虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用基于VRML技術(shù)的城市之旅

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用-基于VRML技術(shù)的城市之旅論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)城市規(guī)劃建模仿真論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，城市規(guī)劃建設(shè)發(fā)生了革命性的變化。而虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML正是相應(yīng)其產(chǎn)生的，人們可以根據(jù)自己的豐富的想象力模擬構(gòu)造出任意模型，從而實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的預(yù)見。當(dāng)然，也可以從模型中發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)和不足，從而做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。本文正是基于這種技術(shù)和VRML開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了城市的仿真，能夠使政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾可以從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)(本文研究的主要是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域中的應(yīng)用。意

2、義在于針對現(xiàn)代城市建設(shè)的盛行，利用環(huán)境學(xué)、工程學(xué)、規(guī)劃設(shè)計(jì)等的綜合，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用其中，實(shí)現(xiàn)對城市的仿真，更真實(shí)、鮮明、生動(dòng)地展現(xiàn)城市面貌，便于對城市規(guī)劃的可行性研究，有利于城市的規(guī)劃，建設(shè)和完善。Abstract：Thecityplanningandlayouthavebeenrevolutionizedbytheadventofthevirtualrealitytechnology.AndVirtualRealityModelingLanguagehappenstocomeintobeinggoingwithit.Peoplecouldconstructanymodelaccordin

3、gtohisimagination,consequentlytheexpectationofthecityplanningcanbeachieved.Certainlywecouldfindouttheerrorandinsufficiency,sothatwecouldmodifyandimproveit.ThearticlebasesonthistechnologyandVRMLexploitationtooltoimplementcityemulation.Itcanmakegovernmentlayoutdepartment,projectdeveloper,engineeringpe

4、rsonandpublicseteyesonlayoutresultinspotsandcommutativelybyapplyingVRtechnology,andmakethemgripthecitysconformationandunderstandthepurposeofthedesigner,andtheparticipationofthepubliccouldcometrue.Thispaperismainlyabouttheapplicationofthevirtualrealitytechnologytothecityplanning.Thesignificanceisthat

5、itcanrealizecityemulationbyapplicatingeuthenics,engineering,layoutandVRtechnology.Consequentlywecanshowthemorereal,brilliance,dramaticcitysvisage,sothatitmakesthefeasibilityresearchofthecityplanningmoresimpleanditinfavorofcityplanning,citysconstructandcityperfect.Keywords：VirtualReality；Cityplanning

6、；Modeling；Emulation第一章緒論1.1什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)是計(jì)算機(jī)模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界（VirtualWorld）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理與模式識(shí)別、語音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)入這個(gè)環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對象并與之交互。虛擬現(xiàn)實(shí)不是真的，也不是現(xiàn)實(shí)，它只是一個(gè)在桌面上可實(shí)時(shí)地做交互式三維圖形用戶界面的工具(計(jì)算機(jī)/計(jì)算機(jī)應(yīng)用論文 虛擬現(xiàn)實(shí)是一門綜合技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為

7、主，綜合利用計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)、模擬技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、顯示技術(shù)、伺服技術(shù)等，來生成一個(gè)逼真的三維視覺以及嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自身的功能和一些設(shè)備，對所產(chǎn)生的虛擬世界這一客體進(jìn)行瀏覽和交互式考察1。虛擬現(xiàn)實(shí)有三大特點(diǎn)：浸沉感、交互性和構(gòu)想性。浸沉感指的是人浸沉在虛擬環(huán)境中，具有和在真實(shí)環(huán)境中一樣的感覺；交互性指在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)者不是被動(dòng)地感受，而是可以通過自己的動(dòng)作改變感受的內(nèi)容；構(gòu)想性指虛擬的環(huán)境是人構(gòu)想出來的，因而可以用以實(shí)現(xiàn)一定目標(biāo)的用途。1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展前景虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）是近來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界的熱點(diǎn)之一，在社會(huì)

8、生活的許多方面有著非常美好的發(fā)展前景，更是數(shù)字地球概念提出的依據(jù)和基礎(chǔ)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要在工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、數(shù)據(jù)可視化、飛行模擬、多媒體遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、藝術(shù)創(chuàng)作、游戲、娛樂等方面。Web的出現(xiàn)更使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引起人們普遍的關(guān)注。人們對它寄予厚望，希望利用這個(gè)技術(shù)使世界各地的人，可以在三維環(huán)境下交流。多個(gè)用戶可以進(jìn)行基于文本的或是聲音技術(shù)的閑談，在網(wǎng)上建立一個(gè)真正的三維社區(qū)已不再只是夢想中的事2。虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展前景十分誘人，而與網(wǎng)絡(luò)通信特性的結(jié)合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變?nèi)藗兊乃季S方式，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗κ澜?、自己、空間和時(shí)間的看法。它是

9、一項(xiàng)發(fā)展中的、具有深遠(yuǎn)的潛在應(yīng)用方向的新技術(shù)。利用它，我們可以建立真正的遠(yuǎn)程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學(xué)習(xí)、討論、游戲，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。使用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)及其相關(guān)的三維設(shè)備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因?yàn)閿?shù)字地球帶給我們的是一個(gè)絢麗多彩的三維的世界!我們相信社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的創(chuàng)新使這一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的將來，或許就在十年以后，或許二十年以后。1.3國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究概況美國是VR技術(shù)的發(fā)源地。美國VR研究技術(shù)的水平基本上就代表國際VR發(fā)展的水平。目前美國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究主要集中在感知、用戶界面、后臺(tái)軟件和硬件四個(gè)方

