第一篇：基于VRML的建筑模型場景設計與演示

內容提要

虛擬現實技術是一門涉及多學科、多領域的新興研究領域，它的應用 研究水平表征了一個國家整個的科學技術發展水平。因此，將被譽為“夢 幻般的技術”的虛擬現實技術應用于建筑領域的產品促銷、建筑設計、建 筑檢測等領域，具有十分重要的理論研究價值和實際應用意義。該課題所 研究的是一個基于VRML的建筑模型演示系統，是利用VRML和Java語言共同 實現的一種新的構建和演示建筑模型的方法。

虛擬現實建模語言(VRML)是一種新型的描述型語言，它是建立基于

Internet的分布式虛擬環境的有力工具。此論文介紹了如何利用VRML構建 虛擬建筑模型和實現演示系統。主要工作如下：

第一，闡述如何通過VRML技術使建筑模型與圖像、聲音、文字、視頻 等多媒體技術相結合,構建出了一個生動逼真的三維建筑形體。

第二，如何利用Java的強大編程能力及其和VRML的接口技術,來實現 對實體行為的控制。

第三，互聯網特性使得更多的人可以通過Internet來觀看此建筑，并 允許用戶通過整合的控制面板來自我定制場景。

第四，對一些技術難點,如二維圖形三維化、360度全景圖和擠出面實 現復雜模型等作了較為詳盡的闡述。

最后，探討了如何優化 VRML 代碼和如何發布 VRML 作品。關鍵詞： VRML 虛擬現實 Java Script1 目 錄

第一章 緒論..............................................1 1.1 概述...............................................1 1.2 本課題研究的意義...................................1 1.3 國內外的發展動態...................................2 1.4 虛擬現實技術.......................................3 1.4.1 虛擬現實(Virtual Reality,簡稱 VR)簡介.........3 1.4.2 虛擬現實的基本特征...........................4 1.4.3 虛擬現實的分類...............................5 1.4.4 虛擬現實的應用...............................5 1.5 演示系統的設計目標.................................8 第二章 VRML 的介紹和研究..................................9 2.1 VRML 語言..........................................9 2.1.1 VRML 簡介.....................................10 2.1.2 VRML 發展過程及應用...........................10 2.1.3 VRML 場景圖及節點.............................12 2.1.4 VRML 中對象的變換和層次.......................13 2.1.5 VRML 中場景對象的組織關系.....................14 2.1.6 構造動態的虛擬現實模型........................15 2.1.7 VRML 瀏覽器介紹...............................18 2.1.8 VRML 的創作工具...............................19 2.1.9 VRML 的工作方式...............................19 2.2 VRML 交互技術的兩種機制............................20 2.2.1 利用 EAI 擴展 VRML 場景.........................20 2.2.2 利用 Script 擴展 VRML 場景......................21 2.2.3 EAI 與 Script 之間的異同......................23 第三章 開發平臺和構建、演示工具............................24 3.1 VRML 對硬件的要求..................................24 3.2 系統采用的開發平臺.................................24 3.3 系統演示時使用的瀏覽器插件.........................24 3.3.1 插件的介紹...................................24 3.3.2 插件的安裝和設置.............................26 3.4 構建系統使用的編譯系統.............................28 第四章 系統的總體設計.......................................31 4.1 概述...............................................31 4.2 框架模塊的設計.....................................31 4.3 獨立實體模塊的設計.................................322 4.4 整體鏈接模塊.......................................35 4.4.1 多路由問題..................................35 4.4.2 遞歸引用造成瀏覽器出錯......................36 4.4.3 內聯.......................................36 4.4.4 境界信息...................................37 4.4.5 自定義節點.................................37 4.5 操作面板的整合.....................................37 第五章 詳細設計............................................39 5.1 概述..............................................39 5.2 二維圖形三維化.....................................39 5.2.1 360 度全景圖.................................39 5.2.2 單枝葉實現立體藤蔓...........................40 5.2.3平面樹圖實現立體樹效果.......................40 5.3 利用擠出面構建三維花的葉子和床.....................40 5.4 多媒體視頻支持.....................................42 5.5 移動的茶幾和茶杯...................................42 5.6 構建一個多功能辦公桌...............................43 5.7 帶開關的燈.........................................44 5.8 自動門的實現.......................................45 5.9 旋轉風扇的實現.....................................46 5.10 沙發的構建.........................................46 5.11 地毯...............................................47 5.12 欄桿的制作.........................................48 5.13 草地的制作.........................................48 5.14 控制中心的制作.....................................49 第六章 代碼的優化和發布.....................................51 6.1 利用VrmlPad及其插件進行VRML文件的優化...............51 6.2 利用 VrmlPad 發布演示系統............................52 第七章 結論和進一步研究......................................53 參考文獻.....................................................54 摘要.........................................................I Abstract.....................................................IV 致謝第一章 緒論 1 第一章 緒論

本章是此論文的開始部分，在這一章里我將主要說明此課題的研究意 義，虛擬現實技術以及目前此課題在國內外的發展情況等。1.1 概述

當今時代是數字化、信息化的時代。上個世紀八十年代以來，計算機 軟硬件技術的飛速發展帶來了信息存儲、交流和獲取的數字化革命，而近十年來互聯網技術的興起使這些數字化信息的獲取更加快捷方便，地球仿 佛變成了一個小小的村落，人們瞬間就可以了解到地球另一端發生的事 情。三維建模和虛擬現實技術都是近些年來隨著計算機圖形學的發展而日 漸成熟的新興技術，而基于互聯網虛擬現實技術己經越來越成為計算機圖 形學領域的新課題之一。VRML(Virtual Reality Modeling Language)是 一項集虛擬現實(Virtual Reality)與 Internet 多媒體于一身的新技術。本課題以“建筑模型演示系統”為研究對象，實現虛擬現實技術在建筑建 模及演示方面的新嘗試。系統利用 Java Script 腳本控制語言實現了三維 虛擬現實場景的交互式瀏覽。1．2 本課題研究的意義

