校园三维地图以及虚拟漫游的设计毕业论文(编辑修改稿)

校园三维地图以及虚拟漫游的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

第 4 页 共 31 页 会 效益，促使美国政府进一步加 大了对虚拟现实技术研究的支持力度。 在美国虚拟现实在以下三个方面发挥重大作用： （ 1）武器系统性能评价； （ 2）武器操纵训练； （ 3）指挥大规模军事演习。 虚拟现实的应用将大幅度降低以上三者所需的费用，极大地提高效益，并消除意外伤亡事故。 在军事领域，美国的主要研究单位为：美国空军技术研究所 (Air Force Institute of Technology)主要研究人类因素的检测、计算机图形学以及与大规模分布综合环境应用有关的人机交互问题，尤其对那些培养实际操作人员的环境感兴趣。 他们正在研制一种便宜的、实 时网络化的飞行模拟器 NPSNET4。 它使用 SIMNET 和分布式交互仿真两种协议进行主机之间的 通信。 NPSNET 计划注意虚拟世界的系统在现实世界问题中的应用。 在航天领域，现在 NASA 已经建立了航空、卫星维护 VR 训练系统，空间站 VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的 VR教育系统。 北卡罗来纳大学 (UNC)的计算机系是进行 VR研究最早的大学，他们主要研究分子建模、航空驾驶 、外科手术仿真、建筑仿真等。 美国政府对虚拟现实技术非常重视，他们支持的虚拟现实研究计划都是面向航空航天和军事应用的。 虚拟现实将在武器系统的性能评价和设计、操纵训练和大规模军事演习及战役指挥方面发挥重要作用，并产生巨大的经济效益。 美国已初步建成了一些洲际范围的分布式虚拟环境，并将有人操纵和半自主兵力引入虚拟的战役空间， ,在世界上处于领先地位。 中国研究现状 我国 VR 技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展 VR技术的研究计划。 九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把 VR 列入研究项目。 国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。 北京航空航天大学计算机系是国内最早进行 VR 研究、最有权威的单位之一，着重研究了虚拟环境中物体 物理 特性的表示与处理；实现了分布式虚拟环境网络设计，虚拟现实应用系统的开发平台等。 浙江大学开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统 ，还研制出了在虚拟武汉科技大学中南分校 2020 届毕业设计 (论文 ) 第 5 页 共 31 页 环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨 工业 大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题。 虚拟现实技术在我国近些年发展极为迅速，被广泛的应用在城市规划、教育培训、文物保护、医疗、房地产、互联网、勘探测绘、生产制造、军事航天等数十个重要的行业，全世界的目光都聚焦于虚拟现实技术在中国的蓬勃发 展。 流行一时的网络游戏，实质上也是虚拟现实技术的一种简单应用。 陈诚：三维校园的开发与设计 第 6 页 共 31 页 第 2章 虚拟校园技术 167。 虚拟校园的基本概念 计算机网络技术、 三 维地理信息系统技术、虚拟现实技术的发展使得我们可以在 计算机网络上构建虚拟校园 (Virtual campus)。 用户在网络上即可对校园景观、校内的各种设施和服务获得身临其境的感受 ， 还 可以在网络上使用部分设施和接受服务。 虚拟校园提供了校园景观及设施最直观的表现形式，方便了用 户 对校园信息的访问、促进了大学的建设和远程教学的发展。 