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1、南京航空航天大学 硕士学位论文 虚拟3D办公场所的构建及其交互功能的实现 姓名：姚浩翔 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：刘苏 20090301 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 随着网络技术和计算机三维技术的发展，虚拟现实技术已经得到广泛应用。本论 文在对比了常用的几种图形技术后，选用 JAVA 3D 图形开发工具进行交互式三维场景 生成的研究探讨。很多公司都开始采用网络来宣传自己，而通过虚拟现实的技术来展 示自己公司的环境，让其他人了解自己的公司也将成为一个独特而又有效的方式。本 论文构建了一个虚拟的办公场所，使用户可以远在外地通过网络在虚拟的三维环境里 浏览、漫
2、游和交互控制三维实体，并实现用户间的文字交流功能。 本文根据论文要求做了以下工作： (1) 研究了三维建模技术。利用 3DS MAX 软件提供的基于模型的构造方法和重复 物体实例技术，构建了系统的三维模型。通过对模型面片数量的减少和纹理映射技术 对模型进行优化处理。然后创建运动骨骼与人物模型进行绑定，实现骨骼动画。 (2) 三维模型文件格式的转化处理，静态模型转换为 3DS 格式，动态模型转换为 MDL 格式。利用 JAVA 3D 提供的 Loader 接口调用每个模型文件。 (3) 利用 JAVA 语言编写文字交流模块和三维环境交互模块，实现用户间的文字交 流与鼠标和键盘对三维环境的交互控制
3、功能。最后将两个模块的 Applet 小程序嵌入网 页，实现系统的运行和演示。理论结合实践，开发了 3D 办公场所交互漫游系统。 关键词：关键词：虚拟现实，三维视景漫游，办公场所，3DS MAX，JAVA 3D 虚拟 3D 办公场所的构建及其交互功能的实现 ii ABSTRACT With the development of the net technology and the 3D technology of computer, virtual reality has been used widely. JAVA 3D, a graphics development tool, was c
4、hose to study and discuss the building 3D scene by mutual way after comparing several graphics tools. A lot of companies are trying to publicize themselves by using the web. It is a unique and effective way to publicize the company by using the virtual reality. The user would able to watch, experien
5、ce and control the 3D models in the virtual environment freely, and be able to communicate with others by words. The research contents in this paper are as follows: In this paper, the technology of modeling 3D model has been researched. The 3D models were constructed by using 3DS MAX, which offer th
6、e method based on model and technology of repeated examples. And the models were optimized by cutting the number of faces and texture mapping. Then some animations were added to the models. The static models were transformed to 3DS models, and the dynamic models to MDL models. Then using the classes
7、 provided by JAVA 3D to call the models. It gives the deep research on the key technology of the system, especially about the technology of three-dimension modeling, realistic modeling, walkthrough and interactive controlling. The programmings of chatting and 3D environment were compiled by using JA
8、VA, to achieve the control of the 3D models by mouse and keyboard. The parts of chatting and models were collected into IE, to work out the functions of showing, touring and controlling the virtual reality. Finally, the system of the web 3D meeting room has been developed. Key Word：virtual reality,
