基于udk技术的虚拟博物馆仿真系统设计与实现毕业论文(编辑修改稿)

基于udk技术的虚拟博物馆仿真系统设计与实现毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

虚 拟博物馆仿真系统的设计 遵照方便展馆应用原则， 区别与其他平台的一个重要特性是能 够较为迅速地展示博物馆概况与 文物信息，并且具备自适应能力，即使 放大 也 不会出现失真的现象，更不会出现三维模型表面贴图和纹理 不清晰 的现象。 从而为馆内外研究人员与参观群众提供真实、清晰的三维立体图像，提高博物馆文物的研究与 教育 价值。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 第 四 章 虚拟博物馆 仿真系统 开发 实践 系统分析 通过项目的开发实践，制作出具有三维交互功能的 虚拟 博物馆仿真 系统，具体实现效果 如下： 1）淮安博物馆场景漫游子系统 进入该模块后，可在众多参观者面前 展示出与真实博物馆相差无几的虚拟博物馆。 该模块用三维虚拟功能，将博物馆建筑及馆藏进行一次实景复制，制作出完整的虚拟博物馆。 讲解员或者操作人员 可以在该虚拟博物馆中随意漫游，或者事先设定好一定的路径自动漫游，如图 41 所示。 图 41 虚拟漫游效果 2）淮安博物馆文物 信息查询 子系统 通过查询系统 ， 可将 与实体博物馆中相对应的文物展示在参观者面前，同时显示该文物 的详尽 信息 ，如图 42 所示。 图 42 文物信息查询子系统 3） 历史场景再现子系统 通过本系统，可以再现淮安不同历史阶段的著名场景，完成南船北马、镇 淮楼等景点的场景再现工作 ，如图 43， 44 所示。 第四章 虚拟博物馆仿真系统开发实践 9 图 43 再现的阁楼与雕塑 图 44 再现的历史场景 系统 开发流程 随着虚拟博物馆技术研究的日益深入和广泛 ,对虚拟场景的真实感和沉浸感都提出更高的要求。 为解决上述问题 ， 本文提出一种新的虚拟博物馆系统开发解决方案 ，总结出 虚拟博物馆 系统的开发流程 （如图 45 所示） ，方便各子系统的统一规划以及项目的后期 功能和规模的拓展。 图 45 虚拟 博物馆技术开发 流程图 创建模型 、贴图 简易动画制作 导出物件与动画 设计三维交互 虚拟产品的发布 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 本项目 采用 Unreal3 引擎构建虚拟博物馆的流程 ， 通过三维建模、 UV 贴图、法线贴图、虚拟场景构建、实时布料动画、脚本程序设计等手段 ， 实现整个博物馆的自动游览和交互漫游。 通过虚拟 博物馆仿真系统 的 项目实践 ， 本方案达到照片级别的实时渲染效果 ， 并且给用户带来良好的互动体验 ， 具备产业化应用价值。 虚拟博物馆系统的实现方法 基于虚拟现实技术的淮安博物馆数字化仿真平台主要由淮安博物馆场景漫游子系统、文物信息查询子系统和历史场景再现子系统组成，不同系统采取不同的研究试验方法和技术路线予以实现， 最终所有系统将利用淮安市博物馆门户网站整合为一个面向公众开放的虚拟展示平台， 现将 各模块的具体研究和实验方法作以简要介绍。 博物馆场景漫游子系统 博物馆以《国家历史文化名城》大型基本陈列为特色，主要包括主体建筑和周边场景，其中主体建筑由一楼会议室、二楼办公室和三、四楼展厅组成，周边场景则包括树木、停车场、警卫室和户外文物等。 本系统采用 AutoCAD、 3DS MAX、Maya、 ZBrush、 Photoshop、 BodyPainter等工具构建三维场景，利用 UDK实现场景漫游。 具体工作步骤包括三维建模 及贴图、 UDK虚拟场景制作、实时布料动画、自动漫游制作、交互漫游实现等。 （ 1） 博物馆场景创建 本系统主要采用 3DS MAX 工具进行场景建模工作。 为了让 3DS MAX单位与引擎单位比例一致，首先通过 3DS MAX 的“ Customize” “ Units Setup”菜单项打开单位设置对话框，将系统显示单位设置为“ Generic Unit”，其次在 3DS MAX 的“ Snaps Toggle”工具条上单击鼠标右键，在弹出的“ Grid and Snap Settings”对话框的“ Home Grid”参数下，将“ Grid spacing”值设为 16，将“ Major Lines Every Nth Grid Lines”值设为 8，如图 46所示。 图 46 3DS MAX单位设置 第四章 虚拟博物馆仿真系统开发实践 11 在 UDK中， 6英尺的人物高度为 96单位，从而可以得出 UDK中 1单位约等于 2厘米，以此作为尺寸依据，参照 CAD图纸，最终制作的博物馆外馆场景如图 47所示，这里采用了 3DS MAX的多边形建模技术，整个场景多边形面数为 3516个，三角形面数为 6953个。 