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基于Papervision3D的在线虚拟漫游系统的研究与实现.doc
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基于Papervision3D的在线虚拟漫游系统的研究与实现.doc
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目 录
1 前言 ......................................................................................................1
1.1 选题背景..........................................................................................................1
1.2 在线漫游技术现状..........................................................................................1
1.3 本文研究的内容与意义..................................................................................3
1.4 论文的组织......................................................................................................4
2 相关技术研究........................................................................................1
2.1 Flash 3D 引擎介绍 ...........................................................................................1
2.2 三种全景技术的比较......................................................................................2
3 全景图的制作与数字地图的建模........................................................3
3.1 获得全景视图的方法.......................................................................................3
3.2 全景图的排序、拼接与融合..........................................................................4
3.3 数字地图的建模..............................................................................................7
4 在线虚拟漫游交互的关键技术研究.....................................................9
4.1 贴图与场景切换..............................................................................................9
4.2 摄像机的运动................................................................................................12
4.3 全景与地图的互动........................................................................................13
4.4 性能优化措施................................................................................................14
5 在线校园漫游系统的设计和实现.......................................................15
参考文献 ..................................................................................................20
致 谢 ......................................................................................................21
1 前言
1.1 选题背景
随着信息技术的发展,人们己经不满足于从外部观察信息处理的结果,而是
希望能通过视觉、听觉、触觉、嗅觉及形体、手势或口令,参与到信息处理的环
境中去,获得身临其境的体验。虚拟漫游技术就提供了这样一种既能创建又能体
验虚拟世界的沉浸式交互环境,使用户可以以自然的方式与虚拟环境中的对象交
互影响,从而产生等同真实环境的感受和体验。近几年,利用虚拟漫游技术在互
联网上实现三维虚拟世界的实时交互和实时漫游也应用的越来越广泛,它最大的
优势在于图片资源的整合与贴近用户的增值服务,令创意表现呈现完美。从创意
图片,编辑图片,图片版权服务等各方面为用户提供所需。如:高清晰度虚拟展
示景区的优美环境,远程虚拟浏览宾馆的外型,大厅,客房,会议厅等各项服务
场所,房屋开发销售公司可以利用虚拟现实技术,展示楼盘的外观,房屋的结构,
布局,室内设计,在线虚拟公司产品陈列厅,专卖店,旗舰店等相关空间的展示,
