虛擬場景漫游技術(shù)分析及系統(tǒng)實現(xiàn)路徑探索

李培

摘要：虛擬場景技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)關(guān)鍵組成成分之一，怎樣在三維的虛擬場景內(nèi)實現(xiàn)出現(xiàn)實時的漫游，作為系統(tǒng)較好的重要組成部分，如何在三維虛擬場景中實現(xiàn)實時漫游，這是系統(tǒng)良好交互性的基礎(chǔ)。基于此，本文將主要分析虛擬場景漫游技術(shù)及系統(tǒng)實現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù);虛擬場景漫游技術(shù);系統(tǒng)實現(xiàn)路徑

中圖分類號：G424? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0183-02

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

虛擬現(xiàn)實場景的漫游技術(shù)有真實建筑場景虛擬漫游以及虛擬建筑場景類虛擬漫游，設(shè)計與實現(xiàn)模式有：基于多邊形類直接繪制模式、場景模型導入模式以及基于圖像繪制模式。虛擬場景漫游技術(shù)可以運用在城市規(guī)劃、藝術(shù)、娛樂以及教育等各個層面上，也可以運用在工業(yè)仿真制作、實驗室以及城市三維仿真漫游等各種行業(yè)中。

1 虛擬技術(shù)與虛擬場景漫游技術(shù)

19世紀50年代美國研發(fā)出被命名為Sensorama的仿真摩托車，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)的大門開啟，在20世紀80年代初期，虛擬技術(shù)被正式地提出，到20世紀90年代的后期階段，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)從原本的研究發(fā)展階段逐步地轉(zhuǎn)變?yōu)檫\用階段，被廣泛地運用到技術(shù)、房地產(chǎn)、醫(yī)學、軍事以及設(shè)計中，給國家?guī)砹溯^多的經(jīng)濟效益。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)被國民廣泛地運用到各種領(lǐng)域之中，已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用與驗證，具有較強的可使用性。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)亦可以被稱作為靈鏡類技術(shù)，賽博空間以及虛擬仿造環(huán)境等主要應(yīng)用的就是相關(guān)的計算機技術(shù)以及較為高科技的信息技術(shù)促使實現(xiàn)機器與人的互動，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)⒄鎸嵉膱鼍霸谔摂M的環(huán)境之中展現(xiàn)出來，讓國民在虛擬的環(huán)境中擁有真實的聽覺視覺以及觸覺[1]。在國民生活與工作的過程中，尤其是對科學技術(shù)進行研究的時候，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能將真實世界具有的色彩與實物真實地還原出來，促使虛擬現(xiàn)實技術(shù)使用者能夠有設(shè)身處地的感覺，從而為虛擬的操作提供技術(shù)的可支持性，還可以顯著地提升工作與研發(fā)技術(shù)的效率和質(zhì)量。將工作與生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)所需要運用到的物力資源，人力資源以及財力資源顯著降低。虛擬現(xiàn)實技術(shù)會涉及社會心理學，傳感器中的信息技術(shù)中，計算機的圖形學中，護理與治療環(huán)節(jié)中，動力與光學環(huán)節(jié)中，涉及的學科領(lǐng)域相對較多。該項技術(shù)的研發(fā)為國民的生產(chǎn)生活提供了不竭的動力，促使國家的經(jīng)濟與科學技術(shù)能夠大幅度地提升。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠真正地實現(xiàn)人機交互、信息轉(zhuǎn)換。虛擬場景漫游作為最常見類別的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用，隸屬于視景仿真范疇之中，視景仿真技術(shù)作為計算機仿真技術(shù)中關(guān)鍵組成成分之一，作為多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、顯示技術(shù)、圖像生成與處理技術(shù)以及信息合成技術(shù)等綜合性技術(shù)[2]。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)路徑

2.1 虛擬場景構(gòu)建和優(yōu)化

1）實體模型：可以將該類模型分為：動態(tài)模型與靜態(tài)模型，其中的靜態(tài)模型主要包含：建筑模型與自然模型，具體包含：地質(zhì)模型、地形模型、水工結(jié)構(gòu)模型、機械設(shè)備與公路鐵路的模型等。其中的動態(tài)模型主要包含：生產(chǎn)操作人員與機械操作人員。