隨著中國改革的不斷深化和經濟建設的加速,房地產建設成為中國國 民經濟新的增長點,住房日益成為老百姓關心焦點,對于建筑模型構建和 演示的方法也提出更高的要求。Web-3D GIS 發展時間較短,還處于初級階 段,在建筑建模方面的應用也剛剛起步。目前,Web 環境下房產測繪信息的 三維可視化還存在著諸多問題。其中主要問題有 Web 環境下房產測繪三維 場景的實時構建難以實現,三維成果發布困難,建筑模型三維場景與房產平面圖沒有有機結合以及現有的網上房產三維成果功能有限等等。針對這 些問題,該文確定的研究目標為:在 Web 環境下實現建筑模型構建和演示。研究并設計一套行之有效的解決方案,實現三維建筑模型在 Web 環境下的 構建和演示。本文分析了建筑模型構建和演示的特點,引入 VRML 技術作為 此方法的實現技術，具體實現了在 Web 環境下建筑模型三維場景的動態構 建及演示。

作為一種剛剛興起的技術，VRML 的發展歷史并不長，VRML2.0 規范更

是在 1997 年才確定，但是由于 VRML 自身獨特的魅力，使其應用由原來的 軍事、醫療迅速向制造業、商業、教育和娛樂等領域迅速擴展，并成為教

育應用的一大熱點。然而目前虛擬現實在教育中的應用研究大多局限在一第一章 緒論 2 些高校，研究領域也是主要集中在虛擬校園、仿真實驗、工業造型等方面。再加之一些技術上的、開發成本上的因素，使得虛擬現實的教育應用還處 于一種研究探索的階段，還未達到普及應用的階段。經過將近十年的發展，這項技術日趨成熟，在工業制造、教育、商品展示、房地產、旅游參觀、娛樂等方面表現出極好的應用前景。1.3 國內外的發展動態

目前3D和虛擬現實技術已經在國內外有了長足的發展，并日漸涉及到 越來越多的領域，如城市規劃、場景仿真、信息管理、戰場指揮、生產管 理等等。2003年1月，美國一所著名大學成功地對古羅馬競技場進行了虛 擬再現，這一課題震驚了考古界和建筑界，為研究古羅馬建筑提供了極具 科學價值的可視化參考。在歐洲、日本和美國,虛擬現實日益廣泛地被家 具商和房地產商用作展示方式和促銷手段。北卡羅來那大學的建筑師們曾 把虛擬現實用于一棟教堂的設計。之后，它們在該校新建的電腦科學大樓 的設計中也采納了虛擬現實。1992年6月，Intel和Sense兩家電腦商聯合 主辦了名為“Designing a Virtual house“的展覽。為期兩天的展覽旨在 向人們介紹利用虛擬現實技術進行建筑設計的過程。他們利用一臺”VR工 作站”演示建筑師和業主在一起工作的過程。建筑師帶領業主一起“進入” 設計中，并在走動過程中向業主講述設計思想。業主可以隨時隨地“挑剔” 方案并提出修改意見。建筑師立即根據業主的意見調整設計，直到業主滿 意，才一起“走出”設計。

虛擬現實在建筑設計中的應用可歸納為3方面:設計手段、設計檢測手 段和市場促銷手段。

設計檢測手段:虛擬現實技術可以被用來研究建筑及周圍環境的聲、光 線效果及結構性能。如模擬自然光和人造光的效果，檢測建筑物的隔音效 果和聲學指標。

市場促銷手段:虛擬現實技術一出現，即受到房地產商的青睞，成為他 們應付苛刻的買家的得力工具。這一技術也大大方便了買家。利用虛擬現 實技術，買家只要戴上頭盔和手套等傳感設備，就可以任意走動，挑選自 己中意的房產。從而節省了大量時間和奔波之苦，也使得房地產交易周期 大幅縮短。

設計手段:如上所述，虛擬現實為建筑師們提供了新的設計方法。它帶 給建筑師的工作方式的變革，完全可以媲美CAD問世所產生的影響。最新 的虛擬現實技術，使設計者能夠漫游的同時對設計做出修改和補充，迅速、準確地對比各種設計方案的可行性。虛擬現實使設計者對建筑與環境，人 與空間的體驗更加生動和準確，從而使得設計更加美觀實用 [1]。

隨著網絡時代的來臨，網絡教育迅猛發展，尤其是寬帶技術將大規模第一章 緒論 3 應用的今天。國內一些大型的建筑模型設計院已經把虛擬現實作為首選的 建模語言。真實、互動、情節化的特點是虛擬現實技術獨特的魅力所在，新技術必將引起教育方式的革命，讓我們感受到全方位的場景效果。以虛 擬現實為特征的 Web3D 技術的誕生，是人們不滿足于二維網頁、渴求在網 絡上營造三維虛擬空間的結果。作為一種新的 Web 文件，虛擬現實建模語 言（Virtual Reality Modeling Language 簡稱 VRML）以節點（Node）和事件路由為最基本的組成要素來描述三維對象和交互行為，經過瀏覽器 解釋執行后，網上用戶就可實現異地漫游，感受一個有聲有色的虛構世界。1.4 虛擬現實技術

1.4.1虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)簡介

自1945年世界上第一臺電子計算機問世以來，計算機技術一直處在飛 速發展階段。現在計算機已經應用在社會生活的各個領域，替人類做大量 的工作。隨著計算機的處理能力、存儲能力的飛速提高和成本的降低，特 別是近年來，多媒體技術、并行處理技術、開放系統以及面向對象技術、網絡技術等信息技術的飛速發展，人們已經把注意力從提高計算機本身的 處理、存儲能力方面，逐漸轉移到改善人機交互的手段和界面方面。傳統 的信息處理環境一直是“人適應計算機”，而當今的目標或理念是逐步使 “計算機適應人”。人們要求通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺，以及形體、手勢或口令，參與到信息處理的環境中去，從而獲得身臨其境的體驗。這 種信息處理系統已不再是建立在單維的數字化空間上，而是建立在一個多 維的信息空間中。虛擬現實技術就是支撐這個多維信息空間的關鍵技術。虛擬現實作為一種全新的人機交互技術，提供了強大的人機交互工具。虛擬現實技術是近年來迅速發展的一門新興技術，也是多媒體技術發