10、面。在當(dāng)前實(shí)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與開發(fā)中日本是居于領(lǐng)先位置的國家之一，主要致力于建立大規(guī)模VR知識(shí)庫的研究。另外在虛擬現(xiàn)實(shí)的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現(xiàn)實(shí)硬件是從美國進(jìn)口的。在VR開發(fā)的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備（包括觸覺反饋）設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面，在歐洲英國是領(lǐng)先的。到1991年底，英國已有從事VR的六個(gè)主要中心，它們是WIndustries（工業(yè)集團(tuán)公司），BritishAerospace（英國航空公司），DimensionInternational，DivisionLtd，AdvancedRoboticsResearchCenter和VirtualPres

11、enceLtd（主要從事VR職產(chǎn)品銷售）3。和一些發(fā)達(dá)國家相比，我國VR技術(shù)還有一定的差距，但已引起政府有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視。根據(jù)我國的國情，制定了開展VR技術(shù)的研究，例如，九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金會(huì)、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把VR列入了研究項(xiàng)目。在緊跟國際新技術(shù)的同時(shí)，國內(nèi)一些重點(diǎn)院校，已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，他們首先進(jìn)行了一些基礎(chǔ)知識(shí)方面的研究，并著重研究了虛擬環(huán)境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，并提出了有關(guān)算法及實(shí)現(xiàn)方法；實(shí)現(xiàn)了分布式虛擬環(huán)境網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，建立了網(wǎng)

12、上虛擬現(xiàn)實(shí)研究論壇，可以提供實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，提供虛擬現(xiàn)實(shí)演示環(huán)境，提供用于飛行員訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，提供開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，并將要實(shí)現(xiàn)與有關(guān)單位的遠(yuǎn)程連接3。浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，另外，他們還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系已輕成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動(dòng)的合成等技術(shù)問題，并正在研究人說話時(shí)頭勢和手勢動(dòng)作，話音和語調(diào)的向步等。還有其他一些大學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)面取得了驕人成績，在這里就不再介紹了?？傊m然我們和其他一些發(fā)達(dá)國家相比還

13、存在差距，但我國的發(fā)展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。1.4本文研究的主要內(nèi)容本文主要是介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)極其應(yīng)用，及其相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)工具VRML語言。通過對城市的模擬設(shè)計(jì)，更深入的了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及掌握VRML語言的使用。第一章主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、發(fā)展前景以及現(xiàn)今國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。以便讓讀者對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有一定的了解。第二章主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)工具VRML語言的發(fā)展歷史，虛擬現(xiàn)實(shí)與VRML的聯(lián)系以及VRML的創(chuàng)作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握VRML。第三章是系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì)，主要講了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和VRML的使用。通過介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用，物理建模

14、技術(shù)以及城市模型的概要設(shè)計(jì)，使得讀者對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的了解更加深入和透徹。第四章主要講了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要是告訴讀者怎樣利用VRML語言實(shí)現(xiàn)模型的虛擬實(shí)現(xiàn)。通過本章的學(xué)習(xí)可以使讀者的運(yùn)用VRML語言的能力大大增強(qiáng)。第五章主要講了在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及相應(yīng)的解決方法。第二章VRML簡介2.1VRML的發(fā)展歷史VRML使用場景圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3D實(shí)境，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以SCI開發(fā)的OpenInventer3D工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。VRML的場景圖是一種代表所有3D世界靜態(tài)特征的節(jié)點(diǎn)等級：幾何關(guān)系、材質(zhì)、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點(diǎn)以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有的生產(chǎn)三維產(chǎn)品的廠商，無論是CAD、

15、建模、動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)，還是VRML,它們的結(jié)構(gòu)核心都是場景圖。1993年9月，TongParisi和MarkPesce開發(fā)了第一個(gè)VRML瀏覽器，稱為Labyrinth，它是WWW上三維瀏覽器的原形。1994年春，在日內(nèi)瓦第一屆WWW大會(huì)上，由TimBerners-Lee和DaveRaggett所組織的一個(gè)名為Bird_of_Feather(BOF)的小組提出了VRML這個(gè)名字，當(dāng)時(shí)所代表的含義是VirtualRealityMakeupLanguage，但是后來為了反映三維世界的建立而改成了VirtualRealityModelingLanguage，縮寫為VRML。在這次大會(huì)以后，一個(gè)www

16、-vrmlmaillist的組織成立了，SiliconGraphics，Inc(SGI)的GavinBall通過選擇OpenInventor文件格式中的基本元素，增加必要的WWW特征，制定的方案經(jīng)修訂，在1994年第二次WWW大會(huì)上公布為VRML1.0的初稿。另一位SGI的原OpenInventor設(shè)計(jì)師PaulStrauss開始作一個(gè)VRML公共域的詞解程序，當(dāng)時(shí)流行于業(yè)界的名字叫QvLib。這個(gè)程序的作用是把VRML的可讀文件格式轉(zhuǎn)換成瀏覽器可理解的格式。這個(gè)詞解程序于1995年1月公開發(fā)布。它可以安裝到各式各樣的平臺(tái)上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來4。1996年8月在SGI的Mo

17、vingWorlds提案基礎(chǔ)上形成VRML2.0。VRML2.0在VRML1.0的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的補(bǔ)充和完善。VRML2.0的DIS就是以VRML2.0為基礎(chǔ)制定的，于1997年4月提交國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOJYCI/SC24委員會(huì)審議，依照慣例命名為VRML97。1998年12月在原VRML組織的基礎(chǔ)上成立了Web3D聯(lián)盟，致力于VRMLNG標(biāo)準(zhǔn)的制定，并致力于制定X3D網(wǎng)絡(luò)三維標(biāo)準(zhǔn)。在X3D的旗幟下，VRML將結(jié)合Java3D和XML等技術(shù)，成為Internet上三維虛擬世界的主要標(biāo)準(zhǔn)。2.2VRML與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的英文名稱為VirtualReality，簡稱VR，即利用計(jì)算機(jī)的高