2）相機模型：用戶能夠在各個場景之中與真實的場景進行交互，與此同時，還可以將漫游的數(shù)據(jù)信息進行精準的記錄，從而以便于相關(guān)人員對場景進行控制與回放，在對工程進行管理的時候，有數(shù)據(jù)信息可循。

3）天氣模型：主要是運用粒子系統(tǒng)、天空球以及光暈等各項技術(shù)，將工程的場景進行構(gòu)造，布置白天、霧天以及夜晚等不同的天氣景觀[3]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)下三維的虛擬場景布置

也就是運用虛擬的網(wǎng)絡(luò)平臺，把工程中的實際場景，運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將其制成三維的虛擬化場景，在網(wǎng)絡(luò)的背景之下，該類場景將會擁有與和單機版統(tǒng)一性的功能系統(tǒng)，用戶可以從互聯(lián)網(wǎng)上，對三維場景中的數(shù)據(jù)信息進行瀏覽和交互，技術(shù)具有的功能與特征如下：

1）擁有Web3D中最高清的畫質(zhì);

2）可以對大的場景實施動態(tài)的控制與調(diào)度，雖然運用低端的硬件設(shè)備，但是其具備的兼容性相對較好;

3）可以對系統(tǒng)內(nèi)的腳本進行編程;

4）可以在系統(tǒng)的窗口內(nèi)嵌入視頻、FLASH、網(wǎng)頁以及圖片等;

5）可以對實際的場景進行逼真地模擬，其中的亮點就是對海水進行模擬。

6）可以對屬性進行查詢，與數(shù)據(jù)庫相連接;

7）可以運用地圖導航，亦可以使用指南針[4];

8）可以手動漫游、自動漫游，系統(tǒng)內(nèi)具有的漫游數(shù)據(jù)信息可以自動地進行保存;

9）可以實施剛體動畫、骨骼動畫以及肉體動畫;

10）能夠運用高效率、高精準度的碰撞檢測模式對數(shù)據(jù)信息進行計算;

11）各種的交互設(shè)備都可以支持，將環(huán)幕進行投影以及立體投影。

2.3 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下系統(tǒng)功能開發(fā)

虛擬現(xiàn)實P的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)平臺可以運用多種計算機的編程語言，在各種語言的環(huán)境之下進行使用，具有較強穩(wěn)定性與安全性開發(fā)的環(huán)境有：VB、VC、C++、DELPHI、JSP、VS.NET 等。操作人員可以把虛擬現(xiàn)實P三維中的顯示窗口將其嵌入在系統(tǒng)之中，促使系統(tǒng)具有三維的瀏覽功能。虛擬現(xiàn)實P-SDK系統(tǒng)經(jīng)常運用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有：MySQL、Access、Oracle以及SQL Server對數(shù)據(jù)信息進行連接對數(shù)據(jù)進行嚴格的查詢[5]。

運用該項技術(shù)能夠?qū)ο到y(tǒng)進行開發(fā)，能夠有效地實現(xiàn)：

1）將顯示三維的窗口嵌入系統(tǒng)之中，運用用戶的系統(tǒng)將現(xiàn)場的三維場景進行還原;

2）運用系統(tǒng)對工程中的窗口進行動態(tài)的控制，例如，改變?nèi)S模型的狀態(tài)等;

3）運用事件調(diào)回系統(tǒng)調(diào)機制把客戶端中對三維場景進行操作的指令進行調(diào)出，例如，點擊鼠標等模式，將數(shù)據(jù)信息傳送到系統(tǒng)之中，相關(guān)的技術(shù)人員對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進行精準的處理，確保數(shù)據(jù)信息處理的靈活性，運用模擬的途徑，完成各項指令與操作[6]。將傳來的數(shù)據(jù)運用核心接口處進行顯示，將干擾數(shù)據(jù)信息的各種因素適當?shù)匿秩?，精準地對?shù)據(jù)信息進行分析，從而對工程完成仿真的操作。