展的更高境界。虛擬現實(Virtual Reality,簡稱VR)，又稱臨境技術，是 最近幾年得到迅速發展的技術?！疤摂M現實”一詞是由美國VPL Research Inc公司的J.Lanier在1989年所創造的一個詞，它通常是指用立體眼鏡和 傳感手套等一系列傳感輔助設施來實現的一種三維現實，人們通過這些設 施以自然的方式(如頭的轉動、身體的運動等)向計算機送入各種動作信 息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設施使人們得到三維的視覺、聽覺及觸 覺等感覺世界。它要創建一個酷似客觀環境、又超越客觀時空，能沉浸其 中、又能駕馭其上的人機環境，即由一個多維信息所構成的可操作空間，它最重要的目標就是真實的體驗和方便自然的人機交互。虛擬現實就是采 用以計算機為中心的現代高科技，生成逼真的視、聽、觸、嗅覺等一體化 的虛擬環境，用戶借助必要的外部設備(如特制的數據服、頭盔、數據手

套等)以自然的方式與虛擬環境中的客體進行交互作用、相互影響，從而第一章 緒論 4 產生身臨其境的感覺和體驗。實現一種虛擬幻覺。它是一種高級的仿真技 術，即可以做真實世界的物體仿真(建筑物模型)，又可以做抽象物體的虛 擬建模(如原子模型)。因此，虛擬現實技術在人工智能、CAD、圖形仿真、虛擬通信、遙感、娛樂、軍事模擬訓練的許多學科帶來革命的變化，將對 一個國家的國防、軍事、政治、經濟、文化甚至日常生活產生深遠的影響。目前，與虛擬現實相關的內容己經擴大到了與之相關的許多方面，像“人 工現實(Artificial Reality)”、“遙現”(Tele presence)、“虛擬環 境”(Virtual Environment)、“賽伯空間”(Cyberspace)等，都可以認 為是虛擬現實的不同術語。事實上，虛擬實現技術不僅僅是指那些戴頭盔 和手套的技術，而且還應該包括一切與之有關的具有自然模擬、仿真體驗 的技術與方法。它的最重要的目標就是真實的體驗和方便自然的人機交 互，能夠達到或者部分達到這樣目標的系統就稱為虛擬現實系統 [2]。

1.4.2 虛擬現實的基本特征

虛擬現實是高度發展的計算機技術在各種領域的應用過程中的結晶和 反應，它綜合了計算機圖形學、圖像處理與模式識別、智能技術、傳感技 術、語音處理與音響技術、網絡技術等多門科學，將計算機處理的數字化 信息變為人所能感受的具有各種表現形式的多維信息。通過視、聽、觸覺 等作用于使用者，對使用者的控制行為作出動態的交互反應.傳統的仿真 技術很少研究人的感知模型的仿真，無法模擬人對外界環境的感知(聽覺、視覺、觸覺)，而虛擬現實帶來了人機交互的新概念和新方法，計算機模 擬外界環境對人的感官刺激已經成為可能。虛擬現實依托的學科高度綜合 化，是現代仿真技術的高級發展和突破，它不僅涉及計算機、人工智能、電子、通信、數學、力學、熱學、聲學、光學、機械學和生理學等自然科 學和技術科學，而且與美學、心理學和社會學等密切相關，是經濟和社會 生產力發展的巨大需求的產物。虛擬現實的特征在于強調了人機交互過程 中人的主體地位，力求達到人機交互的和諧。Brudea在“Virtual Reality Systems and Applications”文中提出的“虛擬現實三角形”說明了虛擬 現實的三個基本特征：沉浸（Immersion）、交互（Interaction）、想象（Imagination）。如圖1-1第一章 緒論 5 圖1-1 虛擬現實特征

（1）沉浸(Immersion)，是指用戶作為主角存在于虛擬環境中的真實

程度。在人與機器交互過程中，人所感覺的是自己投身于這一特殊界面(虛 擬環境)之中，從虛擬空間的內部向外觀察，而不是作為一個旁觀者由外 向內觀察，從而更逼真地觀察所研究的對象，將抽象的數據信息變換成切 身的體驗，從中獲取知識。理想的虛擬環境應該達到使用戶難以分辨真假 的程度(例如可視場景應隨著視點的變化而變化)，甚至超越現實，如實現 比現實更逼真的照明和音響效果等。

（2）交互(Interaction)，是指用于對虛擬環境內的物體的可操作程 度和從環境得到反饋的自然程度(包括實時性)。虛擬環境是一個封閉的回 路系統，將仿真現實環境的圖像、音響和語言、壓力等等通過人機接口系 統作用到使用者的感官，并通過傳感器測試及跟蹤使用者的行為與反應，實時調整生成的圖像序列，使用戶通過交互方式感知和響應虛擬環境。例 如，用戶可以用手直接抓取虛擬環境中的物體，這時手有觸摸感，并可以 感覺物體的重量，場景中被抓的物體也立刻隨著手的移動而移動。（3）想象(Imagination)，是指用戶沉浸在多維信息空間中，從定性 和定理綜合集成環境中得到感性和理性的認識，依靠自己的感知和認知能 力全方位地獲取知識，發揮主觀能動性，深化概念和萌發新意，尋求解答，形成新的概念 [3]。

1.4.3 虛擬現實的分類

VR(Virtual Reality)最本質的特征是用戶對虛擬場景的沉浸，根據 用戶參與 VR 的不同形式以及沉浸的程度不同，可以把虛擬現實技術劃分 為五類:(1)桌面虛擬現實系統第一章 緒論 6 桌面虛擬現實主要利用個人計算機和低級工作站進行仿真。計算機

