数字漫游城市

1、摘要随着时代的不断进步和快速发展，高科技领域进入一个空前发展阶段，信息化、数字化是当今时代的特征。伴随着计算机图形图像、三维建模、模拟仿真等技术的发展，VR技术迎来快速发展阶段。目前，虚拟现实技术在各行各业都有着广泛的应用，作为虚拟现实技术的一个分支，虚拟漫游技术能实现在模拟三维虚拟场景的实时漫游，产生身临其境的感觉。本课题在分析虚拟现实技术的国内外发展现状与应用情况的基础上，利用Visual Studio 2010作为开发工具进行界面部署，开发基于数字城市的虚拟漫游系统。讨论了虚拟漫游系统的建模技术和创建方法，并根据实际设计系统总体功能结构。在以上研究的基础上，利用3DS MAX平台制作仿真

2、模型，给出系统具体实现方案，并编码实现数字城市虚拟漫游系统。通过构建数字漫游城市，为真实场景进行建模，实现虚拟漫游，足不出户就可以参观城市，为用户提供模拟演示的平台。关键词： 3D；虚拟漫游；数字城市AbstractWith the rapid development and advancement of information technology, highly sophisticated technology areas into an unprecedented development stage, a high degree of information technology, di

3、gital technology is characteristic of our times. With computer graphics technology, 3D modeling, simulation and technology, the VR technology enters the fast development stage. In present, virtual reality technology has a wide range of applications in all trades and professions. As a branch of virtu

4、al reality technology, the virtual navigation technology can achieve real-time roaming in simulate 3D virtual scenes, thus generating a simulation of personal experience actually1. After analyzing the development of the virtual reality technology at home and abroad, this thesis used Visual Studio 20

5、10 as a development tool to deploy interface, develop a virtual navigation system based on the digital city. The work to develop this system is composed of two major parts: the production of virtual scenes and realization of roaming engine. Based on the above research foundation, this system used 3D

6、S platform to produce simulation models, gave out system simulation model of specific project, and implement the digital home virtual tour system2. By building the digital home and modeling for real scenes to realize roaming virtually, you can visit the village without leaving home, and you can even

7、 interact with the virtual scenes to some extent. This system provided demonstrating platform for the users3.Keywords: 3D； Virtual Tour； Digital City 目录第一章 概述11.1数字城市漫游简介11.2数字城市漫游的艺术构思21.3数字城市漫游系统的技术实现3第二章 数字城市漫游的三维建模42.1 桥42.2 楼房52.3 路灯92.4 木凳102.5 景物112.5.1 紫色花朵122.5.2 树13第三章 数字城市漫游中的布置143.1 添加地面

8、143.2 添加草坪143.3 添加路面153.4 添加天空163.5 添加树木173.6 添加湖泊183.7 添加山丘193.8 添加阴影193.9 导入模型并布置20第四章 地图功能的实现274.1相机的设置274.2 基于C#开发284.3 地图功能28第五章 结论31参考文献32致谢33沈阳化工大学学士学位论文第一章 概述第一章 概述1.1数字城市漫游简介本次设计的课题是数字城市漫游系统开发，就以一个校园漫游设计作为主题。主要思想是想建立一个充满青春、充满活力并且生机勃勃的校园，可以让老师同学们在这样的环境中更好的学习和生活。见图1-1，就是整体的效果图。 五号楼七号楼六号楼四号楼三号

9、楼二号楼一号楼八号楼图 1-1 整体校园本作品主要包括以下几个部分：1. 三维模型系统；2. 数字城市漫游中的楼房构建；3. 湖水的创建；4. 小桥的创建；5. 路灯的创建；6. 长凳的创建；7. 花草树木的创建；8. Unity中的布景；9. 双摄像头的创建；10. 编程实现移动功能；本作品主要是针对不了解校园地势的人群来建立的，通过一系列的操作，希望达到既能作为技术演示，又能体现艺术情趣的效果，体现技术与艺术的完美结合。初始场景效果图见图1-2。图 1-2 初始场景效果图1.2数字城市漫游的艺术构思本作品希望营建一个景色优美，舒适环境，可以利用双摄像头和鼠标实现在场景中随意走动的功能。室外