虚拟校 园 是基于地理信息技术、虚 拟现实技术和 计 算机网络技术等高新技术，将校园地理信息和其他校园信息相结 合。 以虚拟现实场景界面实现棱园景观及信息的浏览查询，并 可 上 传 到计算机网络和提供远程用访问。 167。 虚拟校园的建模方法 校园虚拟场景的建模方法主要有两种。 一种是基于图形的建模与绘制 (Gel ry— Based Modcliag and Rendering GBMRj； 一种是基 于 图像的建模与绘制 (Inlagc— Based Modelink and Rendering， IBMRj； 它是以环境中抽样出的离散图像组成基础数据，通过处理与组织这些图像数据而得到环境的连续描述的过程。 与 GBMR相比 ， IBMR方法的优越性在于：一是无需繁琐的场景建模工作；二是不需要特殊的设备。 如图形加速卡和价格昂贵的图形工作站，在 普通电脑 上即可运行：三是能实时地显示生成的环境，处理时间独立于景物复杂度。 IBMR一种常见的实现方法是用全景图集台来构成虚拟环境、在虚拟环境中漫游相当于选择不同的全景 图。 167。 全景图的概念 全景图是虚拟实景的一种表现形式，会让使用者有进入照片中的场景的感觉。 全景图区别 于普通的拼接照片的地方在于，全景图是基于鱼眼技术，利用专业相机拍摄出来的照片，观察者从每个角度观察，都能够获取直观的立体感，而普通的拼接照片，只是武汉科技大学中南分校 2020 届毕业设计 (论文 ) 第 7 页 共 31 页 在一个平面上实现相机取景范围的限制。 全景图的特点 360 度的高质量的全景图主要有三个特点 全：全方位，全面的展示了 360 度球型范围内的所有景致；可在例子中用鼠标左键按住拖动，观看场景的各个方向； 景：实景，真实的场景，三维全景大多是在照片基础之上拼合得到的图像，最大限度的保留了场景的真实性； 三维：三维立体的效果，虽然照片 都是平面的，但是通过软件处理之后得到的三维全景，却能给人以三维立体的空间感觉，使观者犹如身在其中。 但是由于受到设备的限制，非专业的摄影人员，是很难拍到上面描述的效果的全景图的。 但是，就普通相机加上一些照片拼合软件，所得到的全景图片的表现形式已经比普通的照片要好得很多。 全景图的 生成 全景图模型一般有立方体、圆柱体和球体三种。 以柱面全景图像为例，若需取得具有摄影真实感的全景图像，可采用全景照相机、普通照相机或摄像机来获取图像数据。 全景照相机可直接获得全景图像，普通照相机或摄像机则需要固定 在可水平旋转的支架上，使得相机的镜头位于支架的中心点。 如果是照相机，转动照相机一周，每间隔一定的角度拍一张照片，以保证相邻照片有一定的重叠； 摄像机则需缓慢地绕中心点旋转一周拍摄 ， 使用数码照相机或数码摄像机来获取图像数据是比较有利的，因为获取的图像数据可以直接下载到计算机进行后续处理。 照相机或摄像机所得到的图像数据属于中心投影，需要经过投影变换来将这些中心投影图像投影到一个圆柱面上。 完成这种柱面的正投影变换后，再经过拼接形成柱面全景图像，整个拼接过程分成图像匹配和平滑连接两个步骤完成。 图像匹配是确定相 邻图像的重叠范围，一般有基于面积和基于特征等方法，平滑连接使得拼接区域色调变化平滑，提高了图像质量。 可采用 淡入淡出 的方法，即在重叠部分由前一幅图像慢慢地过渡到第二幅图像并删 去 垂直方向错开的图像部分。 全景图像生成后 ， 空间编辑器将不同地点而又众多的全景图像组织为虚拟的全景空间 ， 全景图像的数据量通常是较为庞大的，需要对其进行压缩，通常采用 JPEG算法进行陈诚：三维校园的开发与设计 第 8 页 共 31 页 压缩。 虚拟全景空间漫游时，一般只将可见部分的全景图像调人内存并解压，通过柱面全景图像的反投影算法，将可见部分的柱面图像反投影为中心投影图像并显示在计算机屏幕 上。 