屏幕作為觀察虛擬境界的窗口，各種外部設備用來駕馭、操縱虛擬環境中 的物體。桌面虛擬現實系統不具備完全投入功能，但是成本較低，應用面 比較廣。

(2)沉浸式虛擬現實系統

沉浸式虛擬現實系統利用頭盔顯示器、數據手套及三維鼠標等交互 設備把用戶的視覺、聽覺及其它感覺封閉起來，使參與者暫時與真實環境 隔離開。其特點是能夠向觀察者提供“真實”的體驗。常見的沉浸式虛擬 現實系統包括投影式虛擬現實系統、洞穴自動式虛擬環境(CAVE)和頭盔式 虛擬現實系統。

(3)分布式虛擬現實系統

多個用戶通過網絡聯系起來，共享同一個虛擬空間，觀察和操縱同 一虛擬世界，達到協同工作、學習和生活的目的。(4)遠程存在虛擬現實系統

遠程存在虛擬現實系統是虛擬現實技術與機器人控制技術相結合的

產物。當某處的用戶操縱一個虛擬現實系統時，其結果卻在另一個地方發 生。

(5)增強現實虛擬現實系統

增強現實虛擬現實系統不僅要利用虛擬現實技術來模擬現實世界、仿 真現實世界，而且還要利用它來增強參與者對真實環境的感受，增強用戶 在現實中無法感知或不方便感知的感受。戰機飛行員的平視顯示器就是這 類虛擬現實系統的典型實例，它可以將儀表讀數和武器瞄準數據投射到安 裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，這樣飛行員就不必低頭讀座艙中儀表上 顯示的數據，從而集中精力盯著敵人的飛機和導航偏差 [4]。

1.4.4 虛擬現實的應用

虛擬現實技術從萌芽到現在已經半個多世紀了，大量的研究結果表明，虛擬現實技術已在以下領域獲得了成功的應用。隨著虛擬現實技術的不斷 成熟，它的使用空間會越來越廣闊。(1)航空航天和軍事

從某種意義上來說，軍事需求推動了科技的發展，虛擬現實技術也

不例外。因為在這些領域中仿真和訓練特別重要，迫切需要一種逼真的、靈活的、網絡化的模擬系統。VR系統在這些方面均能很好地滿足需要。美 國政府充分認識到VR技術在保持美國技術領先方面具有的戰略意義，于是 制定了一系列實施計劃，如陸軍的坦克訓練網絡SIMNET、海軍的反潛艇戰 ASW系統、航天局(NASA)的虛擬現實訓練系統等。(2)工程領域第一章 緒論 7近年來，虛擬現實技術己大步走進民用市場。在工業設計中，現在

常提到“虛擬樣機”這一術語。它實質上是利用VR技術和科學計算可視化 技術，根據產品的計算機輔助設計(CAD)模型和數據以及計算機輔助工程(CAE)仿真和分析的結果，生成一種具有沉浸感和真實感、并可進行直觀 交互的產品樣機。用虛擬樣機技術取代傳統的硬件樣機，可以大大縮短新 產品的開發周期、降低開發費用。波音777飛機的設計、沃爾沃公司對新 型汽車內部儀表和控制部件的布局、Caterpillar公司對挖土機鏟斗動作 可見性的改進等等，都是這種新技術成功應用的典范。波音777由300萬個 零件組成，所有的設計在一個由數百臺工作站組成的虛擬環境中進行。設 計師戴上頭盔顯示器后，可以穿行于設計中的虛擬“飛機”，審視“飛機” 的各項設計指標。(3)高難度和危險環境下的作業訓練

如醫療手術訓練的VR系統，用CT(Computerized Tomography)或

MRI(Magnetic Resonance Imaging)數據在計算機中重構人體或器官的幾 何模型，并賦予一定的物理特征(例如密度、韌度、組織比例等)，通過機 械手或數據手套等高精度的交互工具在計算機中模擬手術過程，以達到訓 練、研究的目的。美國的NASA和歐洲空間局ESA曾成功地將VR技術應用于 航天運載器的空間活動、空間站的操作和對哈勃太空望遠鏡維修方面的地 面訓練。

(4)科學可視化

科學可視化是理解大量的科學實驗數據的有效手段。利用VR技術，很容易將這些東西可視化和形象化，使用戶把主要精力集中于實驗數據而 非計算機界面。(5)教育和娛樂

在虛擬教育培訓系統中，分布在不同地方的研究人員和受訓人員可

以利用網絡共享資源，進行交互操作和協同研究，使信息得到及時反饋，真正達到教學相長的目的。使用戶“沉浸”于和諧人機環境的VR技術在娛 樂業有著極其廣泛的應用。第一個大規模的VR娛樂系統“Battle Tech“，將每個“座艙”仿真器連網進行組之間的對抗，3D逼真視景、游戲桿、油 門、剎車和受到打擊時的晃動給用戶很強的感官刺激。(6)虛擬導游

在虛擬導游系統中，用戶可以按照自己規劃的旅游路徑和自己的喜

好在風景區漫游。在有限的財力和時間范圍內，充分滿足用戶周游世界、廣覽名勝古跡的獵奇愿望。(7)虛擬商店

在虛擬購物空間中，人們可以自由出入虛擬商店，從電腦助手那里 獲得商品的介紹，自由購物。(8)建筑第一章 緒論 8 在建筑領域內，人們可以透過VR的虛擬特性,模擬出興建后的實際情況 來避免實際應用后可能發生的問題 [4]。

同發達國家相比，我國在VR技術的研究方面還有一定的差距。我國軍 方對VR技術的關注較早，而且支持研究開發的力度也越來越大。國內一些 院校和科研單位，陸續展開了對VR技術的研究，已經實現或正在研制的虛 擬現實系統也有不少。像北京航空航天大學分布式虛擬環境

DVEN(Distributed Virtual Environment Network);浙江大學的虛擬故 宮、桌面虛擬建筑環境實時漫游系統:清華大學計算機系對虛擬現實和臨 場感方面進行了研究，例如球面屏幕顯示和圖像隨動、克服立體圖閃爍的 措施和深度感試驗等方面都具有不少獨特的方法;另外，西安交通大學、哈爾濱工業大學、國防科技大學、裝甲兵工程學院、中科院軟件所、上海 交通大學等單位也進行了不同領域、不同方面的VR研究工作，并取得了一 批研究成果。盡管目前虛擬現實技術的應用還不太完善，市場還不很成熟，真正商品化的應用系統也并不多見。但是，虛擬現實技術的應用卻已日趨 活躍，具有極大的潛力。1.5 演示系統的設計目標

