室内环境三维虚拟实时交互定制_毕业论文(编辑修改稿)

室内环境三维虚拟实时交互定制_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

障安全和有利于人们的身心健康作为室内设计的首要前提。 人们对于室内环境除了有使用安排、冷暖光照等物质功能方面的要求之外，还常有与建筑物的类型、性格相适应的室内环境氛围、风格文脉等精神功能方面的要求。 由于人们长时间地生活活动于室内，因此现代室内设计，或称室内环境设计，相对地是环境设计系列中和人们关系最为密切的环节。 然而，人们生活节奏的加快，很多时候不能亲身到楼房现场看房 ，但互联网的普及正好弥补了这个不足处。 现在，有很多的事情可以在网上完成。 比如：网上传送邮件（ EMail）、网络电话、网络视频，甚至日渐成熟的网上交易。 要实现网上交易，首先要把商品呈现在消费者面前，不论是以文字、图片或是视频的形式。 然而，不论是视频还是图片，都有共同的缺陷：消费者不能按自己的意愿来查看所需商品。 这是网络交易的一大硬伤，因为 受 HTML 的限制， WWW 网页只能是平面的结构 ， 就算 JAVA 语言能够为网页增色不少， 但也仅仅停留在平面设计阶段，而且实现环境与浏览者的动态交互是非常繁琐的。 然而， VRML 的出现，让世界从显示器上“跳”了出来， 创造 了 一个可进入、可参与的世界。 Ⅱ 国内外研究现状 互联网的普及对各行业都带来了巨大的发展意义。 现在很多的交易都是基于互联网平台进行的。 然而 熟悉 WWW 的人都知道，受 HTML 的限制，网页只能是平面的结构，就算 JAVA 语言能够为网页增色不少， 但也仅仅停留在平面设计阶段，而且实现环境与浏览者的动态交互是非常繁琐的。 VRML 创造的是一个可进入、可参与的世界。 你可以在计算机网络上看到一幅幅生动、逼真的三维立体世界，你可以在里面自由的遨游。 VRML 是一种国际标准，其规范 由国际标准化组织 (ISO)定义，MIME 类型为 xworld/xvrml，它的表现与操作系统平台无关。 由于 的种种限制， 的产生也就是不可避免的。 只能创建静态的 3D 景物。 因此虽然能用 来建立用户的虚拟代表，它们却不能做其他任何事情。 但是，西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 2 页 能够改变这一点，它增加了行为，可以让物体旋转、行走、滚动、改变颜色和大小。 比较起来， 比 有了长足的进步，其巨大的改变，正如当年 MicroSoft 公司的 Window95 比之 的进步。 VRML 发展已经成为新的国际标准 X3D，它在 VRML 的基础上做了很多改动。 X3D 是一种支持 XML 编码格式的开放式 3D 标准 ,3D 数据可以通过网络实现实时交流，具有可移植性，页面整合性，易于和下一代的网络技术整合，另外采用了组件化结构设计减少了系统资源的占用且具有很强的扩展性。 如今，在国外 VRML 已经广泛应用于生活、生产、科研教学、商务甚至军事等各种领域，并取得了巨大的经济效益。 VRML 给我们带了个一个全新的三维世界，让我们的互联网不再仅仅停留在平面上，它使这个虚拟的世界动了起来，而且不光 是他自己能动，我们还可以让他按照我们的意志动。 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。 自 1962年，美国青年（ 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。 在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。 重大的发展过程如下： VRML 开始于 20世纪 90 年代初期。 1994 年 3 月在日内瓦召开的第 一届 WWW 大会上，首次正式提出了 VRML 这个名字。 1994 年 10 月在芝加哥召开的第二届 WWW 大会上公布了规范的 标准。 可以创建静态的 3D 景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。 它只有一个可以探索的静态世界。 1996 年 8 月在新奥尔良召开的优秀 3D 图形技术会议 Siggraph39。 96 上公布通过了规范的 标准。 它在 的基础上进行了很大的补充和完善。 它是以SGI 公司的动态境界 Moving Worlds 提案为基础的。 比 增加了近 30 个节点，增强了静态世界，使 3D 场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997 年 12 月 VRML 作为国际标准正式发布， 1998 年 1 月正式获得国际标准化组织 ISO 批准（国际标准号 ISO/IEC147721:1997）。 简称 VRML97。 VRML97 只是在 基础进行上进行了少量的修正。 但它这意味着 VRML 已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999 年底， VRML的又一种编码方案 X3D 草案发布。 X3D 整合正在发展的 XML、JAVA、流技术等先进技术， 包括了更强大、更高效的 3D 计算能力、渲染质量和传输速度。 以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 3 页 2020 年 6 月世界 web3D 协会发布了 VRML2020 国际标准（草案）， 2020 年 9月又发布了 VRML2020 国际标准（草案修订版）。 预计将在 2020 年，正式发表 X3D标准。 及相关 3D 浏览器。 由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D 协会其组织包括各种 97 家会员公司。 主要公司如下： Sun、 Sony、 Hp、Oracle 、 Philips 、 3Dlabs 、 ATI 、 3Dfx、 Autodesk /Discreet、 ELSA、 Division、MultiGen、 Elsa、 NASA、 Nvidia、 France Tele 等等。 其中以 Blaxxun 和 ParallelGraphics 公司为代表，它们都有各自的 VR 浏览器插件。 并各自开发基于 VRML 标准的扩展节点功能。 使 3D 的效果，交互性能更加完美。 