基于VR虚拟漫游技术的交互设计应用研究

潘柏丞

【摘要】文中结合校园导向标识系统设计所需提出借助于VR实现该导向系统的可行性方案;最后给出虚拟校园系统的整体框架、所需技术与实现策略，同时还对该系统的交互与建模方法进行了论述。

【关键词】校园漫游系统;交互设计;三维模型;虚拟系统开发;人机交互

1基于VR虚拟校园漫游设计与实现

1.1数据采集

在采集数据时，必须要到现场进行测绘与分析，然后才能更好地对其进行相应的建模。其中，考察的内容包括校园的建筑分布、道路的走向、不同的建筑风格等，而且在考察之时需要选择一个晴朗的天气环境，要保证有着充足的光照度，然后拍摄相关关键性物体，比如楼体、道路等。此外，还需要采集一些小型纹理性图片，譬如门窗、砖纹、草地等，然后将其用作贴图，使得相关建模对象更具有真实感。

1.2系统建模

（1）天空和地面等背景模型的建模为了让虚拟环境更具有真实性，需要为其添置真实的蓝天、绿地等，这样就能够使得这个虚拟环境立足于真实的场景。在VR技术中，VRML提供一个背景节点对象，也就是所谓的Background，这样就能够通过它完成相关参数的设置，进而完成虚拟校园系统的背景建模。

Background

GroundAngle[0.7，1.5，1.57]

GroundColor[0.330，0.40，0.50，0.58，0.65，0.58]

SkyAngle[0.9，1.5，1.57]

SkyColor[0.2，0.2，0.66，0.2，0.45，0.86，0.5，0.8，0.95，0.76，0.8，0.8]

其中：GroundAngle[0.7，1.5，1.57]与SkyAngle[0.9，1.5，1.57]

对应的是天地之间的一种视角。GroundColor[0.330，0.40，0.50，0.58，0.65，0.58]是绿色大地的参数属性。SkyColor[0.2，0.2，0.66，0.2，0.45，0.86，0.5，0.8，0.95，0.76，0.8，0.8]对应的是淡蓝色天空的属性，在远处地面将会与天空进行渐进对接，给人带来极强的真实性。

（2）树、路灯等辅助性模型的建模在本次系统开发过程中选用的工具为VRML，结合该语言的独特优势，进一步提出相应的递归分形算法，具体思路为：将strArr[n]与某棵树信息进行对应，而strArr[n-1]对应的则是树枝，后者通过方式T（）进行组合便能构成前者，而这些树枝则是进一步由更为简单的树枝所构成，亦即strArr[n-2]，而对应的构成方式亦为T（），于是就形成了相应的递归，使得由最为简单的树枝strArr[0]、枝干与树叶完成整棵树的建模。在该VRML语言之中可以将这些细节进行很好的展现，具体的递归算法可以表示为：strArr[n]=TstrArr[n-1]，n>0strArr[0]由VRML节点构造出，n=0算法的主要步骤为：①借助于IndexedFaceSet节点能够完成形态各异、颜色不同树叶的集合构造，这样就能够借助于该基础性的元素进行不断的递归算法，完成相应枝干集合的构造。②在树叶集合之中可以结合所需节点加以复制与重用，针对所需的枝干节点也可以在相应的集合中进行遴选，最后再借助于translation与rotate域将枝干与树叶进行旋转与平移操作，由此便能构成一个更为简单的树枝。③将树枝节点用作分形元，并对其进行复制，然后使用上述两域与scale域对这些节点进行旋转、缩放与平移等操作，也就是过T（）处理使得这些树枝转变成更为复杂的树枝节点。④对上述三个步骤进行重复，便能构成更为复杂的分形树。譬如将第一个叶状分支进行缩小，然后對其进行旋转平移处理，便能得到三个副本，接着再利用复制、旋转等处理，便能得到。

1.3碰撞检测

在VR技术中，需要使用者能够按照十分真实的方式与虚拟环境中诸多模型进行交互，也就是说，这些对象需要有真实环境的物理属性。为此在VR技术中提供物体之间的碰撞检测功能，其中包括“动-静”物与“动-动”物之间的碰撞检测。以视线为基础的向前线段探测无疑是较为常用的检测之法，具体过程包括：1）明确视点V，在具体虚拟环境中即为使用者的头部区域;2）基于视线沿着运动向的距离用d表示，选择其中的一个点用M表示;3）将V与M进行对接，形成线段;4）计算和VM有着相交关系的对象，若没有，则当前没有碰撞;若存在多个相交对象，则选择与V最近的交点即C作为碰撞监测点，此时VC即为碰撞距离。在此碰撞算法中，不同实体模型的构成为多边形，相应线段与物体之间存在着求交运算，此时需要从两点进行考量：线段和长方体之间的对接;线段和多边形之间的对接。然而，若视点与对象距离远超过线段长度，那么只需要判断它们难以相交即可，无需计算出交点。所以，该虚拟系统只需要计算出视点与物体包围范围之内是否有相交即可。

1.4虚拟场景交互

本文系统的最大优势就是交互具有良好的实时性，该VRML语言有着极强的交互性能，可以分成两类：第一，交互节点构成视场、感应器与插值节点等;第二，编程节点可以借助于程序设计来形成。在前者交互环节，系统形成的事件被交互节点所捕获，然后加以处理。随后借助于Route/To传递至场景，使得后者形成改变。若是交互操作复杂还能借助于Java来完成，这样该VRML交互功能就能得到更大的拓展。此外，虚拟校园系统中的交互与动画都是事件在经过相应阶段之后构成。具体流程如图1所示

1.5系统优化

（1）对可视距离进行明确。此时每次渲染只需要对该距离之内场景进行渲染，因为人们在虚拟环境中也只能看到局部，很难对整个场景进行浏览。（2）利用层次细节模型亦即LOD进行优化。这种方式对远处不重要对象采用较少多边形进行建模，而近处则使用更多的多边形进行建模，这样也能够通过动态调整节约系统资源。（3）将一个复杂的三维场景进行切分使之形成较小的场景，然后再进行分阶段下载与装入，这样就能明显提升执行效率。

1.6系统发布

为了使得该系统有着更高的体验度与真实感，将VRML开发的相关模型置入相应的网页之中。这样就能够与HTML，JavaScript进行融合，通过网页使用该三维虚拟漫游系统。

2结论

VR与网络技术的融合，可以构筑一个更为方便使用的融合影像、声音等诸多多媒体元素为一体的3D虚拟环境，它不仅对立体模型进行复制，同时还能在其中进行漫游，产生身临其境之感。

参考文献：

[1]李丽，谢丁龙.基于VR的建筑与城市虚拟实验平台设计研究[J].电化教育研究，2012（6）：79-82.

[2]吕屏，杨鹏飞，李旭.基于VR技术的虚拟博物馆交互设计[J].包装工程，2017（24）：137-141.