網絡虛擬世界最突出的特點是交互性、構想性和沉浸感，基于這一要 求并結合建筑模型演示的需要，此模型的演示系統的設計目標如下：(1)訪問者可以隨意選擇建筑的場景和參觀路線，并通過鼠標鍵盤來漫 步并且改變視點；

(2)訪問者可以做出像在真實世界一樣的動態行為，比如推門，開燈等；(3)系統應具有真實的力學性質。比如碰撞檢測機能，杜絕“穿墻而過” 這類違背現實的情況；

(4)系統地造型應該很逼真，這是由設計的初衷決定的；(5)系統應該結合多媒體，如音頻和視頻等；

(6)良好的用戶交互能力；第二章 VRML 的介紹和研究 9 第二章 VRML 的介紹和研究

在本章里將會對研究所使用的 VRML 語言及技術、JAVA（主要是與 VRML 控制有關的）語言以及 VRML 的交互機制等作詳細的說明。2．1 VRML 語言 2.1.1 VRML 簡介

近幾年來虛擬現實與www.tmdps.cn/users/xuhuairuogu/Comments.rar 使 用 說 明 ： 請 將 插 件 拷 貝 至 VRMLPad 的 插 件 文 件 夾(比 如 C:Programme ParallelGraphicsVrmlPadAddIns)，啟動 VrmlPad 后，在菜單欄的“工具（T）”菜單中會發現“命令”插件的菜單，即說明插件 導入成功：

目前的“命令”插件共有“代碼格式化”、“刪除注釋”、“刪除默認區

域”、“優化代碼”、“優化代碼，保留注釋”、“減少代碼縮進”六個命令： “代碼格式化”命令可以我們以最佳閱讀方式顯示 VRML 源代碼之間的結 構關系；“刪除注釋”命令用來刪除所有的注釋；“刪除默認區域”可以刪 除那些默認定義值的節點內容；“優化代碼”命令可以自動地將一些空白 的區域、中斷點、小數點之前的零等加以優化刪除；“優化代碼，保留注 釋”命令在優化操作時保留了源代碼注釋的內容；“減少代碼縮進”可以 便源代碼前的每行空格都刪除，這個命令操作可以便我們的作品瘦身不 少。

該環節的優化主要是根據 VRML 的語法特性進行的，可以同時減少網第六章 代碼的優化和發布 52 絡通信量和瀏覽器的計算量。只要我們按照說明一步一步進行就可以大大 規格化、簡化和優化我們的 VRML 代碼，使其執行效率更高，體積更小。VRML 文件的大小不但決定了它在網絡上的傳輸速度，而且還影響著

文件裝入內存后的瀏覽速度。據查閱，下載時間超過 1 分鐘、場景漫游時 畫面刷新低于 10 幀/秒，將使用戶喪失耐心，放棄參觀。6.2 用 VrmlPad 發布演示系統

VrmlPad 本身就可以發布我們的 VRML 作品，而且十分方便。見圖 6-2： 圖 6-2 發布

使用這個發布向導可以很容易地把我們的眾多的 VRML 文件，貼圖，內 聯的文件等制作在一起發布到網絡上，或直接以 E-mail 形式發送。由于 這個向導對于如何發布將描述得很清楚，所以這里就不在探討了。第七章 結論和進一步研究 53 第七章 結論和進一步研究

本文研究了基于VRML的建筑模型場景設計與演示，文中詳細介紹了 VRML這一主流的網絡三維標準，以及使用它和Java語言在建立基于 Internet的虛擬環境的方法。通過場景實例介紹了虛擬現實建模語言(VRML)的特點，利用VRML實現建筑漫游系統的可行性研究內容。基于上述方案，實現了一個建筑漫游虛擬環境空間實例，應用

VRML+Java的方案實現了個基于Internet的虛擬現實系統，該系統使用 TCP/IP通用的網絡協議具有低成本、覆蓋面廣等特點。論述了上述方案在 建筑領域產品促銷方面的可行性，如:可以借助于Internet在建筑物虛擬 場景空間中隨意瀏覽,實現了交互效果。

盡管本文對基于VRML的虛擬現實軟件實現方式進行了一定的研究，并 且結合建筑領域的具體情況實現了一個具體實例。但是，還應該對如下方 面進行進一步研究。

1、近一步研究和探索三維建模方法。此過程可以從橫向和縱向兩個

方向展開。橫向是指對VRML中的方法進行更深的開發，或者與其它方法相 結合，如3D MAX等?？v向是指研究更新的三維建模方法，如X3D等。

2、進一步研究VRML+Java方案在構建建筑漫游應用系統中的應用，研 究如何進一步增強系統交互性。

3、進行虛擬現實的三維建筑實體的場景存儲結構、利用VRML實現建筑 三維實體的建模、漫游和用戶交互性研究、與Java結合使虛擬現實技術在 互連網上得以實現的具體方法、圖形渲染算法的優化、虛擬全景空間的模 型與算法研究。

4、研究VRML虛擬環境用戶建筑設計領域的應用，如:在建筑設計中照 明設計是比較重要的部分，在設計過程中設計者不可能考慮到所有的光線 分布、環境漫反射作用等復雜光照過程，而利用VRML虛擬環境可以在設計 定稿前，進行“安裝”、“調試”，在定量和定性兩個角度為建筑設計提供 寶貴參考。類似的應用研究情況，在建筑設計領域中還有很多應用，相信 研究前景必將十分廣闊。參考文獻 54 參考文獻