支持 MPEG， Mov、 Avi 等视频文件， Rm 等流媒体文件， Wav、 Midi、 Mp Aiff等多种音频文件， Flash 动画文件，多种材质效果，支持 Nurbs 曲线，粒子效果，雾化效果。 支持多人的交互环境， VR 眼镜等硬件设备。 在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。 并各自为适应 X3D 的发展，以 X3D 为核心，有 Blaxxun3D 等相关产品。 在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以 VRML 标准为核心的技术具有独特的优势。 Ⅲ 本文研究的主要内容、目标与方法 本文主要以西南交大犀浦校区 X5112 教室为 原型进行设计和改造。 对 X5112 进行三维虚拟定制，包括外观，布局和灯光等等。 对模型进行了推门，开窗和试点导航等动作的编程。 目标就是使观看者有身临其境的感觉，使观看者能对房屋进行各方面的了解，并根据自己的需求进行定制。 虚 拟程序的模型是通过 3DSMAX 进行初期模型建立，在 VRML 进行程序设计，力求能达到最好的实际效果。 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 4 页 第 1章 X5112 模型建立 通过对 X5112 的参观拍照后，用 3DSMAX 对其进行模型建立。 主要包括墙壁、窗户、门、灯和展柜等。 以 .VRL 格式导出后用 VRML 进行编程。 外型设计 整体 X5112 外型根据教室的照片及长度估算得来。 整体跟普通教室是一样的，为长方形。 用 3DSMAX 建模时以实际为标准进行模型建立。 墙壁和门都是用 box 来完成，灯和灯吊线则是用 cylinder 来表现。 为了符合实际的比例，在 3DSMAX 里，模型的长度为 172，宽为 130，高度则为 38。 整体外观造型如图： 图 11 X5112 实验室初始外观 模型 内部模型包括黑板、柱子、展柜和灯。 在 3DSMAX 建模时，天花板的模型被放在最后一步来完成， 以便于对内部环境的建模。 内部环境主要是由展柜构成，展柜一共两组，每组两排。 两组展柜有不同尺寸和模型。 展柜 由 box 构成。 展柜 第一组展柜靠门 放置 ， 有两排，每排 5 个展柜，一共 10 个。 每个展柜由玻璃橱窗和展柜座构成，他们长宽高参数分别为： （ 18， 5， 15） （ 18， 5， 3）。 完成后如图所示： 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 5 页 图 12 靠门组展柜 初始 模型 第二组展柜 靠窗 布置 ， 有两排，每排 10 个展柜，一共 20 个。 每个展柜由玻璃橱窗和展柜座构成，他们长宽高参数分别为：（ 12， ， 12）（ 12， 5， 6），完成后如图所示： 图 13 靠窗组展柜 初始 模型 灯 灯由 4 个部分组合而成，包括灯管、灯盖、隔板和吊绳。 其中灯管是半径为 ，长度为 的圆柱体（ cylinder），灯盖是一个 长方体（ box），其长宽高分别为 135， ，隔板也是长方体，其长宽高分 别为 3， ， ，吊绳是圆柱体，半径为 ，西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 6 页 高度为 10。 完成后如图所示： 图 14 日光灯模型 门 按照实际情况， 该模型分为前后门，都是左右双开的两扇门。 前后门是同样的模型，门由长方体构成，一共四扇门，参数一样，长宽高分别为 7， 1， 23。 与门框是无缝切合。 完成后门的 初始 模型如图： 图 15 门 初始 模型 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 7 页 窗户 实验室 的 窗户 一共八扇，每扇 尺寸 都相同。 由 4 个长方体组成窗户的框架，上下两个模型一样，长宽高分别为 ， 1， 1，左右两个模型一样，长 宽高分别为 1，1， 14，一个长方体作为玻璃的部分，长宽高分别为 ， ， 12。 完成后模型如下 图 ： 图 16 窗户初始模型 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 8 页 第 2章 模型 真实感处理 3DSMAX 建模后，每个单元有不同的颜色， 为了 使 实验室 模型看起来 更 逼真，先把模型的各个单元改成符合实际的颜色，再通过贴图来达到模型的真实化。 模型颜色的修改 3DSMAX 导出的模型自带随机颜色。 在 VRML 里 用程序表示出来 ，例如： DEF Box01 Transform { translation 0 0 0 children [ Transform { translation 0 16 0 children [ Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor } } geometry Box { size 3 32 104 } } ] } ] } 程序中定义模型颜色的语句为 diffuseColor。 VRML 的颜色是一个RGB（红 _绿 _蓝）色彩三元组，上面程序中的制定的颜色参数 是三元组的每个组员的浮点数，各个组员之间用空格分隔开。 通过修改所有模型的颜色参数之后，以达到修改整个模型颜色的目的。 程序中的窗户是通过 transparency 来达到透明的效果。 material Material { diffuseColor transparency 1 西南交通大学本科 毕业设计 (论文 ) 第 9 页 } 模型的贴图 VRML 程序可以通过在原有模型表面贴图来模拟真实环境。 其中 ImageTexture节点是用来进行纹理映射的最普通的节点。 利用这个节点，提供 JPEG、 PNG 或 GIF格式贴图文件的 URL， VRML 浏览器从这些文件中取出纹理贴图，并将其用于造型。 ImageTexture 节点说明了映射属性，并可以作为 Appearance 节点的 Texture 域的值。 程序中，贴图用到程序： DEF image_01 Transform { children [ Transform { translation 0 16 0 children [ Shape { appearance Appearance { material Material {} texture ImageTexture { urlimage\ } }。