一个三维场景，虚拟人以第一视角在其中穿行，场景和控制者之间便能产生交互，加之高质量的生成画面会使人产生身临其境的感觉。
六、结论
本文针对市政广场的各种模型，分类别地探讨了地物、地形等模型的建模原理和方法，并给出了场景建模结果与构建的层次结构图，探讨了烘培技术的应用，介绍了烘培参数和尺寸的设置，通过细致的建模并采用纹理映射技术表现三维模型的真实感。证明了采用3DS MAX进行三维建模，并通过VRP平台实现漫游的综合方案具有一定的实用性，系统保持了较好的渲染速率和真实感，取得了理想的效果。
参考文献
[1]冯莉莉，武卫玲. 基于3DS MAX 的虚拟校园三维模型的创建.林业科技情报，2009，41（1）:10-11
[2]张祖勋,张剑清.城市建模的途径与关键技术.世界科技研究与发展，2003，25(3)：23-29 [3]郝梅. 烘焙技术在VRP 中的应用.中国水运，2009，09（1）：129-130
[4]黄小刚,李伟程.山西师大主校区三维虚拟校园的建设研究.山西师范大学学报，2008，2(2)：33-36
[5]韩小卫.基于虚拟现实技术校园漫游系统的设计与实现.延安大学学报，2008，27（2）：14-16
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】虚拟现实；3DSMAX；VRP-Builder；三维建模
【 abstract 】 this paper takingVRP platform as the foundation, makes TaiAn city square display system, and analyzes the 3 d display system construction of the related technologies to field measurement 1:500 topographic map for for reproduction, in 3 DS MAX software realization of the civic square to the 3 d modeling and texture map, after rendering baking processing, will be 3 d scene import VRP platform, and adding plant landscape sketch, make the scene more realistic, the results of effective ensure the precision of the model and the requirement of real-time rendering, and good results have been achieved.
【 key words 】 virtual reality; 3 DSMAX; VRP-Builder; 3 d modeling
中图分类号：O343.2文献标识码：A文章编号：
【中图分类号】【文献标识码】 【文章编号】
一、引言
三维市政广场系统是是建设数字城市的一个单元，開展三维数字城市统及相关课题的研究适应了信息社会发展的趋势，具有重要的理论意义和现实意义。本文以泰安市市政广场为例使用VRP开发三维展示系统，在系统开发过程中完成地理数据采集与处理、三维建模、三维景观构建、查询与分析以及导航漫游等内容。研究通过利用DLG（数字线划图）等数据资料，借助3DS MAX、PHOTOSHOP等辅助工具，结合VRP三维漫游制作软件，实现泰安市市政广场的三维展示与查询，建立一个比较完善的市政广场三维展示系统，从而为市政广场管理和服务提供了一个科学简便、形象直观的可视化人机交互平台，为进一步建设数字城市提供了理论基础和实践经验。
二、 前期准备
1、设计技术流程
本文以泰安市市政广场为研究对象，借助3DS MAX软件和VRP平台开发桌面型三维虚拟校园漫游系统。经实地数字测图，适用三维建模软件进行建模，通过贴图渲染等工作，达到逼真的三维场景。将三维场景导入VRP平台，进行相关处理，例如天空壳的制作等处理，生成.EXE格式的系统形式，进行发布，达到三维展示的目的。同时由于VRP平台的多功能性，能够使三维展示系统具有许多功能，如导航、测量等①。如图1所示：
图1 市政广场三维展示系统建设流程图
2、实地数字测图
数字线划图是使用全站仪进行实地测量，比例为1：500。将测出的线画图导入3DS MAX之中，由于测出的点具有高程信息，因此在测图过程中要注意将物体的各个轮廓点全都测出，如果一个矩形物体少测了一个点，那么这个点的高程在3DS MAX中则默认为无穷大值，这样就会给后期模型的制作造成困扰。
三、市政广场建模
1、建模方法
建模指的是在场景中创建出2D的或者3D的模型。3DS MAX具有以下多种建模手段：基本几何体、扩展几何体建模、AEC建模②；2D配合修改器转3D建模、运用修改器修改3D物体建模；复合对象建模；其他建模方式。本文主要使用了简单的模型构建，2D配合修改器转3D建模，还有复合对象建模。