10、设计就是提供一个高清晰度、逼真、生动的优美的建筑及环境空间，可以使观看的人从不同的视角看到真实的植被绿化、学校楼房等各个部分，真实清楚的反应校园的建筑风格、绿化景色以及整体的布局效果，让许多不能到现场参观的人能更加真切的体会到学校的整体风格。这种效果是平面图、沙盘所不能体现出来的。在三维场景中，本次设计主要是以桥和湖水为中心，楼房、路灯、花等为辅助的场景来建设校园，将人放置在桥头，面前就是一座古典的小桥，弯弯曲曲的桥梁加上大理石的桥面，这座小桥融合了中西方的特点，再加上潺潺的流水，有一种小桥流水人家的美感。走过小桥就到了一号教学楼，大家可以在它的周围欣赏花草树木，还可以在它的后面游览山丘的风光

11、，作品的主要想法是将这里打造成环境优雅，有着轻松氛围的地方。因为在学校也会有各种各样的压力，适时的老师学生们是需要放松的，而设计用的最多的元素也就是绿色，因为这是生机活力的象征，也会让大家的心情更加放松。如果走累了，还可以在长凳上小憩一会，享受一下轻松的时刻，长凳对面就是湖水，可以边欣赏风景边聊天。在本次设计中建立了八栋教学楼，风格不都是一种，目的就是让同学们有新鲜感，视觉上的感受也是不同的。还增加了路灯水草等小景物，这些室外的设计都是可以直观的表现给大家。这里的建筑风格都不尽相同，各有特色，和山水树木遥相呼应，体现出校园的生机和青春的气息。1.3数字城市漫游系统的技术实现本系统具有友好的可视

12、化界面，用户可以通过操作鼠标和键盘实现对整个场景的漫游。模型的建立，通过3ds Max建模，对楼房、路灯、小桥、长凳等物体进行模型的创建，对模型设置材质，光照。最后采用.NET和Unity 3D实现虚拟场景的模拟与建造地图。本系统最大的优势在于它实现了对校园的三维立体多方位展示。传统的校园展示大都是以二维图片、影视图像为基础的，这显然已经不能满足学校对外招生宣传、校园展示等方面的要求，而本系统集二维平面地图和三维场景于一体，可使用户具有身临其境的感觉。 虚拟校园的漫游具有广阔的应用领域。首先，它可以更好的展示校园风采，可以为学校所用。再就是，掌握了这项技术可以开发小区全景漫游、工业园全景漫游甚

13、至城市漫游，潜在市场价值巨大。32沈阳化工大学学士学位论文 第四章 地图功能的实现第二章 数字城市漫游的三维建模本模型利用3D Max为工具，建造校园漫游的三维模型是为导入到Unity 3D中使用，以实现在虚拟环境下对实物模型的控制。在此次校园漫游设计中主要有小桥、楼房、路灯、木凳、花朵以及树木的建模，这些都是在校园场景中所需要的实物，下面就依次介绍一下所需的模型的建模过程：2.1 桥小桥的大体构造：桥面的形状是弯曲的，是大理石的材质，体现这现代的风格。桥头和桥桩都是木头材质，有一种古典的风格。见图2-1，是小桥的效果图。图2-1 小桥的效果图下面就是这古典与现代相结合小桥的建模过程，见图2-

14、1，是小桥的建模。（1）首先打开3D MAX，然后在左视图创建桥面，单击平面按钮创建一个平面对象，确定一下桥面的大小，然后单击长方体按钮创建一个长方体对象。（2）倒角挤压多边形。将长方体对象转化为可编辑多边形，然后使用倒角命令将长方体的顶面和底面倒角挤压两次，接着将侧面和底面删除再复制一个到桥的另一边。（3）创建桥头形状。在右视图中移动对象的顶点，将长方体进行调整，然后进入边子对象层级，右击选择Cut命令剪切两条线。（4）剪切新形状。使用Cut命令在对象的两个侧面剪切出新的形状，使最终达到自己想要的效果。（5）复制对象。按住Shift键将制作好的桥头进行复制。（6）修改平面的形状。将平面转化为