[1] 沈旭濤 《數字建筑不朽之城 ——議虛擬現實技術在建筑設計領域的應用》 四川建筑 第 26 卷 3 期 2006.6 42-43 [2] 張國榮 《虛擬現實技術及其應用與展望》 廈門科技 97.4 5-6 [3] 羅杰 《面向建筑的虛擬漫游系統研究與實現》 大慶石油學院碩士學位論文 2002.2 1 [4] 任愛華 《多用戶虛擬現實建模技術研究》 華中科技大學碩士學位論文 2002.5 3, 5-6 [5] 陳華，陳福民 《基于 VRML 的虛擬場景的設計與實現》 計算機工程與應用 2002.6 127-129 [6] 黃文麗等 《VRML語言入門與提高》 中國鐵道出版社 2003.11 2-3，27-29，140，68-69，190 [7] 吳小華，李競杰，趙鵬《VRML 與 Java 編程》國防工業出版社 2002.1 14，137，176 [8] 陽化冰，劉忠麗，劉忠軒等 《虛擬現實構造語言 VRML》北京航空航天大學 出版社 2000 [9] 賽博科技工作室《VRML 與 JAVA 編程技術》 人民郵電出版社 2000 [10] 龔正偉，于廣浩，劉天進《建筑效果一 3D Studio MAX+Photoshop》清華大學 出版社 2002摘要 I 摘 要

三維建模和虛擬現實技術都是近些年來隨著計算機圖形學的發展而

日漸成熟的新興技術，而基于互聯網虛擬現實技術已經越來越成為計算機 圖形學領域的新課題之一。虛擬現實(Virtual Reality,簡稱 VR)，又稱 臨境技術，是最近幾年得到迅速發展的技術，能夠創建一個酷似客觀環境、又超越客觀時空，能沉浸其中、又能駕馭其上的人機環境，即由一個多維 信息所構成的可操作空間，它最重要的目標就是真實的體驗和方便自然的 人機交互。廣泛應用于建筑領域的產品促銷、建筑設計、建筑檢測等領域，具有十分重要的理論研究價值和實際應用意義。該課題所研究的是一個基 于 VRML 的建筑模型演示系統，是利用 VRML 和 Java 語言共同實現的一種 新的構建和演示建筑模型的方法。

VRML(Virtual Reality Modeling Language)是一項集虛擬現實

(Virtual Reality)與 Internet 多媒體于一身的新技術，是 Internet 上 基于 www.tmdps.cning more and more mature with the development of Computer graphics, of which virtual realistic technique based on Internet becomes one of new topics in Computer graphics.Virtual Reality(VR), also called Near Boundary Technology, is the technique that has been improved quickly in the latest years.It can establish a man-machine environment which can not only resemble objective but also surpass objective.The important goal is the real experience and the interactive of the convenience natural man-machine.Virtual Reality has the extremely important significance of research and practical application with the wide application in Product promotion, architecture design, and construction examination.What this topic studies is one based on the VRML construction model demonstration system and it can be achieved by making good use of the language of VRML 和 Java.This study aims at carrying out the construction model under the Web environment.Based on the aims, the following projects have been made:（1）The visitor may choose the construction at will the scene and the visit route.The visitors are allowed to choose any fields and routes at will and travel extensively so as to change the points by clicking mouse keyboard.(2)The visitor may make likely in the real world same dynamic behavior, for instance pushes the gate, turns on the light and so on.(3)The system should have a true mechanics property.Collide the examination function;for example, eradicate completely this type of circumstance that disobeys reality of” wear a wall but lead”.(4)Modeling should be lifelike.(5)The system should combine a multimedia, such as the audio frequency and video frequency etc.(6)The good interactive ability of customers is necessary.Abstract V In the process of making use of VRML to set up the virtual model of buildings and realization to play to show system, the main work is as follows: First, a vivid and lifelike three dimensional construction physique is made by VRML technology combining with the image, the sound, the writing, the video frequency and the multimedia technologies.This construction model is based on the three dimensional scene demonstration systems of independent construction individual.Comparison to set up a model of buildings, this design that comes to a decision system should follow a view true, the interface beauty, good customer hand over with each other ability and see to order to browse much etc.principle.Divide the line to connect the mold piece and the operation front-panel to integrate four basic mold pieces for the frame mold piece, independent entity mold piece, Whole chain from the structure full general system under the instruction of these principles.Second, make use of a Java the strong plait distance ability and it connects a people's technique with VRML;carry out behavior to the entity of control.The VRML provided some felling observer the observation behaviors to act of spread the feeling machine node, these nodes can feel the variety of the hour of the mouse operation in a view, also can feel at the observer click a browser to see to order the control button, the change field the position of the substitute in view, applies Plan Sensor(the flat surface spread the feeling machine)here, carry out the ambulation of the tea side-table and cup thus VRML.The VRML has more than 50 types.It should have more specialized types according to different fields.The VRML allows making use of existed types to establish own types.Prototype establishing is based on the definition of PROTO, then lead a prototype to show whole.The shape that adopts this kind of way structure to come out no longer the sharp angle is clear, can be more tactful;make the shape is more lifelike.In the process of leading a prototype, and joined to hand over with each other, pass to trigger, make the surface color occurrence of the object change, the portrait, floor, bed and sofa are the knowledge that uses thisAbstract VI aspect to carry out;JavaScript is both used in the above sections.Moreover, it is also used in controlling the lights and automatic door by using triggering machines and position machines etc.It is a new try to use Java and the VRML comprehensively to draw model of buildings.This kind of method can create model of buildings more lifelike, the model document is smaller and is advantageous to deliver on.It is proved that it is a feasible, easy and cheap method provided that low requirement of database and less dynamic database.Third, the characteristic of Internet makes more persons take a look at this building, and allow the customer design the scenery by integrating system by internet.Fourth, this thesis makes a detailed explanation on some technique difficulties: 360 degrees panorama diagram etc.Such as is 3D two sketches to turn, this is one of the VRML’s

characteristics, this technique is used in three shapes in this system used in, mainly used in the veins picture and the picture distortion;Build up 360 degrees panorama diagram, the principle is to make the diagram stick the surface according to the directions.People can see, but can't near to.picture After putting on the pictures, JavaScript is used to carry out and define of the management of the background, therefore establish threes triggering machines to cut over different background.Finally, this thesis makes a discussion on how to optimize the code of VRML and release works of that.Because a lot of designers’ creations of VRML work's are not based on specialized VRML, but rely on varied 3D software to carry on original mold work, therefore the VRML document is made long and complicated.In order to save download time of a document, we as long as explains the one-step one step carry on according to the software can consumedly the specification turn, simplification with excellent turn our VRML code, make it carry out an efficiency higher, the physical volume is smaller.The VRML work's release can make use of VRML Pad toAbstract VII release a guide, very convenient.This thesis has made a tentative study on the realization way of virtual reality software with concrete examples in combining with the construction domain.There are still many aspects which need further researching: 1 makes a further research and exploration on the methods of setting up 3D models, such as X3D etc.2 further research on the application of VRML+ Java in the construction application system and how to strengthen the interactive of the system.3 on excellent way of the sketch calculation, hypothesized panorama space model and algorithm research.致 謝