18、科技手段構(gòu)造出一個(gè)虛擬的世界，使參與者獲得與現(xiàn)實(shí)一樣的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)在當(dāng)今國際上倍受矚目的課題。當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)尚未出現(xiàn)的時(shí)期，仿真只能在實(shí)物上進(jìn)行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點(diǎn)是：由于仿真是在實(shí)物上進(jìn)行，因而實(shí)時(shí)性強(qiáng)且精度較高，但是實(shí)施的難度和費(fèi)用都較大。在計(jì)算機(jī)技術(shù)問世且被引入仿真領(lǐng)域的初期，仿真技術(shù)步入了半模擬半數(shù)字的階段。這時(shí)系統(tǒng)中的一些部分由計(jì)算機(jī)代替，另一部分則由實(shí)物充當(dāng)，所以，在一定程度上仍然保留著實(shí)時(shí)性仿真的特點(diǎn)5。80年代后期，仿真在諸多方面都發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，仿真研究的對象已由連續(xù)轉(zhuǎn)向離散事件系統(tǒng)。仿真已由重視實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向重視建模與結(jié)果分析。計(jì)算機(jī)已成為一種重要的仿真工

19、具。計(jì)算機(jī)仿真是一門利用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。由于從強(qiáng)調(diào)并重視與人工智能結(jié)合轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)與圖形技術(shù)和對象技術(shù)結(jié)合，仿真系統(tǒng)的交互性大大加強(qiáng)。就應(yīng)用領(lǐng)域方面而言，仿真已從研究制造對象的動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特性及加工、裝配過程，擴(kuò)大到研究制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，并進(jìn)一步擴(kuò)大到后勤供應(yīng)、庫存管理、產(chǎn)品開發(fā)過程的組織、產(chǎn)品測試等，涉及到企業(yè)制造活動(dòng)的各個(gè)方面。這些轉(zhuǎn)變明顯地說明，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現(xiàn)實(shí)促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)是采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)生成的一個(gè)逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環(huán)境，置身于該環(huán)境中的人們可以通過

20、各種傳感交互設(shè)備與這一虛構(gòu)的現(xiàn)實(shí)進(jìn)行相互作用，達(dá)到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能海量并行處理技術(shù)、可視化技術(shù)、分布處理技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，使得建立人機(jī)一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環(huán)境成為可能，仿真因此形成一些新的發(fā)展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真等5。2.3VRML原理1.VRML對三維虛擬世界的描述VRML規(guī)定了3D應(yīng)用中大多數(shù)常見的功能。(1)建模能力，VRML定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節(jié)點(diǎn)，建模能力較強(qiáng)?；編缀涡误w：Box、Sphere、Cone、Cylinder構(gòu)造幾何形體：IndexLineSet

21、、IndexFaceSet、Extrusion、PiontSet、ElevationGrid造型編組、造型定位、旋轉(zhuǎn)及縮放：Group、Transform特殊造型：Billbord、Backgroud、Text基本幾何形體節(jié)點(diǎn)只能作十分有限的幾種造型，用點(diǎn)、線、面索引節(jié)點(diǎn)及拉伸節(jié)點(diǎn)就可以構(gòu)造任意復(fù)雜的實(shí)體形狀。特殊造型節(jié)點(diǎn)可用于場景中的文字、背景顏色等設(shè)置。造型編組可以用來描述裝配關(guān)系，其中Transform節(jié)點(diǎn)可以確定裝配位置、方向。(2)真實(shí)感及渲染能力，通過提供豐富的相關(guān)節(jié)點(diǎn)的渲染，可以很精細(xì)地實(shí)現(xiàn)光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。光照：HeadLight、SpotLight、Poin

22、tLight、DirectionLight材質(zhì)著色：Material、Appearance、Color、ColorInterpolator紋理：ImageTexture、MoviceTexture、PixelTexture、TextureTransform霧：Fog明暗控制說明：Normal、NormalInterpolator三維聲音：Sound場景光照的設(shè)置直接影響觀察者的視覺效果，這幾種光照節(jié)點(diǎn)可以提供各種虛擬場景的光源。不同材質(zhì)的物體色彩及反光效果不同，VRML的材質(zhì)及著色節(jié)點(diǎn)的使用可以仿造如同真實(shí)物體給出的視覺效果。文理節(jié)點(diǎn)可以對實(shí)體表面粘貼圖片或進(jìn)行像素點(diǎn)的設(shè)置以使實(shí)體具有同實(shí)物一

23、樣的表面花紋。霧、明暗控制都對場景的光線反射有影響。聲音節(jié)點(diǎn)可以在場景中模擬出實(shí)際空間可能產(chǎn)生的各種聲響，如音樂、碰撞聲等6。(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點(diǎn)可以控制對三維世界的觀察方式。傳感器：CylinderSensor、PlaneSensor、VisibilitySensor、ProxymitySensor、SphereSensor、TouchSensor控制視點(diǎn)：ViewPoint、NavigationInfo各種傳感器節(jié)點(diǎn)可以感知用戶鼠標(biāo)的指針，TouchSensor節(jié)點(diǎn)在數(shù)控車床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點(diǎn)控制可以預(yù)先提供給用戶一些更好的觀察角度。

