基于VRML的建筑模型场景设计与演示

第一篇：基于VRML的建筑模型场景设计与演示

内容提要

虚拟现实技术是一门涉及多学科、多领域的新兴研究领域，它的应用 研究水平表征了一个国家整个的科学技术发展水平。因此，将被誉为“梦 幻般的技术”的虚拟现实技术应用于建筑领域的产品促销、建筑设计、建 筑检测等领域，具有十分重要的理论研究价值和实际应用意义。该课题所 研究的是一个基于VRML的建筑模型演示系统，是利用VRML和Java语言共同 实现的一种新的构建和演示建筑模型的方法。

虚拟现实建模语言(VRML)是一种新型的描述型语言，它是建立基于

Internet的分布式虚拟环境的有力工具。此论文介绍了如何利用VRML构建 虚拟建筑模型和实现演示系统。主要工作如下：

第一，阐述如何通过VRML技术使建筑模型与图像、声音、文字、视频 等多媒体技术相结合,构建出了一个生动逼真的三维建筑形体。

第二，如何利用Java的强大编程能力及其和VRML的接口技术,来实现 对实体行为的控制。

第三，互联网特性使得更多的人可以通过Internet来观看此建筑，并 允许用户通过整合的控制面板来自我定制场景。

第四，对一些技术难点,如二维图形三维化、360度全景图和挤出面实 现复杂模型等作了较为详尽的阐述。

最后，探讨了如何优化 VRML 代码和如何发布 VRML 作品。关键词： VRML 虚拟现实 Java Script1 目 录

第一章 绪论..............................................1 1.1 概述...............................................1 1.2 本课题研究的意义...................................1 1.3 国内外的发展动态...................................2 1.4 虚拟现实技术.......................................3 1.4.1 虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)简介.........3 1.4.2 虚拟现实的基本特征...........................4 1.4.3 虚拟现实的分类...............................5 1.4.4 虚拟现实的应用...............................5 1.5 演示系统的设计目标.................................8 第二章 VRML 的介绍和研究..................................9 2.1 VRML 语言..........................................9 2.1.1 VRML 简介.....................................10 2.1.2 VRML 发展过程及应用...........................10 2.1.3 VRML 场景图及节点.............................12 2.1.4 VRML 中对象的变换和层次.......................13 2.1.5 VRML 中场景对象的组织关系.....................14 2.1.6 构造动态的虚拟现实模型........................15 2.1.7 VRML 浏览器介绍...............................18 2.1.8 VRML 的创作工具...............................19 2.1.9 VRML 的工作方式...............................19 2.2 VRML 交互技术的两种机制............................20 2.2.1 利用 EAI 扩展 VRML 场景.........................20 2.2.2 利用 Script 扩展 VRML 场景......................21 2.2.3 EAI 与 Script 之间的异同......................23 第三章 开发平台和构建、演示工具............................24 3.1 VRML 对硬件的要求..................................24 3.2 系统采用的开发平台.................................24 3.3 系统演示时使用的浏览器插件.........................24 3.3.1 插件的介绍...................................24 3.3.2 插件的安装和设置.............................26 3.4 构建系统使用的编译系统.............................28 第四章 系统的总体设计.......................................31 4.1 概述...............................................31 4.2 框架模块的设计.....................................31 4.3 独立实体模块的设计.................................322 4.4 整体链接模块.......................................35 4.4.1 多路由问题..................................35 4.4.2 递归引用造成浏览器出错......................36 4.4.3 内联.......................................36 4.4.4 境界信息...................................37 4.4.5 自定义节点.................................37 4.5 操作面板的整合.....................................37 第五章 详细设计............................................39 5.1 概述..............................................39 5.2 二维图形三维化.....................................39 5.2.1 360 度全景图.................................39 5.2.2 单枝叶实现立体藤蔓...........................40 5.2.3平面树图实现立体树效果.......................40 5.3 利用挤出面构建三维花的叶子和床.....................40 5.4 多媒体视频支持.....................................42 5.5 移动的茶几和茶杯...................................42 5.6 构建一个多功能办公桌...............................43 5.7 带开关的灯.........................................44 5.8 自动门的实现.......................................45 5.9 旋转风扇的实现.....................................46 5.10 沙发的构建.........................................46 5.11 地毯...............................................47 5.12 栏杆的制作.........................................48 5.13 草地的制作.........................................48 5.14 控制中心的制作.....................................49 第六章 代码的优化和发布.....................................51 6.1 利用VrmlPad及其插件进行VRML文件的优化...............51 6.2 利用 VrmlPad 发布演示系统............................52 第七章 结论和进一步研究......................................53 参考文献.....................................................54 摘要.........................................................I Abstract.....................................................IV 致谢第一章 绪论 1 第一章 绪论

本章是此论文的开始部分，在这一章里我将主要说明此课题的研究意 义，虚拟现实技术以及目前此课题在国内外的发展情况等。1.1 概述

当今时代是数字化、信息化的时代。上个世纪八十年代以来，计算机 软硬件技术的飞速发展带来了信息存储、交流和获取的数字化革命，而近十年来互联网技术的兴起使这些数字化信息的获取更加快捷方便，地球仿 佛变成了一个小小的村落，人们瞬间就可以了解到地球另一端发生的事 情。三维建模和虚拟现实技术都是近些年来随着计算机图形学的发展而日 渐成熟的新兴技术，而基于互联网虚拟现实技术己经越来越成为计算机图 形学领域的新课题之一。VRML(Virtual Reality Modeling Language)是 一项集虚拟现实(Virtual Reality)与 Internet 多媒体于一身的新技术。本课题以“建筑模型演示系统”为研究对象，实现虚拟现实技术在建筑建 模及演示方面的新尝试。系统利用 Java Script 脚本控制语言实现了三维 虚拟现实场景的交互式浏览。1．2 本课题研究的意义