3 虛擬場景技術(shù)的運用

3.1 城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)的運用

虛擬場景技術(shù)能夠被較為廣泛地應(yīng)用在城市規(guī)劃層面上。虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的互動性以及沉浸感，能夠為客戶帶來逼真和強烈的視覺沖突，促使其能夠有身臨其境的感受。還可以運用數(shù)據(jù)接口實時地對虛擬環(huán)境內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)資料進行獲取，以便于復雜大型的工程施工，設(shè)計、規(guī)劃、審批、投標以及管理等各個流程中，促使管理和設(shè)計工作人員對各類規(guī)劃設(shè)計方案能夠進行不斷的完善和評審，規(guī)避在設(shè)計過程中出現(xiàn)風險，促使工程建設(shè)的質(zhì)量和經(jīng)營效率顯著提升。運用虛擬場景技術(shù)可以將建筑的三維性場景展現(xiàn)出來，項目工程人員可以對工程進行細致的審視[7]。

3.2 在娛樂、藝術(shù)的應(yīng)用

3D顯示環(huán)境促使虛擬現(xiàn)實已然成為視頻游樂的主要工具。因為，娛樂層面上對虛擬現(xiàn)實中的真實感要求不是特別高。所以，近幾年虛擬現(xiàn)實在娛樂和藝術(shù)層面上突飛猛進。例如，芝加哥研制出第1臺的大型可供多個人運用的虛擬現(xiàn)實娛樂系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主題就是有關(guān)3025年的未來戰(zhàn)爭。英國也研發(fā)出一種虛擬現(xiàn)實的游戲系統(tǒng)，其中配有hmd，顯著地提升了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所帶來的真實感。在1992年，一臺被稱作是 legal quest系統(tǒng)由于在該種系統(tǒng)內(nèi)添加了人工智能，使得其具有較強的自學功能，能夠顯著的提升系統(tǒng)，具有的難度和趣味性，該系統(tǒng)在1992年獲得了最佳的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品獎。加之，在家庭娛樂層面上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也有較好的運用前景。作為傳輸顯示各種虛擬現(xiàn)實的媒體技術(shù)，在藝術(shù)領(lǐng)域上的作用不可估量，虛擬現(xiàn)實具有較強的交互性和臨場參與感，促使靜態(tài)的雕刻油畫等藝術(shù)作品能夠轉(zhuǎn)成動態(tài)作品，就是觀賞者可以較好地對藝術(shù)的思想理念和創(chuàng)作手法進行觀賞價值，虛擬現(xiàn)實能夠顯著的提升藝術(shù)表現(xiàn)能力，例如，音樂家可以依照虛擬的各類樂器進行演奏[8]。

3.3 實踐課程中的運用

搭建虛擬現(xiàn)實場景漫游平臺對于實踐課程，線上教學中學生無法接觸到教學用具。目前學生大多使用手機玩網(wǎng)絡(luò)游戲，虛擬現(xiàn)實平臺的搭建可以有效提高學生的學習興趣，學生在虛擬現(xiàn)實平臺操作更加直觀，同時在操作過程中學生能夠及時得到操作提示，對于不符合操作規(guī)程的學生，系統(tǒng)會自動記錄形成錯題集。一方面有利于學生在下一次的學習中記住操作規(guī)程，另一方面教師在后臺可獲取學生錯誤率高的操作步驟，得到有效教學反饋。通過虛擬現(xiàn)實平臺開展教學，學生已經(jīng)初步獲得實踐課程操作規(guī)程。后期線下課堂中學生能夠按照規(guī)程實操設(shè)備，提高了學校效果，減少了學生錯誤率[9]。

4 結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為新型科學技術(shù)仍然存在較多的問題。例如，計算機設(shè)備生成虛擬環(huán)境的時候，技術(shù)操作工作人員對設(shè)備頭部進行轉(zhuǎn)動之后，計算機設(shè)備就需要更新三維圖像.由于對圖像數(shù)據(jù)更新的過程中，數(shù)據(jù)量過大導致計算機沒有辦法實時地進行運算，出現(xiàn)系統(tǒng)滯后的狀況。加之，虛擬現(xiàn)實設(shè)備在運用的過程中出現(xiàn)的視覺信號和人體感覺存在較大的差異，經(jīng)常會導致使用者出現(xiàn)眩暈和頭痛等狀況。但是，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還有較大的發(fā)展?jié)摿?，急需技術(shù)研究人員對技術(shù)不斷升級和完善，從而促使我國各個領(lǐng)域都能夠廣泛運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，保障工作效率。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】