24、(4)動(dòng)畫，VRML提供了方便的動(dòng)畫控制方式。關(guān)鍵幀時(shí)間傳感器：TimeSensor線性插值器及姿態(tài)調(diào)整：CoordinateInterpolator、OrientationInterpolator、ScalarInterpolator這兩組節(jié)點(diǎn)的配合使用可以產(chǎn)生場景中的動(dòng)畫效果，關(guān)鍵幀時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)線性插值器節(jié)點(diǎn)按時(shí)間順序給出關(guān)鍵值插值，這些插值就是關(guān)鍵震動(dòng)畫時(shí)控制實(shí)體位置、狀態(tài)所需要的中間過渡值。(5)細(xì)節(jié)等級管理及碰撞檢測：LOD、Collision細(xì)節(jié)等級管理是對復(fù)雜實(shí)體的細(xì)節(jié)顯示加以控制，使該實(shí)體可在視點(diǎn)外或遠(yuǎn)離視點(diǎn)時(shí)不顯示或粗略顯示。VRML自身提供的碰撞檢測是指觀察者在虛擬場

25、景中的替身與實(shí)體的碰撞。(6)超鏈接及嵌入：Anchor、Inline這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使VRML可以由一個(gè)虛擬場景直接鏈接到另一個(gè)場景，或者將另一個(gè)場景中的實(shí)體嵌入自己的場景中。2.VRML的執(zhí)行模式通過使用VRML的Script節(jié)點(diǎn)編程、與Java間事件訪問和建立場景圖內(nèi)部消息通道能夠很方便的實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)體的交互和動(dòng)畫功能。VRML場景圖可以接受兩種事件驅(qū)動(dòng)：從路由語句傳過來的入事件及由外部程序接口寫入的直接事件。路由語句說明由場景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個(gè)節(jié)點(diǎn)的出事件域傳出的事件傳遞到一個(gè)節(jié)點(diǎn)的入事件域。場景中傳感器節(jié)點(diǎn)通常定義了觸發(fā)事件，它通過路由發(fā)送到場景圖的其他節(jié)點(diǎn)的入事件域。

26、如傳感器節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)事件直接傳遞到插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生關(guān)鍵值插值，也可以傳遞Script節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算處理產(chǎn)生關(guān)鍵值插值。Script節(jié)點(diǎn)的處理過程就是JavaScript語法編寫腳本程序。Script節(jié)點(diǎn)還可以通過URL域引入Java程序到其他需要的節(jié)點(diǎn)，比如傳送給實(shí)體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執(zhí)行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應(yīng)，它應(yīng)該能夠有讀取節(jié)點(diǎn)出事件域數(shù)據(jù)的接口7。2.4VRML的創(chuàng)作工具創(chuàng)作VRML可以用你喜歡的文本編輯器，如Windows95下的NotePad，DOS下Edit等。當(dāng)然，最后要獎(jiǎng)文件保存為以.wrl為后綴的文件。對于復(fù)雜的

27、三維造型，如果VRML語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時(shí)也是無法完成的，幸運(yùn)的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發(fā)了VRML文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創(chuàng)建一個(gè)三維空間，然后輸出為.wrl后綴的文件。這樣對于復(fù)雜的三維造型VRML環(huán)境中顯示就不成問題了。推薦讀者使用的VRML創(chuàng)作工具是VrmlPad，它是一種功能強(qiáng)大且簡單好用VRML開發(fā)設(shè)計(jì)專業(yè)軟件，其完全VRML97標(biāo)準(zhǔn)。VrmlPad可以對VRML文件進(jìn)行瀏覽編輯，對資源文件進(jìn)行有效的管理，并且提供了VRML文件的發(fā)布向?qū)?，可以幫助開發(fā)人員編寫和開發(fā)自己的VRML虛擬現(xiàn)實(shí)作品8。第三章系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1虛

28、擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用概況隨著全球知識(shí)經(jīng)濟(jì)的興起，信息產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展，上至政府、軍隊(duì)，下到各企事業(yè)單位都開始重視信息技術(shù)的創(chuàng)新研究和長遠(yuǎn)發(fā)展，并已經(jīng)或準(zhǔn)備給予大量的投入。而作為信息技術(shù)發(fā)展重要驅(qū)動(dòng)力的“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)，也隨之成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過對現(xiàn)狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實(shí)時(shí)景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計(jì)者、城市建設(shè)

29、管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。VR技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運(yùn)用VR技術(shù)能夠使政府規(guī)劃部門、項(xiàng)目開發(fā)商、工程人員及公眾可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機(jī)的組成部分，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動(dòng)畫等所不能達(dá)到的9。虛擬城市的有機(jī)組成仿真的虛擬環(huán)境類似于時(shí)下流行的三維動(dòng)畫，同樣是通過強(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場景，對規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。但是VR技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合

30、而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動(dòng)畫的三維場景則是由動(dòng)畫制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴(yán)格意義上來說屬于一種演示作品。多方式、運(yùn)動(dòng)中感受城市空間在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，可以全方位,多種樣式（步行、驅(qū)車、飛行、UFO等）,完全由用戶自由控制在場景中漫游。VR技術(shù)與傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動(dòng)畫的觀察路徑都是預(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場景；而VR技術(shù)可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機(jī)交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產(chǎn)生一種身臨其境的錯(cuò)覺。這樣一來，很多不易察覺的設(shè)計(jì)缺陷能夠

31、輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評估質(zhì)量。實(shí)時(shí)多方案比較運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可，而不需要象傳統(tǒng)三維動(dòng)畫那樣，每做一次修改都需要對場景進(jìn)行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)意圖通過VR技術(shù)實(shí)時(shí)的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調(diào)整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金。三維空間信息交流虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的沉浸感