15、可编辑多边形，然后移动顶点对象，将其移动成自己想要的形状。接着使用镜像工具将平面镜像复制3次，并且将边缘继续向中间复制拉伸。（7）完成桥的建模。将平面镜像复制到另一边，然后选择任意一个对象，单击附加按钮将两个侧面附加在一起，最后使用桥命令将两个对象的边界连接在一起。图2-2 小桥建模2.2 楼房楼房的创建：在本次设计中一共创建了八栋楼房，都是现代的建筑风格，但是他们的形状是各不相同的。根据本论文开始的整体校园图中的小图标所示的楼房标号依次展示楼房效果图。其中一、二、三、八号楼是相同的设计风格，都是以红色砖为材质；四号楼是以蓝色砖作为材质的；五与六号楼是相同的设计风格，以黄白两色为主要材质；七号

16、楼是以灰白蓝黄为材质创建的。见图2-3、图2-4、图2-5、图2-6效果图 4。图2-3 一、二、三、八号楼的效果图图2-4 四号楼的效果图图2-5 五、六号楼的效果图图2-6 七号楼效果图下面就其中一栋楼房的构造过程做一下介绍。见图2-7，是楼房的建模。（1）单击3d Max 2013，点击创建按钮，创建一个长方体，设置一下大小。选中长方体并调整为可编辑多边形，切换到顶视图。（2）选中链接按钮，连接4条边用来做楼房突出部分的线，切换到前视图，再选中连接按钮，连接两条边，然后调整线的位置。（3）选中两个面，给他们添加挤出命令，挤出值设为1，能方便调节。向外拖动坐标轴，可以为面挤出一定的高度。以

17、下执行相同的命令。（4）墙体制作完毕，开始制作窗户，这里主要运用到了布尔运算，制作窗洞。需要创建一个大小合适的长方体，按照楼房的比例调整大小。（5）利用长方体代替窗户，放在楼房窗洞的位置，选中长方体执行复制命令，依次摆放在楼房上。（6）选中一个长方体转化为可编辑多边形，添加附加命令，把所有长方体都附加在一起。然后选择楼房主体，再选择复合对象里边的强力布尔。（7）选中下面的拾取按钮，拾取附加在一起的长方体。（8）将布尔后的楼房主体转化为可编辑多边形，然后选择窗洞那些面，分离出来以后当玻璃使用。(9) 接下来是创建楼房旁边圆柱形楼梯建筑，选择圆柱体创建在楼房主体旁边，然后选择圆柱竖直方向的边线添加

18、连接命令，调整位置，分出楼板和窗户的分界线。（10）切换到顶视图，将选择的面向外拉出来一段距离，使之与楼房主体连接。（11）旋转几个定点，然后用变形的工具将他们压平在同一条直线上。(12) 窗框的制作，采用直接用几根长方体组成一个窗框，再复制到每个窗户的外面。（13）最后还可以用一些长方体来制作楼房的一些装饰建筑，这里就不做过多的解释了。图2-7 一、二、三、八号楼建模 以下两栋楼房也是设计中需要的，大体建模过程与上面的楼房差不多，所以这里只给图片显示一下效果图，见图2-8、图2-9所示楼房的建模5。图2-8 四号楼的建模图 29 五、六号楼建模运用材质编辑器编辑材质，最后进行渲染观看最后效果

19、，就是上图中的右下视图中的样子，这样做出来的模型才更加真实、形象。2.3 路灯路灯的构造：整体的路灯是欧式风格，灯柱是铁材质的，表面是黑色油漆，灯罩是白色的圆形灯，整体风格是黑白配，简单大方。见图2-10所示是路灯的效果图。图2-10 路灯的效果图下面就是路灯的建模过程，路灯的建模见图2-11所示。（1）打开3d Max 2013软件，单击创建图形线按钮，在前视图中绘制一条开放性的曲线，命名为“灯柱”。（2）选中“灯柱”，在修改面板中选择车削命令，此时就形成一个立体的灯柱。（3）在前视图中绘制一条封闭性的弯曲曲线，命名为“灯架”，然后在修改面板中选中挤出命令，Amount设为40。（4）在顶视