图 47 博物馆外馆场景线框图 （ 2） 具体文物模型及贴图 制作 具体的出土文物，如马车、陶器等，在建模时主要采用 Maya、 Photoshop和ZBrush工具，其中 Maya工具用于根据数码照片创建文物模型， Photoshop工具用于制作模型贴图及法线贴图， ZBrush工具用来增加模型的细节效果和映射法线。 模型及贴图制作流程包括制作三维模型、展开模型 UV、绘制模型贴图、制作法线贴图等几个步骤。 UDK制作虚拟场景 本系统利用 UDK的场景编辑器及 PhysX物理引擎完成场景及特效制作。 （ 1） 场景设计 利用 UDK的内容浏览器组件可以导入博物馆数字资源，其基本步 骤为： 1)在 UDK的菜单上选择“ View” “ Browser Windows” “ Content Browser”，打开内容浏览器； 2)点击内容浏览器的 Import按钮，导入利用 3DS MAX、 Maya、 Photoshop等制作的静态模型及贴图信息； 3)利用材质编辑器，将 UV贴图及法线贴图组合为模型材质，如图 48所示； 4)在静态模型编辑器中，通过设置“ LodInfo”属性的“ Elements”项，将材质赋予模型信息； 5)通过场景编辑器，依照文物在博物馆中的实际摆放位置设计虚拟场景； 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 6)添加平行 光、太阳光、镜头光晕、大气等效果，完成场景设计。 图 48 材质编辑器 （ 2） 特效制作 实时布料动画 为了加强场景漫游的真实感，本系统利用 Maya骨骼动画和 UDK的布料系统制作了实时飘动的红旗效果，具体方法为： 1)利用 Maya制作红旗骨骼及基本动画； 2)利用 UDK提供的 ActorX插件将红旗骨骼导入到 UDK的动画编辑工具，并设置“ Cloth Bones”、“ Enable Cloth Tearing”等属性 ，如图 49所示 ； 图 49 骨骼动画编辑器 3)利用 Photoshop制作带 Alpha通 道的红旗贴图，并利用 UDK的材质编辑器制作红旗材质； 4)将材质与 Maya中的骨骼动画相关联； 5)在相关场景中添加带有骨骼动画的模型，并设置 Cloth面板中的“ Cloth 第四章 虚拟博物馆仿真系统开发实践 13 Awake On Startup”、“ Cloth Wind”、“ Enable Cloth Simulation”等属性，布料模拟效果如图 410所示。 图 410 实时布料动画效果 自动漫游通过 UDK的 Matinee编辑器实现，具体实现过程为： 1)向场景中添加摄像机； 2)打开 UDK的脚本代码工具 Kimset，并添加 Matinee编辑器； 3)双击 Matinee编辑器，在编辑界面中添加 Camera控制组，并通过关键帧记录摄像机的位置变换，利用线性插值运算实现平滑动画； 4)通过添加音轨为漫游过程添加解说词，如图 411所示； 5)通过添加摄像机控制类，实现摄像机的运行； 6)通过 AmbientSoundSimple类，为场景添加背景音乐。 图 411 自动漫游路径编辑 4． 交互漫游功能实现 交互漫游中需要解决的问题有碰撞检测、事件触发、用户 UI、界面 HUD的显示等。 （ 1） 碰撞检测 如果场景结构复杂，物体较多，可以通过 UDK构建静态物体包围盒来简化物体之间的碰撞检测。 具体方法为，在 UDK的静态物体编辑器的菜单中，通过“ Collision”菜单设置不同级别的碰撞检测，如图 412所示。 对于复杂场景，在利用 3DS MAX等建模工具导出为 UDK支持格式时，应拆分为不同物体导出，而后在淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 场景编辑器中重新组合。 图 412 UDK支持多个级别的碰撞检测 （ 2） 事件触发 UDK中的事件触发组件包括自动触发、交互触发等多种类型，可根据不同情况设置不同的触发类型，从而带给用户良好的交互体验。 例如， 在场景的入口和出口处应用自动触发器，可以实现多个虚拟场景的切换；对需要解说的文物应用自动触发器，到用户走近文物时，可以自动触发对文物的解说，类似现实场景的红外感应；对需要用户进一部了解的文物应用交互触发器，可以利用 UI界面显示文物等级、出土时间、文物描述等信息。 在 UDK中，事件触发范围为圆柱体区域，可以通过设置圆柱体的高度和半径来修改事件触发范围，如图 413所示。 图 413 事件触发及其包围盒 （ 3） 用户操作菜单 可以利用 UDK的 UI编辑器实现系统菜单功能，通过 P。