32、和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過其數(shù)據(jù)接口與GIS信息相結(jié)合，即所謂的VR-GIS，從而可以在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維空間的遠(yuǎn)程操作。公眾參與與方案展示對于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過程中，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項(xiàng)目中來。當(dāng)項(xiàng)目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進(jìn)一步提高項(xiàng)目的宣傳展示效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對城市規(guī)劃的影響1城

33、市規(guī)劃管理信息技術(shù)對城市規(guī)劃管理的影響主要表現(xiàn)在辦公自動(dòng)化方面，目前的辦公自動(dòng)化方面，目前的辦公自動(dòng)化主要是提高城市規(guī)劃管理部門內(nèi)部的管理水平、質(zhì)量和效率。隨著社會(huì)的信息化，通過因特網(wǎng)可以建立城市規(guī)劃管理部門與城市建設(shè)者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上報(bào)建，報(bào)建單位只要在本單位與因特網(wǎng)相連的計(jì)算機(jī)就可完成報(bào)建過程和提供所需的材料，規(guī)劃審批可以在因特網(wǎng)上完成。規(guī)劃管理與規(guī)劃設(shè)計(jì)更緊密的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管理與設(shè)計(jì)的一體化，審批的結(jié)果可以電子數(shù)據(jù)的形式迅速的反饋給設(shè)計(jì)部門，而設(shè)計(jì)部門可盡快地將設(shè)計(jì)結(jié)果以電子數(shù)據(jù)的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網(wǎng)來完成。通過因特網(wǎng)可以進(jìn)行規(guī)劃評

34、審，各地的專家可以在家里對規(guī)劃成果進(jìn)行評審，規(guī)劃成果將利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)專家所需的各種信息（如建筑物三維動(dòng)態(tài)模型），通過網(wǎng)絡(luò)會(huì)議交流意見，專家甚至可以實(shí)時(shí)與規(guī)劃師交流，提出自己意見和設(shè)想，并可以較快地通過建立數(shù)字模型加以證實(shí)10。2城市規(guī)劃設(shè)計(jì)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)將更廣泛應(yīng)用CAD和GIS技術(shù)，而計(jì)算機(jī)圖形輸入技術(shù)的改進(jìn)和智能化，五筆輸入技術(shù)，使規(guī)劃設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)更為方便，而不影響靈感產(chǎn)生。設(shè)計(jì)過程中所需的數(shù)據(jù)將數(shù)字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進(jìn)行設(shè)計(jì)，而各種地下管線的資料由于數(shù)據(jù)庫的建立而更加方便的獲得?，F(xiàn)在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應(yīng)信息

35、系統(tǒng)建立而能很方便地獲得。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的三維動(dòng)態(tài)建模更加方便，設(shè)計(jì)成果更加形象和直觀。在規(guī)劃設(shè)計(jì)和規(guī)劃審批中由于規(guī)劃成果的數(shù)字化，使得對各種規(guī)劃成果和方案的定量分析、模擬和預(yù)測成為可能，經(jīng)濟(jì)可行性分析也更為方便，促進(jìn)規(guī)劃決策的科學(xué)化。通過因特網(wǎng)由分布在全球各地的規(guī)劃設(shè)計(jì)專家共同合作完成設(shè)計(jì)也將成為可能，這樣可以構(gòu)建了一個(gè)不受規(guī)劃師的空間分布制約的虛擬設(shè)計(jì)事務(wù)所。3公眾參與公眾可以通過因特網(wǎng)動(dòng)態(tài)了解規(guī)劃設(shè)計(jì)方案和參與規(guī)劃審批，而且規(guī)劃方案與成果的表現(xiàn)形式由于采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規(guī)劃師的意圖，公眾通過因特網(wǎng)發(fā)表個(gè)人的意見，與規(guī)劃

36、師、管理人員和其它有關(guān)人員進(jìn)行直接對話，使公眾參與更加有效，促進(jìn)決策過程的民主化。4城市規(guī)劃研究與教育因特網(wǎng)構(gòu)成了一個(gè)巨大的電子圖書館，各種城市規(guī)劃研究成果將以電子出版物的形式出現(xiàn)，城市規(guī)劃研究者將通過因特網(wǎng)查到各種城市規(guī)劃資料，并可通過電子郵件、BBS（電子公告欄）及其它一些網(wǎng)絡(luò)通信方式進(jìn)行交流。因特網(wǎng)同時(shí)也將成為一個(gè)龐大的遠(yuǎn)程教育網(wǎng)，城市規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生可以通過因特網(wǎng)利用多媒體技術(shù)學(xué)習(xí)城市規(guī)劃的理論與知識(shí)。在信息時(shí)代，電子游戲也將成為一個(gè)很好的教育手段，城市規(guī)劃方面的游戲軟件將出現(xiàn)，可以對規(guī)劃設(shè)計(jì)與審批及城市建設(shè)過程進(jìn)行模擬，使城市規(guī)劃學(xué)習(xí)及城市規(guī)劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成?？?/p>

37、之，信息時(shí)代的到來，使人類構(gòu)造了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相對應(yīng)的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現(xiàn)實(shí)空間和由比特（BIT）構(gòu)成的信息空間(CyberSpace)中，現(xiàn)實(shí)空間與信息空間的物理界面（Interface）是由計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的信息基礎(chǔ)設(shè)施，人們通過這一界面可跨越現(xiàn)實(shí)空間與一些時(shí)間的限制，了解現(xiàn)實(shí)世界的過去和現(xiàn)在，預(yù)測未來，進(jìn)行思想交流。城市規(guī)劃將在信息空間中構(gòu)造城市發(fā)展的藍(lán)圖，并通過建設(shè)者在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)。3.2物理建模技術(shù)人工的幾何建模方法由構(gòu)造VR的觀點(diǎn)看，幾何建模是構(gòu)造VR的致命技術(shù)，它的限制可能妨礙VR的進(jìn)展。VR研究將受益于共享的開放的建模環(huán)境，包括物理建模環(huán)境等。為