20、图中选中“灯架”，将其旋转180度并复制1组，调整好位置。（5）此时路灯框架基本完成，就差灯罩。在前视图中绘制一个矩形，在里边绘制一条开放的曲线，命名为“灯座”，然后将参考矩形去掉。在修改面板中选择车削命令，并在视图中调整模型位置。（6）单击创建几何体球体按钮，在顶视图中创建一个球体，命名为“灯”，然后在视图中调整位置。（7）在顶视图中同时选择“灯”和“灯座”，将其旋转180度并复制1组，此时一个完整的路灯已经完成。（8）将文件进行保存，命名为“ludeng.max”。 图 2-11 路灯建模2.4 木凳 木凳的构造：凳腿是欧式雕花风格，凳面是条纹木头材质。见图2-12所示是木凳效果图。图2-

21、12 木凳的效果图下面是木凳的建模过程，见图2-13。（1）打开3d Max 2013软件，单击创建>几何体>扩展基本体按钮，在顶视图中创建一个切角长方体，命名为“座子”，将其复制3组，调整位置。（2）在左视图中绘制一条开放性的曲线，命名为“椅腿”，在右边的菜单中选择轮廓，输入20，得到轮廓后的图形。（3）选中“椅腿”，复制1组并移动，调整模型位置。（4）木椅的制作已经完成，将文件进行保存，命名为“mudeng.max”。图2-13 木凳建模2.5 景物2.5.1 紫色花朵花朵的构造：利用线构造出花径和花朵，给花朵紫色材质。见图2-14所示是花朵的效果图。图2-14 花朵的效果图下

22、面是花朵的建模过程，见图2-15所示的花朵建模。（1）用一个面（PLANE），然后加很多的线，线的形状可以由自己随意控制。（2）进入修改器下拉菜单后，用FFD（BOX）工具，有一个4X4X4 下面的按纽打开，可以设置多几个点。（3）点一下4X4X4 FFD（BOX）那个按钮，节点会变黄，然后可以控制在你面上的那些黄点了，来进行调节花的造型。图2-15紫花建模2.5.2 树点击AEC对象，选取一种植物即可，在参数栏内可以修改各项参数。其中Unity中也有树的模型，只需要导入就可以。见图2-16。 图2-16 树的建立第三章 数字城市漫游中的布置为了体现出美丽的校园场景，所以需要把场景立体化真实化

23、，那么就需要有一些基本的布置，比如地面、草坪、路面、天空、树木等的添加，为校园增添一抹生机。之后，开始场景的核心部分的布置，首先是湖泊的建立，然后在湖泊外建立山丘，并且在场景中添加阴影。最后导入第二章中的模型，导入后把小桥放在湖泊上，八栋楼房分别伫立在湖的周围与山脚下，木凳放置在湖边，路灯摆在路的两边，花朵放在草丛中。此时，在Unity中看到的场景已经成型，只需要调整一下位置，使画面看起来更加美观。具体的实施步骤下面详细介绍。3.1 添加地面首先打开unity4.5，在Game Object>Create Other>Terrain下创建一个地面，然后在Transform>p

24、osition中修改X轴坐标为-1000，Z轴坐标为-1000。然后把地面抬高一米。见图3-1所示为地面效果图6。图3-1 地面效果图3.2 添加草坪双击地面，点击右侧Edit Texture>Add Textures,然后选择一种草种在地面上。见图3-2所示、图3-3所示。图3-2 添加草图3-3 草坪效果图3.3 添加路面双击地面，点击右侧Edit Texture>Add Textures,然后选择一种路面，见图3-4、图3-5所示。图3-4 添加路面图3-5 路面效果图3.4 添加天空在这里还需要导入天空盒子，给场景加一片天空，打开Unity点击Assets>Impor

