基于VRML虚拟现实技术的复杂场景构建技术分析作者：陈亮来源：《云南教育·高等教育研究》2012年第01期
摘要：随着网络技术和硬件设施的飞速发展，虚拟现实技术已经成为未来数字化社会的主流技术。本文首先讨论了虚拟现实场景的构建过程，然后针对场景范围大、复杂度高的虚拟场景构建过程中不同阶段的关键技术进行探讨，包括模型优化、LOD技术、交互动画、视点绑定等，并以虚拟住宅小区为例，提出最佳的可行性方案。
关键词：VRML 虚拟现实技术 复杂场景 构建流程
虚拟现实技术(Virtual reality technology)是20世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术。建立虚拟场景的目的就是为了展示现实生活，使人达到身临其境的效果，而现实生活中有许多细节部分，这就需要构建复杂度较高的虚拟场景，但随着复杂度的增大，浏览速度必然受到一定的影响，实时交互性往往受制于场景的复杂度。目前大规模复杂场景的快速浏览是虚拟现实、三维交互设计等许多重要应用的底层支撑技术，也是诸多研究领域面临的一个基本问题。
本文就复杂场景——虚拟小区进行探讨，对构建流程中的关键技术逐个分析，对场景进行简化和优化，实现场景的实时交互和快速浏览，这对住宅小区的设计和规划具有重要的意义。
1 复杂场景的构建流程
目前，对于虚拟场景的制作没有统一的流程，本文根据个人的制作经验总结出复杂场景的构建流程，共四个阶段，八大步骤，2 关键技术分析--以虚拟住宅小区的构建为例
2.1 虚拟场景整体设计
在对虚拟场景进行设计前，必须对虚拟住宅小区的整个场景进行规划，合理的规划对以后的构建流程具有重要的意义。设计者将该住宅小区场景分为居民住宅区和生活区两部分。住宅区有别墅区和公寓区（小户型和大户型）构成，生活区由超市、餐厅、健身房和公园四部分构成。在进行虚拟空间的浏览参观时，参观者可以与某些物件进行实时交互的互动操作，如：感应门、水龙头开关，电气设备的使用等。将大的场景分为多个相对独立的小场景，通过虚拟现实建模语言（Virtual Reality Modeling Language，简写为VRML）中的ANCHOR节点来实现各场景之间的连接和转换。2.2 模型制作
2.2.1 3D模型
规划完后即可根据其内容建立所需模型。首先开始分析建筑物的外形特性，主要是建筑物的曲面及规则性，并绘制出草图。由于在建模时，要保持建筑物的比例协调性，保证模型放入场景后不会产生变形失真，而对于规则性的模型如窗户都是大同小异，则可建立一个原型后重复使用，因此，可根据模型的构建要求，再将其分解成较小的单位模型。
在分解模型时，要尽量保持模型的独一完整性，以减低将来组合时的差异，这是因为物件之间会有碰撞性，如果两个物件必须要互相穿透才能接合，会产生不可预期的显现结果。此外，将来组合后会被隐藏的面要事先删除，以免由于物件的碰撞性，使物件组合后，在物件之间产生细缝，反而使得这些隐藏的面被显示出来，造成不正确的建筑物外观。
虽然VRML虚拟现实建模语言提供了完善的建模节点，但要建造复杂的三维实体，其工作量还是巨大的，因此可使用常用的3D软件进行建模，如3DMAX、Pro/E、UG等。本设计利用3DMAX来建立模型，再导出VRML格式的*.wrl文件，最后在VRML编译环境下进行优化，这样，既保证了模型的逼真性，又提高了系统的开发效率。
2.2.2 贴图
模型建造完成后，为了保证一定的真实性，常用一些简单的框架来代替复杂模型，可采用贴图的方式来弥补视觉上的不足，主要涉及以下两种技术。
（1）透明纹理映射技术。透明纹理的应用大致可以归纳为两类：①如桥梁的栏杆、车站的站牌等，其自身的厚度可以近似为零，即从它们的侧面看，只是一个单面，对于这类透明纹理处理比较简单，直接映射上去即可；②如树木、路灯、雕塑等本身的厚度不可忽略，即从任何角度看，都应该出现一个类似柱体的透明纹理。对于这类物体的处理比较麻烦，需使用公告牌（Billboard）技术。
公告牌使用布告板节点，可固定于某一点，绕一轴或点旋转的多边形，允许在场景中使用二维图像来模拟三维造型并旋转，始终面对观测者。既可以节省大量的资源，提高速度，又不影响真实效果。例如树木的制作，如果用实体模型去模拟，可能一棵树就要好几千个面片；如果采用Billboard技术，只需要一个面就可以了，效果还可以。但其缺点是，如绕着Billboard的面快速转动，可以看出这个面在转动，从高空看效果不理想。
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