38、了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個(gè)VR工作所報(bào)告的模型獲取過程。VR的幾何建模一般通過基于PC或基于工作站的CAD工具獲取。在北卡大學(xué)漫游建筑的項(xiàng)目中，AutoCAD用于產(chǎn)生構(gòu)成一座教堂幾何模型的12000個(gè)多邊形。討論的一個(gè)問題是由為其它目的寫的CAD程序中取出要求的數(shù)據(jù)。由AutoCAD產(chǎn)生的文件取出三維幾何并不困難，但問題是并非所有要求的數(shù)據(jù)都以VR要求的形式提供。特別是沒有提供有關(guān)建筑物實(shí)際物理的數(shù)據(jù)，用于實(shí)時(shí)漫游算法的劃分信息，以后由手工或?qū)Ｓ贸绦蚣尤搿PLRealityBuiltforTwo(RB2)系統(tǒng)使用Macintosh，作為固體建模的設(shè)計(jì)站，用IRIS

39、工作站作為繪制/顯示站。RB2是用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)VR的軟件開發(fā)平臺(tái)。在RB2下開發(fā)是快速的交互的，具有可實(shí)時(shí)編輯的屬性約束和交互。RB2的幾何建模功能利用了軟件模塊RB2Swivel和數(shù)據(jù)流/實(shí)時(shí)動(dòng)畫控制臺(tái)BodyElectric。RB2在組織上有大量跟隨者，他們沒有足夠的資源開發(fā)自己的VR。RB2是交鑰匙系統(tǒng)，它的幾何物理文件格式是專有的。在NPSNET項(xiàng)目中，初始的三維插圖集由SIMNET數(shù)據(jù)庫得到。這些模型知道的武器系統(tǒng)的三維外表比SIMNET少得多。結(jié)果，研究者開發(fā)了保存這些三維模型的開放格式，把物理模型增加到格式中，并改寫了系統(tǒng)，包含了面向?qū)ο蟮膭?dòng)畫能力。例如，NPSNET研究組正

40、在利用MultiGenCAD工具開發(fā)無物理的模型，這用于SGI基于Performer的NPSNET-4系統(tǒng)。有物理的CAD系統(tǒng)已開始開發(fā)，但還很貴，只是專用的。許多VE應(yīng)用要復(fù)制真實(shí)世界。不是用手建立模型，最好利用視覺或其它感覺自動(dòng)獲取模型。自動(dòng)獲取復(fù)雜環(huán)境模型(如工廠環(huán)境)當(dāng)前還不現(xiàn)實(shí)，但這是合適的課題。同時(shí)，自動(dòng)或接近自動(dòng)獲取幾何模型，現(xiàn)在在某些情況是現(xiàn)實(shí)的。部分自動(dòng)的交互式獲取在不久將是可行的?，F(xiàn)在已有利用激光掃描建立實(shí)際物體三維外形的設(shè)備出售。自動(dòng)的幾何建模方法三維掃描儀（3DimensionalScanner）又稱為三維數(shù)字化儀（3DimensionalDigitizer）。它是當(dāng)前

41、使用的對實(shí)際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實(shí)世界的立體彩色信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供了有效的手段。它與傳統(tǒng)的平面掃描儀、攝像機(jī)、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對象不是平面圖案，而是立體的實(shí)物。其次，通過掃描，可以獲得物體表面每個(gè)采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，彩色掃描還可以獲得每個(gè)采樣點(diǎn)的色彩。某些掃描設(shè)備甚至可以獲得物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而攝像機(jī)只能拍攝物體的某一個(gè)側(cè)面，且會(huì)丟失大量的深度信息。第三，他輸出的不是二維圖像，而是包含物體表面每個(gè)采樣點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)和色彩的數(shù)字模型文件。這可以直接用于CAD或三維動(dòng)畫。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。

42、1三維信息獲取技術(shù)早期用于三維測量的是坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）。目前，CMM仍是工廠的標(biāo)準(zhǔn)立體測量裝備。它將一個(gè)探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅(qū)動(dòng)探針沿三個(gè)方向移動(dòng)。當(dāng)探針接觸物體表面時(shí)，測量其在三個(gè)方向的移動(dòng)，就可知道物體表面這一點(diǎn)的三維坐標(biāo)。控制探針在物體表面移動(dòng)和觸碰，可以完成整個(gè)表面的三維測量。其優(yōu)點(diǎn)是測量精度高。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，物體形狀復(fù)雜時(shí)的控制復(fù)雜，速度慢，無色彩信息。機(jī)械測量臂借用了坐標(biāo)測量機(jī)的接觸探針原理，把驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)改為可精確定位的多關(guān)節(jié)隨動(dòng)式機(jī)械臂，由人牽引裝有探針的機(jī)械臂在物體表面滑動(dòng)掃描。利用機(jī)械臂關(guān)節(jié)上的角度傳感器的測量值，可以計(jì)算探針的三維坐標(biāo)。因