9、3D-virtual walkthrough, office space, 3DS MAX，JAVA 3D 虚拟 3D 办公场所的构建及其交互功能的实现 vi 图表清单 图 2.1 JAVA3D 场景图.6 图 2.2 系统总体结构图.9 图 3.1 办公场所的平面布局图 .13 图 3.2 会议室的内部环境特征 .13 图 3.3 投影仪13 图 3.4 会议桌和转椅 14 图 3.5 办公室三维环境.14 图 3.6 走廊的三维环境.14 图 3.7 人物模型的制作.15 图 3.8 完成了建模的人物模型 .15 图 3.9 经过骨骼绑定后的模型动作 .17 图 3.10 骨骼动画 17
10、图 3.11 男子人物模型和女子人物模型18 图 3.12 男子模型和女子模型贴图 .19 图 3.13 会议室整体环境模型 .19 图 3.12 AuroraBase 27 图 3.13 AuroraTrimesh 修改器.27 图 3.14 模型设置 28 图 4.1 服务器端线程 30 图 4.2 客户端线程 30 图 4.3 服务器端程序运行.32 图 4.4 客户端程序运行.33 图 4.5 交流模块程序运行.34 图 4.6 点光源光强随距离角度的变化35 图 4.7 几何变换 38 图 4.8 人物骨骼动画列表.41 图 5.1 办公场所交互漫游系统开发流程45 南京航空航天大学
11、硕士学位论文 vii 图 5.2 集成在 IE 中的办公场所交互漫游系统 46 图 5.3 在会议室中浏览、漫游 .47 图 5.4 利用鼠标、键盘移动、旋转座椅47 图 5.5 调用男士人物模型.48 图 5.6 调用男士人物模型骨骼动画 .48 图 5.7 调用女士人物模型骨骼动画 .49 图 5.8 离开会议室在走廊浏览、漫游49 图 5.9 进入办公室浏览、漫游 .50 表 5.1 鼠标、键盘交互功能表 .46 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标 注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也
12、不包含为获得南京航空航天大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 论文选题背景 1.1.1 什么是虚拟现实 虚拟现实(Virtual reality) 技术, 简称 VR 技术, 是由美国 VPL 公司创建人拉尼尔 (Jaron Lanier) 在 80 年代初提出的, 也称灵境技术或人工环境。它综合了计算机图形技 术、多媒体技术、传
13、感器与测量技术、人工智能技术、网络技术以及仿真技术等多个 信息技术, 是近年来十分活跃的技术研究领域。 虚拟现实是指通过计算机构造出一个模拟现实形象的逼真模型，人与该模型可以 进行交互操作，并产生和现实世界中相同的反馈信息，使人们得到与真实世界中同样 的感受。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音 处理、音响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感 受的具有各种表现形式的多维信息。通过视、听、触觉等作用于使用者，对使用者的 控制行为做出动态的交互反应11。 最常见的虚拟现实分类标准是按照其功能高低来进行划分。 （1）桌面级虚拟现实系统（Des
14、ktop VR） （2）沉浸式虚拟现实系统（Immersion VR） （3）分布式虚拟现实系统（Distributed VR） （4）增强现实性虚拟现实系统。 桌面级虚拟现实系统是利用个人计算机和低级工作站实现仿真，计算机的屏幕作 为参与者或用户观察虚拟环境的一个窗口，各种外部设备一般用来驾驭该虚拟环境， 并且用于操纵在虚拟场景中的各种物体。由于桌面级虚拟现实系统可以通过桌上型机 实现，所以成本较低，功能也比较单一，主要用于计算机辅助设计 CAD、计算机辅助 制造 CAM、建筑设计、桌面游戏等领域13。 该论文所研究的内容为 3D 办公场所交互漫游系统，它是一个桌面级的虚拟现实系 统，在计算
15、机屏幕上显示该系统的环境和操作界面，并利用鼠标和键盘进行交流和交 互式的控制。 虚拟 3D 办公场所的构建及其交互功能的实现 2 1.1.2 虚拟现实的应用 网络三维可视化技术研究的重要性正在被越来越多的人所认识。1989 年，Turnerp 在北大西洋公约组织的支持下主持召开了第一个专门的 GIS 三维可视化会议，邀请了 世界相关学科的著名专家，共同为 GIS 三维可视化的研究重点、今后的发展方向和如 何与实际应用相结合等进行了探讨。此次会议的召开标志着地理信息三维可视化系统 的研究开始全面展开。此后，由于应用需求的推动和计算机系统性能的提高，GIS 三维 可视化逐渐成为研究热点。 在国内，
16、虽然 GIS 三维可视化技术的研究起步比较的晚，与国际水平还是有很大 的差距，但也取得了一定的成果。例如“数字奥运村” ，就是一个非常成功而且先进的 虚拟现实系统。坐在电脑前，移动着鼠标，整个北京城一览无遗，可以全方位预览北 京的宾馆饭店，可以查询虚拟公交来安排游览路线，数字奥运村还提供了网上虚拟奥 运图书馆和数字奥运博物馆功能。 从目前信息技术的发展来看，网络已经切切实实地进入了人们的生活、工作和学 习中，虚拟现实与网络的结合也日趋紧密和完善。由于网络与计算机硬件技术的发展， 虚拟现实系统也逐步走向网络化。典型的例子是美国的网络游戏“虚拟人生” ，在网络 上实现了虚拟现实系统的应用，在这个网络游戏里人们在一个三维的社区里进行交流。 美国各个大企业都在这个虚拟世界里投资打广告，有人称如果公司不在这个游戏里打 广告的话，将会被社会淘汰。这样绝对的说法不一定是对的，但却说明了虚拟现实技 术在网络上应用是大势所趋。 1.2 系统开发技术的选用 1.2.1 OPENGL OPENGL(Open Graphic Library)即开放性图形库，是最近几年