25、t Package>Skyboxes>Import>Sunny2 Skybox.mat.此时，场景中就有了天空，非常的美丽。见图3-6所示天空效果图所示7。图3-6 天空效果图3.5 添加树木点击Assets>Import package>Tree Creator,然后在右边Terrain(Script)目录下选择第五个图标种树工具，在场景中选择适当的位置按住鼠标左键种树。见图3-7所示、图3-8所示。图3-7 添加树木图3-8 树木效果图3.6 添加湖泊（1）在unity右侧Terrain(Script)中点击第一个图标，这是画山的工具，然后就可以在地面上画山丘

26、，此次设计想要建的湖泊是居于地面中间，那么按住shift键并拖动鼠标左键下压，就可以看到在场景中已经形成一个洼地，此时可以根据实际情况构造湖泊的大小及形状。（2）为了湖泊显示的更加真实，需要导入标准水，在Assets>Import Package>Water(Pro Only) ,然后把水直接拖进场景中，调整尺寸大小，让它大于挖的湖面，这样一个湖泊就创建完成，点击保存。见图3-9所示的湖泊的效果图8。图3-9 湖泊效果图3.7 添加山丘打开Unity在Inspector菜单下的Terrain(Script)中，点击第一个图表，在Brushes中选择想画的模板，在Settings中设

27、置尺寸及密度，然后就可以在场景中需要的地方画上山丘，可以种一些树木在山上，景色非常的怡人。见图3-10、图3-11所示效果图。图3-10 添加山丘图3-11 山丘效果图如果场景中不加入光源的话就会很暗，那么景色就看着不是很真实，所以需要加光源。单击创建命名面板中“灯光”按钮，将灯光的类型设置为自由灯光，然后根据需要设置合理的参数。3.8 添加阴影在右面的菜单栏中调整Shadow Strength，可以调节影子的亮度。见图3-12、图3-13所示阴影的效果。图3-12 添加阴影图3-13 阴影效果图上面的这些景物是可以在Unity中直接完成的，有一些则需要将3ds Max中的模型导入，下面就看看

28、怎么导入模型。3.9 导入模型并布置首先打开3ds Max，将3D MAX场景中的楼房、桥、路灯、花、长凳依次导入unity。方法如下：首先在D盘新建一个Graduation Paper，在Graduation Paper下建两个新的文件夹，先打开unity新建一个工程，工程路径选为D:Graduation PaperCity。再打开Graduation Paper文件夹时发现在它的下面多了几个文件夹，其中有一个名为Assets的文件夹，在这里这个文件夹也是最有用的， 这时在Assets再下新建一个名为.fbx的文件夹，该文件夹用来装所有的.fbx文件。在3DMax中打开所建好的楼房、小桥等，

29、然后选择最左上角的按钮并点击导出，之后可以选择导出当前选定对象，也可以直接选择导出，如果选择的是导出选定对象，则在导出之前必须把所要导出的对象选定。这里用的是第一种方法，将这些导出的模型转为.fbx格式，选择的路径是D:Graduation PaperCityAssetsfbx。见图3-14为导出过程。 图3-14 导出过程首先导入一座桥，在unity中打开的效果见图3-15所示。图3-15 小桥效果图在Unity中对其进行适当的调整，调整成为想要的样子即可。依次还有导入的楼房、长凳、路灯、紫色的花等，都调整好位置，见图3-16、图3-17、图3-18、图3-19、图3-20、图3-21、图3

30、-22、图3-23、图3-24、图3-25所示效果图。 图3-16 楼房的设置参数图3-17 一号楼效果图图3-18 五号楼效果图图3-19 七号楼效果图图3-20 长凳的设置参数图3-21 长凳效果图图3-22 路灯的设置参数图3-23 路灯效果图图3-24 紫花的设置参数图3-25 紫花效果图这是将在3ds Max中所建的模型都导入到Unity中放置好。第四章 地图功能的实现4.1相机的设置为了最后的视角较好，先要设置好摄像机，一般没有什么特殊要求，把摄像机摆在你认为合适的位置就好，高度一般为人的高度。人的视野在60°左右，也可以稍微调整，直到个人感觉合适为此，并将Audio L