43、為人的牽引使其速度比坐標(biāo)測量機(jī)快，而且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，靈活性好。但不如光學(xué)掃描儀快。也沒有彩色信息。FARO和Immersion公司提供這類產(chǎn)品。借助雷達(dá)原理，發(fā)展了用激光或超聲波等媒介代替探針進(jìn)行深度測量。這是激光或超聲波測距器。測距器向被測物體表面發(fā)出信號(hào)，依據(jù)信號(hào)的反射時(shí)間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為飛點(diǎn)法或圖像雷達(dá)。不少公司開發(fā)了用于大尺度測距的產(chǎn)品（如用于戰(zhàn)場和工地）。小尺度測距的困難在于信號(hào)和時(shí)間的精確測量。Leica和Acuity推出了采用激光或紅外線的測距器。Senix公司推出了超聲波測距器。它受遮擋的影響較小。但要求測量精度高，掃描速度慢，而且受到物體表面反

44、射特性的影響?；谟?jì)算機(jī)視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復(fù)形狀法，從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)形狀法，結(jié)構(gòu)光法，編碼光法等。其中的結(jié)構(gòu)光法，編碼光法成為目前多數(shù)三維掃描設(shè)備的基礎(chǔ)。這些方法可以分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式法的代表是立體視覺法。主動(dòng)式法的代表是結(jié)構(gòu)光法，編碼光法。光學(xué)掃描的裝置比較復(fù)雜，價(jià)格偏高，存在不可視區(qū)，也受到物體表面反射特性的影響11。用于獲得物體內(nèi)腔尺寸的方法之一是工業(yè)CT。它以高能X射線對零件內(nèi)部進(jìn)行分層掃描。它的缺點(diǎn)是精度不高，價(jià)格昂貴，且存在放射性危害。美國CGI公司生產(chǎn)的自動(dòng)斷層掃描儀（AutomaticCrossSectionSca

45、nner,ACSS）可以克服這些缺點(diǎn)。但要求對被測物體進(jìn)行破壞。2三維掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在硬件和控制技術(shù)方面，掃描運(yùn)動(dòng)的伺服裝置要求精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，可定位性好。用電子掃描代替機(jī)械掃描是當(dāng)前的趨勢。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。三維信息獲取技術(shù)方面，三維信息獲取的原理應(yīng)綜合考慮精度，速度，易實(shí)現(xiàn)性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實(shí)施方案，采用巧妙的技術(shù)策略，提升產(chǎn)品的性能。還要研究計(jì)算模型和誤差模型，了解誤差的原因，誤差的傳遞，誤差的校正和消除。往往還要包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理和后處理技術(shù)。色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個(gè)因素確定:照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條

46、不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺感受有關(guān)。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質(zhì)和對入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現(xiàn)的色彩。三維構(gòu)型，顯示及修改技術(shù)方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點(diǎn)的坐標(biāo)和色彩。這些采樣點(diǎn)的集合稱為點(diǎn)云（PointCloud）。必須用點(diǎn)，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將點(diǎn)云構(gòu)成形。同樣的點(diǎn)集進(jìn)行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復(fù)雜表面的散亂點(diǎn)的構(gòu)形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來，并對缺陷進(jìn)行人工修改。還必須支持多種數(shù)據(jù)格式，將結(jié)果按指定的格式輸出12。定標(biāo)技術(shù)方面，確定有

47、關(guān)的裝置參數(shù)就是定標(biāo)。它與計(jì)算模型和誤差模型有關(guān)。定標(biāo)精度和可靠程度直接影響測量精度。定標(biāo)還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標(biāo)問題。3.3城市建模本設(shè)計(jì)采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模?？傮w建?？傮w建模初步構(gòu)造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎(chǔ)之上對局部布景的詳細(xì)設(shè)計(jì),是個(gè)逐步細(xì)化的過程。整體建模如下：用Background設(shè)置天空和地面的色彩。Background節(jié)點(diǎn)用于生成VRML的背景空間，背景采用了立方體空間的表現(xiàn)形式，在其外放置了一個(gè)地面球體，在地面球體之外

48、是天空球體。立方體和球體在概念上都是無限大的，并包圍著VRML世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠(yuǎn)不能接近它們。用Viewpoint節(jié)點(diǎn)定義了瀏覽者在虛擬環(huán)境中的游行方式。Viewpoint視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)定義了處于局部坐標(biāo)系中的一個(gè)指定位置，用戶可以從該點(diǎn)來觀察場景。在每一個(gè)新的觀察點(diǎn)，瀏覽器獲得的圖象就像是使用一部虛擬的取景器在屏幕上播放一樣。替身在虛擬空間中的移動(dòng)，就使得取景器不斷的調(diào)整起位置和朝向。在這里本人定義了aa視點(diǎn)，采用了飛行的非跳躍的漫游方式。為了是瀏覽者的感覺和現(xiàn)實(shí)世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現(xiàn)在我們面前的將是一個(gè)個(gè)黑漆漆的模型。同時(shí)用WorldI

49、nfo定義了境界信息，在運(yùn)行界面的標(biāo)題欄可以看見該設(shè)計(jì)的名稱，作者等等。WorldInfo節(jié)點(diǎn)用來聲明一個(gè)空間的標(biāo)題以及想提供的其他注解，它對VRML場景的創(chuàng)建并不產(chǎn)生影響。免費(fèi)論文下載中心 運(yùn)行效果如圖3-1。圖3-1背景圖上圖只是一個(gè)非常非常粗略的框架，在此之上，用Transform節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。Transform節(jié)點(diǎn)是一個(gè)組節(jié)點(diǎn)。Transform節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)子節(jié)點(diǎn)列表，這些子節(jié)點(diǎn)可以是Shape節(jié)點(diǎn)、Group節(jié)點(diǎn)或Transform節(jié)點(diǎn)。在Transform節(jié)點(diǎn)中的所有子節(jié)點(diǎn)將在Transform節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系原點(diǎn)處建立。該節(jié)點(diǎn)