藉此論文完成之際，我要深深地感謝我的老師、同事、朋友和家人!該論文是在導師徐長青老師的悉心指導下完成的。論文的選題、理論 上的指導、甚至技術上的細節都無不得益于徐老師的真知灼見。在學習、設計和編碼的整個過程中，我都得到了徐老師的大力幫助，在此表示衷心 地感謝！

其次，我要衷心地感謝我的父母和家人，他們殷切的期望是我不斷進 取的動力。無論處于順境還是逆境，他們都在各方面給予我最無私的幫助 和支持。這篇論文也凝結著他們的期望與心血。

感謝我的同事和朋友們，他們在生活和學習中給了我大量的幫助。衷心地感謝所有給予我關心和幫助的朋友們，并對你們的關懷和幫助 致以崇高的敬意！

第二篇：建筑模型制作與設計裝飾

建筑模型制作與設計裝飾

劉永寶

課題分析：

建筑模型拼插深受廣大學生喜愛，是將龐大的建筑用吹塑板材料按照正確的比例尺寸設計、加工，濃縮成小的建筑展開圖。

建筑模型立體拼插突破傳統平面拼法，創新立體拼構，構思巧妙，易提高學生的動腦、動手、設計、裝飾，美化家居環境意識。教學目標：

通過學習實踐，使學生了解建筑模型的各種造型，掌握模型組合的過程，充分發揮空間想象力、審美能力，領會集體創作成就感。教學重點、難點：模型拼插、環境造型美觀

教學方法：講解、示范、操作（在實物投影機下示范）

1、通過建筑模型展示，使學生了解建筑物造型，引起學生們制作建筑模型興趣

2、運用多媒體進行輔助教學

3、學生制作，教師巡視個別輔導，展示學生作品，作品交流，肯定成績，提出不足

4、學生在制作過程中要注意安全、衛生，愛護公物 工具：小剪刀、尺子、筆

材料：建筑模型展開圖、硬紙板、雙面膠、橡皮泥、裝飾材料等

教學過程：

一、欣賞建筑模型

二、引入課題

三、建筑模型拼插過程

1、打開包裝袋

2、輕輕揭去多余邊、槽口

3、手折整形，注意正折與反折的方向關系，輕重適宜

4、根據展開圖拼插成立體建筑物

四、組合、創作

1、把拼插建筑物3—4人一組將建筑模型粘貼在紙板上

2、美化設計、裝飾環境，寫出建筑模型名稱（有專人負責）

五、學生制作、教師巡回輔導

六、反饋

1、學生作品的展示，作品交流（各組選送一名代表發言）

2、表揚優秀作品，指出改進之處

七、小結：目標—反饋—達到目標

第三篇：建筑模型的設計與制作

建筑模型的設計與制作

綜合實踐活動主題設計

一、主題設計的背景

目前，初中學生的動手能力令人堪憂，而且，他們對周圍事物的變化與發展關注不夠，更不用提國家大事。鑒于此，設計了以“建筑模型的設計與制作”為主題的綜合實踐活動。

二、活動目標

1、知識目標：考察學生的觀察與動手能力。

2、能力目標：考察學生運用書本知識的能力。

3、情感目標：激發與調動部分學生學習文化知識的興趣。

三、活動用具

白板紙、透明膠、雙面膠紙、剪刀、裁紙刀、線繩、墊板、格尺、筆、本等。

四、活動準備

1、播放幻燈片，內容是建筑模型的圖片展示。

2、提出問題：對那些建筑最熟悉。引導學生回答“家與學校”，繼續引導學生思考并回答本次活動的內容。

3、布置任務：本次活動的內容與兩個：觀察與設計學校的建筑

模型；制作學校模型。

（1）觀察學校主體建筑的外部結構。

（2）測量學校主體建筑的長、寬、高，單位精確到米。

（3）根據測量的結果，確定合適的比例。

（4）根據確定的比例，制作學校模型。

五、活動過程

1、討論：如何用格尺與線繩測量學校主體建筑的長、寬、高。

2、觀察：學校主體建筑的外部結構特點。

3、測量：根據討論結果，開始測量。

4、制作：根據測量結果與比例，制作學校模型。

六、可能出現的問題

1、學生討論的測量方法不是最佳方法，可能事倍功半。這說明學生將書本知識與生活知識融會貫通的能力比較欠缺。

2、學生的動手能力可能參差不齊，制作模型的時間相應會延長。這說明學生使用工具的能力欠缺、動手能力欠缺。

七、活動總結

1、引導學生談本次活動的感受。

2、說明學習書本知識的重要性并要逐步與生活知識相聯系。

第四篇：建筑模型設計大賽

“建筑模型設計大賽”策劃

一． 活動背景

曾記否，李春的趙州橋經歷千年巍然不倒；曾記否，上海的明珠塔豪氣逼人直插云霄。思維碰撞，靈感聚集，模型是創造性的支點，完成了我們構思與現實的對接，為我們營造了完美的建筑世界。古有天工開物，今看建材學子，承中華之靈氣、樹開拓之新風、譜校慶之樂章，建簡約創新之模型，筑我校輝煌美好之明天。

二． 活動主題

“展風格于模型，聚祝福于師苑”