31、istener勾掉。在此次设计中需要有两个摄像机，所以还需要加一个camera来实现功能，这个摄像机的视角应该调成鸟瞰视图，需要将Projection设置为Orthographic,size改为250，并将Viewport Rect的X坐标改为0.6，W改为0.4，H改为0.4，并且将Audio Listener勾掉。见图4-1所示相机的设置。图4-1 相机参数数字校园漫游实现的是设立双摄像头，并结合鼠标，来实现场景的切换。比如甲不了解这个校园，那么他就可以通过运行动画，用鼠标在右下角的小的鸟瞰地图中选择自己想要到达的地方，点击完成后，他就可以在左面的平视图中看到自己想到达的地方，并且通过键盘

32、上的W、S、A、D键分别控制上下左右方向的移动，还可以更加熟悉所要到达地方附近的大致情况。在这三维场景中行走，和看平面图是不一样的感觉，这里是将一切物体都真实化，让大家感受到立体美，这就是本设计所要完成的功能。4.2 基于C#开发本作品主要是通过编程控制楼房，就是人用鼠标点击地图就可以到想去的教学楼，然后通过控制方向可以熟悉周边环境，所以需要写入一个能将人迅速移动到目的地的程序。下面先为所要控制的楼房编写代码，代码如下9。Using Unity Engine;Using System. Collections;Public class f: MonoBehaviour Void OnMouse

33、Down () Vector3 v = transform. Position; Game Object me = GameObject.Find ("me"); me.transform.position = v; 4.3 地图功能编写好之后调试没问题就在Unity中的Assets下用鼠标直接拖动到Hierarchy之下的各个loufang中，此时这个程序实现的功能就已经完成，大家可以运行一下10。在本次设计中是以第一人称的视角来行动的，可以通过鼠标和键盘随意移动，通过上节的写入程序，则可以实现直接到一二三四五六七八号楼的定位，还可以通过W、A、S、D四个键控制人的走向，

34、随意浏览校园风光。做这个地图的主要作用是为了浏览者浏览校园更加方便与直观11。当目的地是四号楼时，用鼠标点击右下角小地图中的四号楼，那么场景就切换到了四号楼，见图4-2所示12。沈阳化工大学学士学位论文 第四章 地图功能的实现四号楼图4-2 点击四号楼效果图当目的地是五号楼时，用鼠标点击右下角地图中的五号楼，那么此时场景就切换到五号楼，见图4-3所示13。五号楼图4-3 点击五号楼效果图当你还想观赏其他地方的景色时，可以通过W、A、S、D四个键控制上左下右的移动，例如想要在一号楼旁边浏览景色，则可以后退到桥上，也可以左走或右走沿着湖边行走，左边可以看到二号楼，右边可以看到六号楼。若是到八号楼，

35、则可以向后走去浏览一下山丘上的美景，体会一览校园的感觉。如果还想立刻回来，就继续在小地图中点击目的地，你就可以立即回到你想要去的地方14。沈阳化工大学学士学位论文第五章 结论第五章 结论本文着重研究的是数字漫游城市之校园漫游建设中的几个关键技术，主要有建模技术，包括楼房的建模以及其他一些景物的建模技术，还有Unity场景中各个景物的添加以及双摄像机的使用技术。所做的工作总结如下：（1）实现了数字城市漫游系统的三维建模。其中有楼房、小桥、长凳等的建模，使物体更加立体化，给人真实化的感觉。（2）实现了数字城市漫游中的虚拟场景建设。以第一人称的视角来浏览校园的风景，通过控制WSAD四个键可以控制人上下左右移动，更加全面的了解学校的整体布局。（3）实现了双摄像机的应用。在Unity中通过添加一个相机并设置参数，运行时能够看到两个视图，可以多视角了解学校。（4）实现了地图功能。通过把写入的程序拖入到楼房，就可以利用鼠标点击目的地，浏览者就可以立即到达目的地。（5）运行工程，就可以实现校园漫游的浏览。总之，本次设计完成了数字城市漫游系统的开发，并且实现了地图的功能，可以让浏览者体会到身临其境的感觉，感受优美的校园带来的美好，更加直观