50、包括位置的確定、造型節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)軸和方向、造型節(jié)點(diǎn)大小的縮放比例及縮放旋轉(zhuǎn)軸，以及形體造型的構(gòu)造等，它的功能比較強(qiáng)大，使用相對簡單。Transform節(jié)點(diǎn)在放置場景中的對象并確定其方向時(shí)具有很大的靈活性。Transform節(jié)點(diǎn)也是一個(gè)形成VRML場景層次結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)。這里的樓房和街道就是用簡單的形體造型節(jié)點(diǎn)Box構(gòu)成的，只是在大小，位置，方向上做了相應(yīng)的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。城市規(guī)劃一直是對全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過對現(xiàn)狀和未來的描繪，為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。這

51、里也采用了城市規(guī)劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當(dāng)。圖3-2是設(shè)置后的運(yùn)行效果。圖3-2簡單的樓房很顯然，城市里只有樓房和街道是不夠的，一定要有樹，那是反映一個(gè)稱呼司綠化程度和建設(shè)特色的標(biāo)志，而樹則不是簡單的立方體，但為了構(gòu)造的簡便，本人用圓柱體和球體來構(gòu)造樹，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個(gè)改造過的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹。當(dāng)把樹嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構(gòu)造。在這里所用到的立方體Box、球體Sphere、圓柱體Cylinder都是簡單形體造型節(jié)點(diǎn)，但是運(yùn)用它們可以構(gòu)造更復(fù)雜的對象，需要初學(xué)

52、者靈活的掌握和運(yùn)用它們。除了上面提到的簡單造型節(jié)點(diǎn)之外還有圓錐體Cone。圖3-3是一棵樹的造型。其實(shí)，它不僅僅是一棵樹，更是一個(gè)希望，象征著人類對環(huán)境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。圖3-3樹圖3-4綠化的城市圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹的城市的整體構(gòu)造。雖然有點(diǎn)空曠，但是，地廣人稀正是我們?nèi)祟愃蛲摹，F(xiàn)在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經(jīng)上升到令人矚目的日程。開拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個(gè)建設(shè)者的最終目的和任務(wù)。而且我們也應(yīng)該珍惜每一片土地。局部建模局部建模也稱為細(xì)致建模，具體步驟如下。一個(gè)城市只有樓房、街道和樹是不夠的，因此需要我們對粗略的城市進(jìn)行細(xì)化。首先，先建立一

53、個(gè)花壇，花壇也是有簡單的造型構(gòu)成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成?；▔念伾O(shè)置為淺綠色，錯(cuò)落有致。有樹有花壇，當(dāng)然也得有草了，所以，還要做一個(gè)草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設(shè)置為深綠色，是一個(gè)大的扁平的立方體。街道上沒有車也是不行的，但車的造型是比較復(fù)雜的，但是什么復(fù)雜的東西都可以簡單化，本人用兩個(gè)球體和兩個(gè)圓柱體做成了一個(gè)小汽車。兩個(gè)球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個(gè)圓柱體作為車輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車的圖片，具體造型效果如圖3-5。圖3-5小車草坪建好了，也要為其進(jìn)行裝飾，因此在上面放了凳子和一個(gè)供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造

54、型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個(gè)球體，并在草坪的四角各放了一個(gè)半球。為了體現(xiàn)國民的保護(hù)環(huán)境意識(shí)，在草坪的邊上有放置了一個(gè)圓柱形的垃圾箱。在此基礎(chǔ)之上，為了體現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動(dòng)變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補(bǔ)器CorlorInterpolator和時(shí)間傳感器TimeSensor來實(shí)現(xiàn)的。CorlorInterpolator節(jié)點(diǎn)是VRML提供的附加的插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)，利用它可以構(gòu)造色彩的變化效果。CorlorInterpolator節(jié)點(diǎn)在它的key和keyValue域中使用一系列關(guān)鍵時(shí)刻值和色彩值。CorlorInterpolator節(jié)點(diǎn)通過在兩個(gè)色彩

55、值中內(nèi)插，來計(jì)算一個(gè)中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。TimeSensor節(jié)點(diǎn)可以像時(shí)鐘一樣標(biāo)記時(shí)間的流逝，還附加有定時(shí)發(fā)送相關(guān)時(shí)刻信息的功能。同時(shí)它可以是一個(gè)定時(shí)開關(guān)，開始及結(jié)束一些過程。通常與插補(bǔ)器、傳感器聯(lián)合使用。TimeSensor節(jié)點(diǎn)能夠作為任何組的子節(jié)點(diǎn)。效果如圖3-6和圖3-7。從兩副圖中可以明顯看出，除了圖中的球體的顏色是不同的之外，其他的都是一樣的。圖3-6奇異的草地甲圖3-7奇異的草地乙虛擬現(xiàn)實(shí)，也就是模擬現(xiàn)實(shí)，使得呈現(xiàn)的景象和現(xiàn)實(shí)世界的一樣逼真。在這了，本人將要設(shè)計(jì)的城市的四個(gè)游樂場所中的一個(gè)做了一點(diǎn)變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當(dāng)替身與游樂場的距離在一定范圍內(nèi)時(shí)，中間的立方體會(huì)自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)一定的角度。這種變化是如何實(shí)現(xiàn)的呢？其實(shí)很簡單，這里使用了臨近傳感器ProximitySensor。臨近傳感器感知觀察者進(jìn)入并在一個(gè)空間的長方體區(qū)域中移動(dòng)