核心期刊論文表基于Multigen Creator的三維數(shù)字模型的研究
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摘要：虛擬現(xiàn)實技術和GIS技術的結合是實現(xiàn)“數(shù)字校園”的關鍵技術之一，而三維虛擬校園對學校的管理提供了直接的表現(xiàn)形式。本文利用Multigen Creator軟件，結合GIS技術，以蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院為例，研究了在Multigen Creator平臺上構建虛擬現(xiàn)實模型的過程和關鍵技術。
關鍵詞：數(shù)字校園,三維模型,GIS,Multigen,Creator
1 概述
虛擬現(xiàn)實指的是利用計算機產生一個逼真的三維環(huán)境，用戶可通過傳感設備進入到該環(huán)境，自然的觀察環(huán)境，通過人機交互產生身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實與GIS 技術相結合是虛擬現(xiàn)實技術的一項重要的應用，也是實現(xiàn)“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”等的關鍵技術之一。目前，隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，很多學校建立起了數(shù)字化平臺。我們通過三維虛擬校園可以直觀的了解校園，可以使我們全面的了解校園的布局，并可進行交互式的查詢。對于一所學校而言，三維虛擬校園有助于提高學校的形象，這對大學的全國范圍招生有很大的幫助。另外，三維虛擬校園的直觀性，可使管理者對校園信息、校園規(guī)劃、建設等進行全局的掌控。
本論文所采用的Creator軟件是美國Multigen公司的新一代實時仿真建模軟件，區(qū)別于CAD等建模軟件，它主要考慮在滿足實時性的前提下如何生成面向仿真的、逼真性好的大面積場景。Multigen Creator的優(yōu)勢在于大場景地理環(huán)境的生成以及瀏覽，Creator的圖形基礎是基于多邊形的圖形生成軟件。其強大的建模功能可為眾多不同類型的圖像發(fā)生器提供建模系統(tǒng)及工具，利用Creator，可以建立復雜而吸引人的三維場景，并加上顏色、紋理、材質和光照，使它們更具有真實感。
本文在獲取了蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院的1：500形圖的基礎上，根據MultiGen Creator中提供了地形、道路、幾何體等實體的建模工具對校園建筑物及環(huán)境進行建模。
2 原始數(shù)據的獲取與處理
在三維數(shù)字校園建設中，空間信息和非空間信息具有多樣性、復雜性的特點，所以數(shù)字校園模型的建立需要多種數(shù)據。本文對校園的地形圖和紋理數(shù)據做了前期處理。
首先對校園的地形進行測量，在AutoCAD制作的校園平面圖，包括道路、綠地、主體建筑物分布等信息，并提取建模要用到的建筑輪廓線，將其保存為*.dxf的格式，該數(shù)據格式后期可以直接導入到Multigen Creator中。
本文所使用的紋理數(shù)據，主要是通過地面攝影照片面得到，主要用途是對地表、建筑物等貼圖。但由于拍攝的照片存在瑕疵、雜亂的背景、色調不協(xié)調，一般情況下是不能直接利用的。可以利用圖像處理軟件Photoshop進行透視變換、調色、透明紋理和調整紋理的大小，使圖片的像素大小為2的N次冪，以利于紋理的顯示。為了使模型在渲染和漫游時紋理不發(fā)生變形和丟失，需要將紋理保存為 RGB 形式。
3 三維模型建立
在構建虛擬城市模型中，根據現(xiàn)實地理分布特征，若按空間分類，我們可以將其分為兩類：一類是作為虛擬場景的基礎的地形地貌等;另一類是分布在地形上的離散實體，如校區(qū)的建筑物、樹木、道路、草地等組成了虛擬校園的基本設施。
3.1 建筑物的建模
�、僭贑reator中用Import命令將AutoCAD制作的校園平面圖導入Creator中，要確保導入底圖的尺寸與實際距離相吻合，來確定所要建模的位置，并在此基礎上建模。
�、诨诘讏D結構線畫出能體現(xiàn)建筑物主要框架的輪廓線，并根據CAD上的標注拉出樓高，拉伸高度必須要與實際相一致。并根據原有現(xiàn)勢照片對模型進行切割，根據數(shù)據精細的要求，對模型進行細節(jié)修飾，如建筑物上的標志、柱子、廣告牌等。不需要太多凹凸結構的搭建，盡量用紋理來體現(xiàn)結構的凹凸感，樓頂結構要表現(xiàn)真實現(xiàn)狀，特征明顯的一定要表現(xiàn)到位，特征次之的可以進行美化設計處理但需符合現(xiàn)狀面貌。對建好的模型進行測試檢查，不能出現(xiàn)有漏縫的、看不到的面、閃面疊面現(xiàn)象。
�、奂y理貼圖，將處理好的紋理圖片對墻體進行貼磚、加陰影、高光和橫梁等處理，并同時加上浮雕，使得建筑物的墻體看起來更有立體感、更加真實。
3.2 其他物體的建模
對樹木、草地等實體的建模，可用Billboard或交叉面的方法，Billboard插件建立的樹木模型在漫游的時候，可根據視線的旋轉而旋轉。對道路的建模可以采用Road工具或是直接采用Strip Face實現(xiàn)，或可采用添加子面的方法。
4 三維數(shù)字建模優(yōu)化處理
本文對校園的場景模型進行了優(yōu)化，主要包括消除冗余多邊形，在符合要求的前提下使用紋理的時候，盡量使用比較小面積的紋理。也可以使用紋理來代替比較復雜的多邊形造型，并優(yōu)化紋理的內部格式。另外，本文還通過使用BillBoard和Instance技術來簡化場景的復雜度。
5 結語
虛擬現(xiàn)實技術與GIS技術的結合是實現(xiàn)“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”的關鍵，本文利用Multigen Creator 建模軟件，結合GIS技術完成了蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院的三維數(shù)字模型，為學院的管理、校園規(guī)劃等起到了輔助作用。
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