虚拟场景漫游技术分析及系统实现路径探索

    李培

    摘要：虚拟场景技术作为虚拟现实系统关键组成成分之一，怎样在三维的虚拟场景内实现出现实时的漫游，作为系统较好的重要组成部分，如何在三维虚拟场景中实现实时漫游，这是系统良好交互性的基础。基于此，本文将主要分析虚拟场景漫游技术及系统实现路径。

    关键词：虚拟技术;虚拟场景漫游技术;系统实现路径

    中图分类号：G424? ? ? 文献标识码：A

    文章编号：1009-3044（2021）17-0183-02

    开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

    虚拟现实场景的漫游技术有真实建筑场景虚拟漫游以及虚拟建筑场景类虚拟漫游，设计与实现模式有：基于多边形类直接绘制模式、场景模型导入模式以及基于图像绘制模式。虚拟场景漫游技术可以运用在城市规划、艺术、娱乐以及教育等各个层面上，也可以运用在工业仿真制作、实验室以及城市三维仿真漫游等各种行业中。

    1 虚拟技术与虚拟场景漫游技术

    19世纪50年代美国研发出被命名为Sensorama的仿真摩托车，将虚拟现实技术的大门开启，在20世纪80年代初期，虚拟技术被正式地提出，到20世纪90年代的后期阶段，虚拟现实技术已经从原本的研究发展阶段逐步地转变为运用阶段，被广泛地运用到技术、房地产、医学、军事以及设计中，给国家带来了较多的经济效益。虚拟现实技术已经被国民广泛地运用到各种领域之中，已经得到了充分的应用与验证，具有较强的可使用性。 虚拟现实技术亦可以被称作为灵镜类技术，赛博空间以及虚拟仿造环境等主要应用的就是相关的计算机技术以及较为高科技的信息技术促使实现机器与人的互动，运用虚拟现实技术能够将真实的场景在虚拟的环境之中展现出来，让国民在虚拟的环境中拥有真实的听觉视觉以及触觉[1]。在国民生活与工作的过程中，尤其是对科学技术进行研究的时候，运用虚拟现实技术能将真实世界具有的色彩与实物真实地还原出来，促使虚拟现实技术使用者能够有设身处地的感觉，从而为虚拟的操作提供技术的可支持性，还可以显著地提升工作与研发技术的效率和质量。将工作与生产的各个环节所需要运用到的物力资源，人力资源以及财力资源显著降低。虚拟现实技术会涉及社会心理学，传感器中的信息技术中，计算机的图形学中，护理与治疗环节中，动力与光学环节中，涉及的学科领域相对较多。该项技术的研发为国民的生产生活提供了不竭的动力，促使国家的经济与科学技术能够大幅度地提升。运用虚拟现实技术能够真正地实现人机交互、信息转换。虚拟场景漫游作为最常见类别的虚拟现实技术的运用，隶属于视景仿真范畴之中，视景仿真技术作为计算机仿真技术中关键组成成分之一，作为多媒体技术、计算机技术、显示技术、图像生成与处理技术以及信息合成技术等综合性技术[2]。

    2 系统实现路径

    2.1 虚拟场景构建和优化

    1）实体模型：可以将该类模型分为：动态模型与静态模型，其中的静态模型主要包含：建筑模型与自然模型，具体包含：地质模型、地形模型、水工结构模型、机械设备与公路铁路的模型等。其中的动态模型主要包含：生产操作人员与机械操作人员。

    2）相机模型：用户能够在各个场景之中与真实的场景进行交互，与此同时，还可以将漫游的数据信息进行精准的记录，从而以便于相关人员对场景进行控制与回放，在对工程进行管理的时候，有数据信息可循。

    3）天气模型：主要是运用粒子系统、天空球以及光晕等各项技术，将工程的场景进行构造，布置白天、雾天以及夜晚等不同的天气景观[3]。

    2.2 网络下三维的虚拟场景布置

    也就是运用虚拟的网络平台，把工程中的实际场景，运用网络技术将其制成三维的虚拟化场景，在网络的背景之下，该类场景将会拥有与和单机版统一性的功能系统，用户可以从互联网上，对三维场景中的数据信息进行浏览和交互，技术具有的功能与特征如下：

    1）拥有Web3D中最高清的画质;

    2）可以对大的场景实施动态的控制与调度，虽然运用低端的硬件设备，但是其具备的兼容性相对较好;

    3）可以对系统内的脚本进行编程;

    4）可以在系统的窗口内嵌入视频、FLASH、网页以及图片等;

    5）可以对实际的场景进行逼真地模拟，其中的亮点就是对海水进行模拟。

    6）可以对属性进行查询，与数据库相连接;

    7）可以运用地图导航，亦可以使用指南针[4];

    8）可以手动漫游、自动漫游，系统内具有的漫游数据信息可以自动地进行保存;

    9）可以实施刚体动画、骨骼动画以及肉体动画;

    10）能够运用高效率、高精准度的碰撞检测模式对数据信息进行计算;

    11）各种的交互设备都可以支持，将环幕进行投影以及立体投影。

    2.3 网络环境下系统功能开发

    虚拟现实P的虚拟现实系统平台可以运用多种计算机的编程语言，在各种语言的环境之下进行使用，具有较强稳定性与安全性开发的环境有：VB、VC、C++、DELPHI、JSP、VS.NET 等。操作人员可以把虚拟现实P三维中的显示窗口将其嵌入在系统之中，促使系统具有三维的浏览功能。虚拟现实P-SDK系统经常运用的数据库系统有：MySQL、Access、Oracle以及SQL Server对数据信息进行连接对数据进行严格的查询[5]。