美容会所、健身会所、咖啡、酒吧、餐饮等环境的展示,营造超越竞争对手的有
利条件。汽车内景、外部的虚拟展示,实现汽车的网上完美展现
[1]
。博物馆的宣
传展示,观众只需轻轻点击鼠标即可全方位参观浏览。在学校的宣传介绍中,可
以实现随时随地的参观优美的校园环境,展示学校的实力,吸引更多的生源。政
府开发区投资环境,做成虚拟导览展示,向客商介绍变得一目了然,说服力强,
可信度高
[2]
。
虚拟漫游技术与地图相关联通过移动鼠标可以非常清晰地看到整个地图的
区域。给使用者带来极大的方便。
随着基于图象绘制技术发展,虚拟漫游技术现已广泛应用在军事、教育、科
研、商业、影视、娱乐、工程训练等,并随着 Internet 的发展成为一种快捷、实
用、效果很好的虚拟现实漫游系统
[3]
。
1.2 在线漫游技术现状
当前的在线漫游技术可分为二大类: 一种利用三维建模来构建立体三维场
景,来进行虚拟漫游;一种利用全景照片与导航地图来实现在线漫游。
基于三维建模的在线虚拟漫游技术,首先根据场景进行三维建模,然后通过
网络将场景传到客户端,在客户端进行渲染显示。对于大型场景的漫游,其建模
工作量巨大。在线漫游时,网络传输数据量也较大
[4]
。
基于全景与导航地图的在线漫游,对要展示的各个场景点拍摄全景照片,然
后与地图相结合以进行在线漫游。这种方式可以真实地反映相关场景的实际景观。
这种方式的主要工作在于全景照片的制作,以及漫游中的交互控制的设计与实现。
在线漫游时,由于不需要传输大量的模型数据,网络传输数据量也相对较少
[5]
。
当前在线漫游的实现技术主要有: Java3D/Java Applet 技术、VRML/X3D 技术
和 Flash 技术。
1.2.1 java3D/Java Applet 技术
Java3D 由 SUN 公司在 1998 年年底正式推出。它是一个用于实现 3D 显示
的应用程序接口(API) , 用来书写带有三维图形的应用程序和 Applet。Java3D 建
立在 Java2(Java1.2)基础之上,实现了三维形体的生成、贴图、灯光等一系列三
维显示能够用到的功能。使用 Java3D 技术提供的三维功能,并将其与 Java Applet
技术相结合,可以实现在线的虚拟漫游。但此种技术在当前已存在很大的局限性。
首先,Java3D 已于 2003 年停止了升级开发,同时这种方式开发出来的在线漫游
的执行速率不高、速度较慢;其次,微软在其 Windows 系列产品中对微软 Java
虚拟机支持的终止在一定程度上限制了 Java3D 的进一步应用
[6]
。
Java Applet 是 Java 语言的一个子集,因此可以做到平台无关性,用户只要用
浏览器打开就可以直接观看,无须下载插件。这种方法也具有几个缺陷,显示幅
面比较小,图像分辨率较低,而且占用系统资源较多,显示速度较慢,浏览时容
易出现跳动感。但是基于 Java Applet 的方式在全景图像早期发展阶段起过至关
重要的作用,并且至今仍是最为流行的显示方式之一。
1.2.2 VRML/X3D
VRML2.0(VRML97)是 1997 年 12 月正式公布的国际标准,可以编写三维动
画片、三维游戏、计算机三维辅助教学。但这种简单的语言功能较弱,与 JAVA
语言等其它高级语言的连接较难掌握,2001 年 8 月由 Web3D 联盟发布了 X3D,
X3D 是 VRML 的扩展,并集成了 XML,X3D 相对于 VRML97 提出了许多新的
特性
[7]
。
但到目前为止,没有大公司在背后作强有力的技术推动,开发工具的集成度、
方便可用性方面还有待完善。VRML/X3D 需要安装专门的浏览器,这对于它们
的普及使用也是一个很大的问题
[8]
。
1.2.3 Flash
Flash 技术由 Adobe 公司推出,当前已成为事实上的交互式矢量图和 Web 动
画的标准。网页设计者使用 Flash 能创建漂亮的、可改变尺寸的、以及极其紧密
的导航界面、技术说明以及其他奇特的效果。
利用 Flash 技术与前二者相比主要的优势在于:第一,FlashPlayer 播放器已
相当地普及,根据调查显示,约 98.7%以上的个人 PC 上都有安装;第二,Flash
技术背后有 Adobe 公司的强力支持。Adobe 提出的 RIA 技术架构已成为当今
Web 发展与应用的一个热点
[9]
。
但传统的 Flash 技术实现全景的方法都是基于时间轴的,实现较为复杂,对
于设计人员与程序员都有一定难度,不适用于面向对象的开发与应用。
本课题将研究基于 Flash 3D 引擎 Papervision3D 的在线虚拟漫游系统的关键
技 术 与 具 体 实 现 , 本 课 题 的 设 计 采 用 的 平 台 为 FlexBuilder 3.0 , 使 用 的
Papervision3D 2.0 版本。
1.3 本文研究的内容与意义
本文在对当前国际与国内的各种在线虚拟技术进行分析的基础上,重点研究
基于 Papervision3D 的在线虚拟漫游系统的贴图与场景的切换技术、摄像机的运
动及控制技术、数字地图与场景的同步互动技术、系统的性能优化等关键技术。
并在前面研究的基础上,以襄樊学院校园为对象设计并实现一个在线校园漫游系
统。
本课题的研究成果将在数字化城市、旅游景区、酒店宾馆、房地产小区或房
屋装修等方面都有着巨大的、广泛的商业应用前景。
1.4 论文的组织
本文的创新点:提出了基于 Papervision3D 的在线虚拟漫游技术方案,并对
其中的关键技术进行分析与研究,并取得了很好的成果。
本文的内容组织如下:
第 1 章 当前发现的趋势与需求,描述了为了应对这一挑战,我们开展的课
题的研究目标、研究内容、课题意义等。
第 2 章 描述了目前的在线虚拟漫游技术,java3D、VRML/X3D、Flash,,并
且比较了它们之间的区别。详细的分析了目前的虚拟漫游系统,和已有的实现技
术方法。并讨论了他们在网络上的应用。
第 3 章 全景图的制作与数字地图的建模。
第 4 章 在线虚拟漫游交互的关键技术研究。
第 5 章 在线漫游系统的设计和实现。
第 6 章 总结。
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