虚拟现实技术在许多不同的领域有广泛的应用,具有极大的发展潜力和良好的发展前景。目前,网上的虚拟现实系统不同程度地存在模型复杂度、绘制的真实感和实时性三方面的问题。一种较为理想的范式是:用户所进入的虚拟系统,能提供有强烈真实感的虚拟环境,可以顺畅地浏览,能实现动作交互,对用户提交的查询请求,系统能自动执行并给出查询结果。 本课题主要研究桌面虚拟系统的场景建模、交互、漫游及信息查询技术。作者通过阅读大量国内外相关文献资料,深入地研究了虚拟现实技术和现有构造三维场景的语言,在此基础上,确定了基于VRML及浏览器插件技术的虚拟现实系统架构方案。 首先,以虚拟场景构造的流程为线索,研究了造型节点和编组节点技术,实现了对复杂场景数据的有序组织;采用3Dstudio Max和VRMLPad实现虚拟场景对象的建模、添加节点、校验和测试;针对建筑物建模的复杂度和真实感问题,提出了建筑物二次建模方法;其次,探讨了编程交互及非编程交互技术,实现了基于VRML感知器和JAVAScirpt对场景中对象行为的控制,在此基础上提出了基于场景对象、VRMLScript、JavaApplet的多模式交互方法;第三,研究了三维对象的捕捉方法。为了便于场景中实体对象的捕捉,提出了建立空间对象外接盒的概念;为了提高对象检索速度,建立了场景的索引表,在此基础上,实现了空间对象的双向查询。除此之外,还探讨了模型纹理贴图、多分辨率层次模型(LOD)、代码重用(DEF/USE)、原型封装(PROTO)以及用Anchor和Inline节点实现场景切换和调度等VRML场景优化技术。最后我们综合以上研究工作,设计并实现了一个基于VRML技术的虚拟校园系统,并对浏览效果进行了测试。测试结果表明:除了场景的丰富性有待进一步提高外,其他部分均较理想。这在某种程度上表明,虚拟现实系统兼顾真实性与可交互性的架构方案是可行的。 本文采用的研究方法也可用于数字城市的三维重建及旧城改造等项目。从长远来看,我们将研制一些通用的VRML可视化集成开发工具,使得建模、贴图、交互设定、动画、效果预览、网上发布等虚拟现实系统的开发工作更加便捷高效。