三． 活動參與對象

建材系全體學生

四． 活動時間

2011年3月21日至4月1日（3.21：通知各班班委；3.23：上交各班報名表；3.24至3.29：參賽人員準備作品；3.30至4.1：作品展示）

五． 活動地點

西區籃球場，教室(待定)

六． 活動流程

(一)在籌備階段聯合宣傳部做好宣傳工作，主要是制作展板和張貼海報。

(二)在各班班長處以個人或團體（2~4人）的形式報名，不可以重復報名，每個人或團體限交一份作品，各班至少上交2份作品。

(三)要求命題積極向上，風格創新，材料由參賽者自己準備，并在規定時間內由班長收集并統一上交至學生會辦公室。

(四)由主辦單位先對作品進行初步審核，并將作品在室外公開展評，由全校同學對作品進行投票，每人限投2票。

(五)利用中午時間，請各參賽選手對自己的作品進行解釋說明，然后邀請老師進行點評和打分。

(六)由主辦方公布成績。

七． 獎項設置及評分細則

(一)將公開展示階段和教師打分階段的得分相加，得出作品的總分，并評出一等獎1名、二等獎3名、三等獎5名和優秀獎若干。

(二)公開展示期間的每票記為1分，公開展示階段的最高分作品授予“最佳人氣模型”（不設置最高分）。

(三)教師對作品進行點評并打分，該最高分作品授予“最佳設計模型”（滿分為100分）。

(四)評分細則：作品構思及創意（30分），作品外觀美觀程度（30分），作品所涉及的建筑知識（40分）。

八． 工作安排

（一）通知各班班委關于“建筑模型大賽”相關事宜及聯系宣傳

部辦展板（胡宇）

（二）公展期間相關工作：

1.參賽作品收集（康釗、張顯）

2.展板、帳篷、桌子、凳子收放（平功超、陳晗、許亞運、樊

闖、張顯、康釗、徐小虎、孟元、張豐、胡宇）

3.公展在場值日人員（譚雪蓮、劉君、徐小虎、平功超）

4.票數統計（譚雪蓮、平功超）

（三）教師點評期間相關工作

1.聯系場地（胡宇、孟元）

2.邀請老師（全體）

3.聯系參賽人員到場以及獎品購買（康釗、張顯、許亞運、徐

小虎）

4.主持人（康釗、譚雪蓮）

5.收發打分紙（劉君、張豐）

6.計分、統分（孟元、徐小虎）

九． 注意事項

(一)參賽作品需按時上交。

(二)每件作品需附帶作品名稱及簡要的說明。

(三)若遇到天氣因素影響，活動公開展評環節推遲舉行。

(四)邀請老師3至5位并提前2至3天向老師發出邀請。

十． 活動預算

筆筒5元/4個，筆記本3元/9本，筆2元/10支，獎狀0.5元/30張，證書5元/2本，便利貼及白紙15元

共計107元。

策劃人：胡宇、康釗、譚雪蓮、張顯

第五篇：建筑模型設計與制作競賽規則

建筑模型設計與制作競賽規則

一、競賽題目及競賽簡介

建筑模型設計與制作是設計專業的一項重要的專業基礎，也是培養現代設計人才及其綜合設計能力不可或缺的構成部分，模型作為設計理念和形態的具體表現手段，二維的設計方案轉化為三維的實施模型，使設想變為現實，是設計理念的立體表現技法。

模型制作大賽旨在培養大學生的創新思維和實際動手能力，增強大學生的設計與實踐能力，豐富校園學術氛圍，促進本校大學生之間的相互交流與學習。通過模型制作大賽可以將課堂理論學習與設計與實際工程和產品設計緊密結合，較好地培養大學生的空間想象和形體造型能力。

建筑模型設計與制作大賽。利用模型材料（自己購買），設計并制作一個建筑模型含建筑周圍環境。

具體競賽內容包括：方案設計、模型制作、敘述答辯。

二、參賽對象和形式

參賽者為在校全日制學生。以班級為單位參加比賽。每班可限報兩隊，每隊五、六人。

三、競賽要求

1、參賽隊員要求

(1)每個參賽隊只能提交一份作品，并命名。

(2)參賽學生只允許參加一個參賽隊，各隊應獨立設計、制作。

(3)各參賽隊必須在規定時間和地點參加競賽活動。競賽期間不得

任意換人，若有參賽隊員因特殊原因退出，則缺人競賽。

2、方案設計要求

(1)方案設計內容包括：方案設計、建筑模型等。

(2)方案設計格式和要求：除封面外，加200字左右的方案設計摘要。

(3)參賽隊必須在規定時間將方案設計送到組委會指定的地點，逾期作自動放棄處理。送審的方案設計用A4復印紙打印、裝訂，文本一式3份（方案可事先準備好）

3、模型制作要求

(1)模型制作材料不限，根據建筑特點，自行采購。

(2)模型底板尺度為A2-A3大小。

(3)建筑模型設計要具有特色，作品模型要體現原有建筑的特點。

5、評分規則

根據方案設計（分析）、模型制作和綜合評價4個方面進行評分，總分為100分。

(1)方案設計（分析）（20分）

按設計方案的完整性、合理性和創新性評分。

(2)模型制作（60分）

按模型制作工藝、材料的選用、建筑空間的合理以及整體效果評分。

(3)作品介紹（10分）

按現場敘述情況，由評委當場給分。

(4)綜合評價（10分）

模型的主題內容是否突出，創意構思是否獨到新穎，色彩搭配是否符合審美學原理, 道路、水系、綠化等設計是否全盤布局。

模型現場建造的工作量、技術質量、工藝質量及模型外部形狀的準確度。

模型所顯示的整體效果及其工整潔凈程度。

要求字跡工整，意思表達清楚、準確

五、獎項設置

一等獎一名、二等獎兩名、三等獎三名。

六、時間安排

1、競賽時間：2011年5月26日上午8：00—12：002、模型制作時間：2011年5月26日8：00—11：003、模型送審：2011年5月26日11：00―11：054、競賽地點：田徑場

5、頒獎時間：2011年5月26日11：306、另附競賽時間安排表