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基于虚拟现实的三维漫游技术研究
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2015-06-18
22:01:02
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利用虚拟漫游技术来进行虚拟浏览,小区或城市的规划与设计是虚拟现实应用中的新热点。漫游系统包括一个逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,它是一个真实空间或假想空间的实时仿真虚拟空间,用户借助必要的装备以自然的方式在该虚拟空间中漫游,从任意角度对环境中的虚拟对象进行观察,从而产生身临其境的感觉,同时也可以对其中的物体进行规划和操作。虚拟漫游系统是虚拟现实技术的综合应用,具有广阔的发展前景。
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摘要
自 20 世纪 90 年代以来,虚拟现实技术一直是信息领域研究、开发和应用
的热点方向之一。它借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境,而
且支持用户使用自然的技能亲身感受它。目前己经广泛应用于军事、科学计算
可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐
工程技术!科技探索等多方面领域。虚拟漫游技术是虚拟现实(VR)技术的重要分
支,在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。
利用虚拟漫游技术来进行虚拟浏览,小区或城市的规划与设计是虚拟现实
应用中的新热点。漫游系统包括一个逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的
虚拟环境,它是一个真实空间或假想空间的实时仿真虚拟空间,用户借助必要
的装备以自然的方式在该虚拟空间中漫游,从任意角度对环境中的虚拟对象进
行观察,从而产生身临其境的感觉,同时也可以对其中的物体进行规划和操作
虚拟漫游系统是虚拟现实技术的综合应用,具有广阔的发展前景。
关键词:虚拟现实;VRML;漫游;建模;三维场景

1. 绪论
1.1 选题的目的与意义
虚拟漫游技术是虚拟现实(VR)技术的重要分支,在建筑、旅游、游戏、航
空航天、医学等多种行业发展很快。由于有可贵的 3I 特性——沉浸感、交互性
和构想性,使得沿用固定漫游路径等手段的其他漫游技术和系统无法与之相比。
目前成熟的虚拟现实系统大部分是依赖于虚拟现实硬件设备的,而且主要
是基于图形工作站的,对基于普通微机的虚拟现实的研究还很薄弱。无疑,图
形工作站价格昂贵,限制了虚拟现实技术的普及。因此,研究适合在普通微机
上实现具有真实感和实时性的虚拟漫游系统具有广泛的推广意义。

1.2 虚拟现实技术的发展现状
目前,许多的国外大学及科研机构都在从事虚拟场景漫游的研究。其中美
国加州大学北卡分校及伯克利分校在这方面走在世界前沿,他们都拥有世界一
流的漫游技术研究室,研究室里配有许多虚拟现实技术的设备,包括功能强大
的图形工作站、高分辨率图形显示器、各种类型的头盔显示器、数据手套、步
行器等。
在我国,清华、武大、北京航空航天大学、杭州大学、浙大、西南交通大
学等许多大学都己经开展虚拟场景漫游技术的研究,在视景技术、三维图形算
法、建模方法等方面都取得了重要成果,并在城市规划与建筑领域得到了初步
的实际应用。
武汉理工大学开发出了一套校园虚拟全景漫游系统,由该校网络信息中心
和艺术与设计学院数码艺术系方兴工作室共同开发研制,历时四个月,横跨余
家头、东、西院三个校区,共拍摄校园场景 20 余处,拍摄照片 800 多张,制
作 360 度全景漫游。上海大学实现了宁波科技园区实时漫游系统。清华大学土
木系的“VRGROUP”小组使用 Superscape 公司的虚拟环境 VRP 软件包于

1998 年开发了“清华北大蓝旗营教师住宅小区”虚拟环境漫游系统。北京航空航
天大学虚拟现实与可视化新技术研究室,完成了虚拟的恒昌花园及其房内装修
浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室,开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时
漫游系统。
1.3 虚拟现实技术概述
虚拟现实(VirtLallRealiyt,简称 vR)系统是一种以虚拟现实技术为基础的计
算机系统,通过计算机软件及其外部设备来生成的虚拟的三维场景。通过视觉听
觉、触觉等多方面的交互反馈使人产生身临其境的感觉。虚拟现实技术作为信
息科学的一门新兴学科,以其特有的优势被迅速运用于军事、娱乐、制造、地质、
医学、地理信息系统等各行业
[1][2]
。
虚拟现实技术在计算机图形学、多媒体技术、人工智能技术等研究领域中
的广泛运用,进一步促进了计算机可视化仿真技术的发展
[3]
。如何将反映现实世
界的信息以更加直观形象的方式重现,正是虚拟现实技术和可视化仿真技术研究
的目的所在。
虚拟现实技术有三个基本特征,我们称之为 3I 特性
[4]
。(如图 1.3 所示)
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