    运用该项技术能够对系统进行开发，能够有效地实现：

    1）将显示三维的窗口嵌入系统之中，运用用户的系统将现场的三维场景进行还原;

    2）运用系统对工程中的窗口进行动态的控制，例如，改变三维模型的状态等;

    3）运用事件调回系统调机制把客户端中对三维场景进行操作的指令进行调出，例如，点击鼠标等模式，将数据信息传送到系統之中，相关的技术人员对相关的数据信息进行精准的处理，确保数据信息处理的灵活性，运用模拟的途径，完成各项指令与操作[6]。将传来的数据运用核心接口处进行显示，将干扰数据信息的各种因素适当的渲染，精准地对数据信息进行分析，从而对工程完成仿真的操作。

    3 虚拟场景技术的运用

    3.1 城市规划区内的运用

    虚拟场景技术能够被较为广泛地应用在城市规划层面上。虚拟现实技术所具有的互动性以及沉浸感，能够为客户带来逼真和强烈的视觉冲突，促使其能够有身临其境的感受。还可以运用数据接口实时地对虚拟环境内的有关数据资料进行获取，以便于复杂大型的工程施工，设计、规划、审批、投标以及管理等各个流程中，促使管理和设计工作人员对各类规划设计方案能够进行不断的完善和评审，规避在设计过程中出现风险，促使工程建设的质量和经营效率显著提升。运用虚拟场景技术可以将建筑的三维性场景展现出来，项目工程人员可以对工程进行细致的审视[7]。

    3.2 在娱乐、艺术的应用

    3D显示环境促使虚拟现实已然成为视频游乐的主要工具。因为，娱乐层面上对虚拟现实中的真实感要求不是特别高。所以，近几年虚拟现实在娱乐和艺术层面上突飞猛进。例如，芝加哥研制出第1台的大型可供多个人运用的虚拟现实娱乐系统，该系统的主题就是有关3025年的未来战争。英国也研发出一种虚拟现实的游戏系统，其中配有hmd，显著地提升了虚拟现实系统所带来的真实感。在1992年，一台被称作是 legal quest系统由于在该种系统内添加了人工智能，使得其具有较强的自学功能，能够显著的提升系统，具有的难度和趣味性，该系统在1992年获得了最佳的虚拟现实产品奖。加之，在家庭娱乐层面上，虚拟现实技术也有较好的运用前景。作为传输显示各种虚拟现实的媒体技术，在艺术领域上的作用不可估量，虚拟现实具有较强的交互性和临场参与感，促使静态的雕刻油画等艺术作品能够转成动态作品，就是观赏者可以较好地对艺术的思想理念和创作手法进行观赏价值，虚拟现实能够显著的提升艺术表现能力，例如，音乐家可以依照虚拟的各类乐器进行演奏[8]。

    3.3 实践课程中的运用

    搭建虚拟现实场景漫游平台对于实践课程，线上教学中学生无法接触到教学用具。目前学生大多使用手机玩网络游戏，虚拟现实平台的搭建可以有效提高学生的学习兴趣，学生在虚拟现实平台操作更加直观，同时在操作过程中学生能够及时得到操作提示，对于不符合操作规程的学生，系统会自动记录形成错题集。一方面有利于学生在下一次的学习中记住操作规程，另一方面教师在后台可获取学生错误率高的操作步骤，得到有效教学反馈。通过虚拟现实平台开展教学，学生已经初步获得实践课程操作规程。后期线下课堂中学生能够按照规程实操设备，提高了学校效果，减少了学生错误率[9]。

    4 结束语

    虚拟现实技术作为新型科学技术仍然存在较多的问题。例如，计算机设备生成虚拟环境的时候，技术操作工作人员对设备头部进行转动之后，计算机设备就需要更新三维图像.由于对图像数据更新的过程中，数据量过大导致计算机没有办法实时地进行运算，出现系统滞后的状况。加之，虚拟现实设备在运用的过程中出现的视觉信号和人体感觉存在较大的差异，经常会导致使用者出现眩晕和头痛等状况。但是，虚拟现实技术还有较大的发展潜力，急需技术研究人员对技术不断升级和完善，从而促使我国各个领域都能够广泛运用虚拟现实技术，保障工作效率。

    参考文献：

    [1] 冯天星.自然景物流体VR场景模拟技术研究[D].西安：西安石油大学，2020.

    [2] 王之千.基于虚拟现实技术的自然景观建筑空间设计与规划[J].重庆理工大学学报（自然科学），2020，34（3）：152-157.

    [3] 闫秋羽，张兴刚，郝冬冬.基于虚拟现实技术的三维室内设计及人物漫游技术[J].现代电子技术，2019，42（19）：95-97，102.

    [4] 潘火平，马威威，栾海军，等.基于全景技术的测绘野外实习基地多媒体地图制作[J].城市建筑，2019，16（25）：86-89.

    [5] 刘爽.基于VR的三维虚拟场景漫游和交互系统研发[J].信息与电脑（理论版），2019（15）：71-73.

    [6] 张曦，郝寅龙，孔茹权，等.虚拟现实技术在天然气分布式能源系统的应用[J].煤气与热力，2019，39（4）：34-36，43.

    [7] 胡小玲.基于VR技术的建筑设计可视化应用研究[J].河池学院学报，2019，39（2）：92-97.

    [8] 司占军，张姣姣，耿浩.基于虚拟现实技术的图书馆全景漫游场景的设计与实现[J].电脑知识与技术，2017，13（32）：214-215.

    [9] 潘飛，王继成.高等学校虚拟现实全景技术开发与实践[J].沈阳农业大学学报（社会科学版），2017，19（6）：673-677.

    【通联编辑：唐一东】