图 21 虚拟全景空间生成流程图 全景图的 公共隐私处理 众所周知，全景地图在人们直观感知上的确提供了很大的方便，但是由于全景地图的涉及范围光，许多隐私问题，就直接成为人们争论的焦点。 07年谷歌街景漫游的推出，受到许多人的欢迎，甚至有时候被用于军方活动，慢慢的，当许多人发现在其上能够看到自己的生活照片，比如穿着简便在自己家院子里面晒太阳之类的，人们开始为自己的隐私担忧。 谷歌被各方指责，于是开始对该项服务进行处理，比如取景的时候，避开 人多的地方，在景象上进行模糊度的处理等等措施。 那么我这个校园全景图的处理上就稍微的简便一些，从以下几个方面： 一、 在图源上做处理； 我们采集回来的实景照片的时候，我们可以对相关的重要场景或者人物，进行模糊处理，比如对重要部门办公场所实施高度模糊；对人员进行轻度模糊处理。 但整个全景图形模型的选择 计算机绘制 普通照相机 全景照相机 投影变形 拼接 全景图生成 空间编辑器 武汉科技大学中南分校 2020 届毕业设计 (论文 ) 第 9 页 共 31 页 所有的处理不会影响对学校范围的观察。 二、 取景地点的选择； 尽量在人少的地方实施拍照取景工作，对必要的办公场所，取景的时候大范围入手，一笔带过式的扫描。 167。 虚拟校园的优势 三维虚拟校园技术对大学的对外宣传、招生、校容校貌的展示等具有非 常重要的作用，是校园信息化建设的重要组成部分。 三维虚拟校园系统，可实现以下功能： 直观的了解校园 三维虚拟校园基于浏览器，无任何浏览器插件，具有友好的用户操作界面，用户操作方便快速，可以用鼠标任意的拖动，放大或者缩小。 通过三维虚拟校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，减少处 理时间，提高效率，提供了一个生动的校园空间建设三维虚拟校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，减少处理时间，提高效率，提供了一个生动的校园空间； 方便学生 大学内教学楼、宿舍楼、食堂及实验楼等公共设施众多，有了三维虚拟校园，使新生在入学前就可以全面的了解校园的布局，交互式的查询 ，可以了解校园的所有信息，为尽快的适应学习生活提供方便；三维虚拟校园不只是对现实校园建筑形状、地理形态的仿真，而是对整个校园及其社会活动和经济活动在网络上的真实再现。 （可接驳触摸屏） 有利于招生宣传 网络宣传现已成为非常有效的手段，率先建立三维虚拟校园，有助于提高学院的形象，对大学的全国范围招生有极大的帮助。 陈诚：三维校园的开发与设计 第 10 页 共 31 页 方便好用的地图便笺功能，用户可以自己在三维虚拟校园上进行标注，然后生成相应网址，可以发送给他人，他人打开网址后就能看到用户在地图上的标注，实现信息共享。 三维虚拟校园系统具有良好的开放性，为其他信息提供了载体，该系统可直接嵌入到大学的网站，可接驳触摸屏，还可以接驳视频监控系统。 网上校园中的各个院系或其它部门都可以通过嵌入虚拟校园的代码，制作出各种形态的模拟公告板，譬如校园留言板、招生信息等，从网络中模拟出的多态广告，具有极高趣味性和新颖性，大大的提升点击率，尤其是针对校庆活动，更有极佳的宣传效果。 例如，网站发布会议通知或者考试地点等信息时都可嵌入地点位置代码，用户在浏览信息内容的同时能直观的在虚拟校园中看到会议或者考试等的具体位置 ，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。 在网上校园中建立一个本地搜索引擎供用户浏览查找信息是非常有效的。 譬如当我们搜索图书馆的主题时，在出来的搜索结果列表里面，我们可以访问图书馆的具体位置、实景，以及图书的借阅情况、开放时间等； 三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。 武汉科技大学中南分校 2020 届毕业设计 (论文 ) 第 11 页 共 31 页 第 3章 技术实施说明 167。 全景图生成制作技术 照片的拼接技术。