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1、 天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕毕 业业 设设 计计专 业：教育技术学 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 讲师 天津职业技术师范大学本科生毕业论文天津职业技术师范大学本科生毕业论文可漫游的虚拟实验室场景的设计与制作可漫游的虚拟实验室场景的设计与制作-A-A 楼四楼实验室楼四楼实验室Design and Manufacture of Roaming Virtual Laboratory Scene-The fourth floor laboratory of A Building专业班级：
2、学生姓名： 指导教师： 讲师学 院：信息技术工程学院摘摘 要要虚拟现实（VR-virtual reality）,也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维，以全方位地
3、获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。本设计是一个基于 VEStudio 虚拟仿真平台的虚拟实验室系统，它要求实现虚拟现实中基本的场景建立和在场景中漫游，本程序建立场景所需的模型均在 3DS MAX 9 中建立，然后以 VEC 的格式导出。然后在 VEStudio 编辑环境下，为了让浏览者能快速观看场景可以在不同视角添加多个视点；通过添加动画可以使场景产生动态震撼的感觉；为了防止观察者从场景中的物体（如墙壁）中穿过或进入不可见的视角观察，必须为场景中所有的模型加上碰撞；最后在 VEStudio 浏览器中通过键盘和鼠标的移动来漫游观看该虚拟系统。关键词关键词: 虚拟现实；漫游；场景；交互控
4、制ABSTRACTVirtual Reality(VR-virtual reality),also known as virtual environment or ethereality,is one computer system which can create and experience the virtual world,it uses computer technology to generate a virtual environment,which contains visual, hearing,touching and other multi-feelings.Users
5、can use of a variety of interactive devices,to interact with the entities in the virtual environment,bringig interactive visual simulation of being personally on the scene and information exchanging,is one of advanced digital human-machine interface technology.Compared with traditional simulation te
6、chnology,its main features are:operators can truly enter an interactive 3D computer-generated virtual environment to interact and communicate with them.Through the interaction of participants and simulation environment,and by virtue of ones own perception and cognition of things to help inspiring pa
7、rticipants thought to widly access to a variety of spatial information and logical information implied the virtual environment. This design is one of virtual laboratory systems based on VEStudio virtual simulation platform,it requires a basic virtual reality scenes model and roaming in the scene,the
8、 procedures of this scene required for the establishment of buildings that were set up in 3DS MAX 9,then export by VEC format.Then in VEStudio editing environment,we can add some viewpoints in different visual angles in order to allow observers viewing the scene rapidly;By adding animations let scen
9、es coming into being dynamic and convulsional.A node of collision must be set up to prevent observer from wearing or entering impossible visual angle which cant be observed from object of scene.In the end,we can roam the virtual reality system through the movement of the keyboard and mouse in the VE
10、Studio explorer.Keywords: Virtual Reality; Roaming; Scene; Interaction control目目 录录1 引言12 设计工具32.1 3DS MAX 的介绍.32.2 Photoshop 介绍52.3 VEStudio 简介63 开发方案84 虚拟实验室 3D 建摸.124.1 创作思路和流程.124.2 虚拟实验室的模型制作.124.2.1 地板、墙体模型的制作124.2.2 门和窗户模型的制作154.2.3 风扇，日光灯，黑板和窗帘模型的制作164.2.4 电脑和电脑桌模型的制作194.3 虚拟实验室材质制作.234.3.1
11、地板材质制作234.3.2 其他相关材质制作244.4 虚拟实验室灯光设计和渲染.254.4.1 户外阳光制作254.4.2 室内灯光设计255 交互实现与测试275.1 交互设计概述.275.2 VRP 场景编辑275.2.1 工程文件的建立275.2.2 烘焙场景275.2.3 场景的导入305.2.4 VEStudio 场景模型编辑.325.2.5 VEStudio 场景打包.335.3 结果测试.346 创意和不足357 结 论36参考文献37致 谢381 1 引引言言虚拟现实就是以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的
12、方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，相互影响，从而产生如同真实环境的感受和体验。尽管该环境并不真实存在，但它作为一个逼真的三维环境仿佛就在我们四周。由于用户对计算机环境中的虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉，从而使得用户在计算机所创建的维虚拟环境中处于一种全身心投入的状态。从1962年，Morton Heilig发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所
13、梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备，我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。因为数字地球带给我们的是一个绚丽多彩的三维的世界!因此虚拟实验室是由多媒体计算机技术与仪器技术的结合构成了虚拟实验室实现的基础，使人们拥有自己实验室的幻想与愿望可以在计算机屏幕上通过场景式图形界面而得以“实现” 。虚拟仪器技术与认知模拟方法的结合也赋予虚拟实验室
14、的智能化特征，无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。不但为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持，还可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器。目前虚拟现实技术几乎是所有发达国家都在大力研究的前沿领域，它的发展速度也非常迅速。实际上基于虚拟现实技术的研究主要有虚拟现实技术与虚拟现实应用两大类。虚拟现实技术是一项投资大，具有高难度的科技领域，和一些发达国家相比，我国虚拟现实技术研究始于20世界90年代初，相对其他国家来说起步较晚，技术上有一定得差距，但已引起我国政府有关部门和科学家们的高度重视，并及时根据我国的国情，制定了开展虚拟现实技术的
15、研究计划。我国军方对虚拟现实技术的反战关注较早，支持研究开发的力度也非常大。同时，在国内一些重点高等院校和科研院所，也积极投入到了这一领域的研究工作，现在已经实现与正在研制的细腻现实系统也很多。虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。由于它生成的环境是类似现实的、逼真的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术将一改人机之间枯燥、生硬和被动的现状，将人们陶醉在流连忘返的工作环境之中。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛，几乎到了无所不包、无孔不入的地步，虚拟现实在诸多方面的应用和产业的形成都有强烈的市场需求和强大的技术驱动。权威人士断言，虚拟现实技术将是21世纪信息技术的代
16、表。它的发展，不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式，人们将在享受环境中工作，在工作中得到享受。2 2 设设计计工工具具2.12.1 3DS3DS MAXMAX 的介绍的介绍3D Studio MAX 是 Autodesk 公司推出的一套强大的三维建模软件,由于它方便易学，又因其相对低廉的价格优势,所以成为目前最为流行的三维建模软件。VR 系统要求实时动态逼真地模拟环境,考虑到硬件的限制和虚拟现实系统的实时性的要求,VR 系统的建模与以造型为主的动画建模方法有着显著的不同,VR 的建模大都采用模型分割、纹理映射等技术。目前 VR 中的虚拟场景的构造主要有以下途径：基于模型的方法和 IBR（基于图像的绘制）方法两种。这两种方法都可以在 3DS MAX 中加以实现和验证，下面具体展开加以说明。1）基于模型的构造方法。3DS MAX 的几何建模方法主要有多边形（Polygon）建模、非均匀有理 B 样条曲线建模（NURBS） 、细分曲面技术建模（Subdivision