2、纹理生成
纹理贴图是3DS MAX里面非常重要的一个环节，对生成逼真的三维场景至关重要，例如面片树木十字交叉法，墙角线与复合线遮罩法等。纹理数据对于虚拟世界建设速度、运行效率、逼真效果、沉浸感都有着重要的作用。若采用实地拍摄的方法，照相时最好选择晴朗的日子，保证照片的亮度，同时可以选用三脚架争取拍摄物体的中心投影影像，以便获得稳定的正射影像。纹理贴图有位图(BiMap)法和光线跟踪(Raytrace)、衰减(Falloff)、噪波(Noise)等程序贴图法两大类③。位图可以穿插在3DS MAX建模过程中粘贴，也可在建模完成后单独粘贴，但要确定贴图“UVW”坐标，在“编辑UVW”对话框中，可以编辑面片对象纹理坐标④。
3、植物景观的制作
由于植物形态较为复杂，如果使用3DS MAX进行详细建模的话，就会造成文件过大，造成制作和后期浏览会很慢。本文做的植物模型，是使用VRP平台中的植物制作方法来制作植物景观。将所有的植物图片的名称都加上前缀名bb-，这种方法可以使场景中的图像数量大幅减少，也可以使后期浏览和漫游速度大幅提升。
由于场景中的植株存在群体植株，如果进行单独制作的话，会使制作过程很繁杂，因此可以使用3DS MAX中的许多专业插件来制作群体植株，目前常使用的制作插件为forest pack pro，制作效果逼真。
四、场景的烘焙渲染
烘焙能把在非实时环境中渲染完成的灯光材质等效果转换到实时交互的环境中去，即把3DS MAX光影信息固定在贴图上，而后把这个烘焙后的贴图再贴回到场景中去。由于光照信息变成了贴图，不需要耗费大量CPU进行计算，所以速度很快，贴图烘焙技术主要用于景观漫游和游戏。
Vray是基于3DS MAX的著名渲染插件，产生的效果要好3DS MAX本身的渲染效果。Vray渲染器提供了一种特殊的材质——VrayMtl。使用VrayMtl，你可以应用不同的纹理贴图，控制其反射和折射，增加凹凸贴图和置换贴图，强制直接全局照明计算，选择用于材质的BRDF⑤。
五、VR场景制作与漫游
1、 碰撞检测
使用的碰撞检测技术，主要可满足以下需求：与地形的碰撞检测，使漫游时始终随着地形的改变而改变视点的高度；与场景实体的碰撞检测，当碰到场景中实体模型时就不能前进(如建筑物、高墙等)。VRP具有高效、快速、精确的碰撞算法，只要场景结构合理，场景中没有烂面、实心体有漏缝，通过简单的操作就能够实现碰撞检测。
2、日照分析与虚拟天空
室外场景的制作往往需要一个虚拟天空来烘托整个场景的气氛，天空中需要添加灯光，VRP编辑器提供精确的日照分析与天空盒能够很好的满足场景需要，而且在演示中可以生成一种随时间日期与位置改变的灯光，给人一种逼真的效果，需要注意的是VRP的天空盒与全景图的原理是一样的，所以它的视点只能固定，不能移动，否则整个画面的透视关系就不正确。
3、VRP环境动态漫游
实时交互性是虚拟现实技术最主要特征之一，作为一个漫游系统，能根据用户的各种交互作出相应的场景漫游变换。要捕捉用户的动作，就需要依靠硬件输入设备，在微机上配备最常见的输入设备是键盘和鼠标。应用程序通过捕捉用户相应的按键动作，转换成相应的控制命令，就可以控制场景的变换。
4、 发布文件
在VRP平台内将三维场景制作成.exe格式，进行发布，由于VRP平台制作的发布形式储存空间小，运行速度快，功能强大，所以非常适合单机运行和网络发布。
除了可以编译成单机版的EXE演示文件外，还可以输出为可网络发布的VRPIE文件。使用VRP插件实现网络上的VRP展示，只须构建一个三维场景，虚拟人以第一视角在其中穿行，场景和控制者之间便能产生交互，加之高质量的生成画面会使人产生身临其境的感觉。
六、结论
本文针对市政广场的各种模型，分类别地探讨了地物、地形等模型的建模原理和方法，并给出了场景建模结果与构建的层次结构图，探讨了烘培技术的应用，介绍了烘培参数和尺寸的设置，通过细致的建模并采用纹理映射技术表现三维模型的真实感。证明了采用3DS MAX进行三维建模，并通过VRP平台实现漫游的综合方案具有一定的实用性，系统保持了较好的渲染速率和真实感，取得了理想的效果。
参考文献
[1]冯莉莉，武卫玲. 基于3DS MAX 的虚拟校园三维模型的创建.林业科技情报，2009，41（1）:10-11
[2]张祖勋,张剑清.城市建模的途径与关键技术.世界科技研究与发展，2003，25(3)：23-29 [3]郝梅. 烘焙技术在VRP 中的应用.中国水运，2009，09（1）：129-130
[4]黄小刚,李伟程.山西师大主校区三维虚拟校园的建设研究.山西师范大学学报，2008，2(2)：33-36
[5]韩小卫.基于虚拟现实技术校园漫游系统的设计与实现.延安大学学报，2008，27（2）：14-16
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。