随着中国改革的不断深化和经济建设的加速,房地产建设成为中国国 民经济新的增长点,住房日益成为老百姓关心焦点,对于建筑模型构建和 演示的方法也提出更高的要求。Web-3D GIS 发展时间较短,还处于初级阶 段,在建筑建模方面的应用也刚刚起步。目前,Web 环境下房产测绘信息的 三维可视化还存在着诸多问题。其中主要问题有 Web 环境下房产测绘三维 场景的实时构建难以实现,三维成果发布困难,建筑模型三维场景与房产平面图没有有机结合以及现有的网上房产三维成果功能有限等等。针对这 些问题,该文确定的研究目标为:在 Web 环境下实现建筑模型构建和演示。研究并设计一套行之有效的解决方案,实现三维建筑模型在 Web 环境下的 构建和演示。本文分析了建筑模型构建和演示的特点,引入 VRML 技术作为 此方法的实现技术，具体实现了在 Web 环境下建筑模型三维场景的动态构 建及演示。

作为一种刚刚兴起的技术，VRML 的发展历史并不长，VRML2.0 规范更

是在 1997 年才确定，但是由于 VRML 自身独特的魅力，使其应用由原来的 军事、医疗迅速向制造业、商业、教育和娱乐等领域迅速扩展，并成为教

育应用的一大热点。然而目前虚拟现实在教育中的应用研究大多局限在一第一章 绪论 2 些高校，研究领域也是主要集中在虚拟校园、仿真实验、工业造型等方面。再加之一些技术上的、开发成本上的因素，使得虚拟现实的教育应用还处 于一种研究探索的阶段，还未达到普及应用的阶段。经过将近十年的发展，这项技术日趋成熟，在工业制造、教育、商品展示、房地产、旅游参观、娱乐等方面表现出极好的应用前景。1.3 国内外的发展动态

目前3D和虚拟现实技术已经在国内外有了长足的发展，并日渐涉及到 越来越多的领域，如城市规划、场景仿真、信息管理、战场指挥、生产管 理等等。2003年1月，美国一所著名大学成功地对古罗马竞技场进行了虚 拟再现，这一课题震惊了考古界和建筑界，为研究古罗马建筑提供了极具 科学价值的可视化参考。在欧洲、日本和美国,虚拟现实日益广泛地被家 具商和房地产商用作展示方式和促销手段。北卡罗来那大学的建筑师们曾 把虚拟现实用于一栋教堂的设计。之后，它们在该校新建的电脑科学大楼 的设计中也采纳了虚拟现实。1992年6月，Intel和Sense两家电脑商联合 主办了名为“Designing a Virtual house“的展览。为期两天的展览旨在 向人们介绍利用虚拟现实技术进行建筑设计的过程。他们利用一台”VR工 作站”演示建筑师和业主在一起工作的过程。建筑师带领业主一起“进入” 设计中，并在走动过程中向业主讲述设计思想。业主可以随时随地“挑剔” 方案并提出修改意见。建筑师立即根据业主的意见调整设计，直到业主满 意，才一起“走出”设计。

虚拟现实在建筑设计中的应用可归纳为3方面:设计手段、设计检测手 段和市场促销手段。

设计检测手段:虚拟现实技术可以被用来研究建筑及周围环境的声、光 线效果及结构性能。如模拟自然光和人造光的效果，检测建筑物的隔音效 果和声学指标。

市场促销手段:虚拟现实技术一出现，即受到房地产商的青睐，成为他 们应付苛刻的买家的得力工具。这一技术也大大方便了买家。利用虚拟现 实技术，买家只要戴上头盔和手套等传感设备，就可以任意走动，挑选自 己中意的房产。从而节省了大量时间和奔波之苦，也使得房地产交易周期 大幅缩短。

设计手段:如上所述，虚拟现实为建筑师们提供了新的设计方法。它带 给建筑师的工作方式的变革，完全可以媲美CAD问世所产生的影响。最新 的虚拟现实技术，使设计者能够漫游的同时对设计做出修改和补充，迅速、准确地对比各种设计方案的可行性。虚拟现实使设计者对建筑与环境，人 与空间的体验更加生动和准确，从而使得设计更加美观实用 [1]。

随着网络时代的来临，网络教育迅猛发展，尤其是宽带技术将大规模第一章 绪论 3 应用的今天。国内一些大型的建筑模型设计院已经把虚拟现实作为首选的 建模语言。真实、互动、情节化的特点是虚拟现实技术独特的魅力所在，新技术必将引起教育方式的革命，让我们感受到全方位的场景效果。以虚 拟现实为特征的 Web3D 技术的诞生，是人们不满足于二维网页、渴求在网 络上营造三维虚拟空间的结果。作为一种新的 Web 文件，虚拟现实建模语 言（Virtual Reality Modeling Language 简称 VRML）以节点（Node）和事件路由为最基本的组成要素来描述三维对象和交互行为，经过浏览器 解释执行后，网上用户就可实现异地漫游，感受一个有声有色的虚构世界。1.4 虚拟现实技术

1.4.1虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)简介

自1945年世界上第一台电子计算机问世以来，计算机技术一直处在飞 速发展阶段。现在计算机已经应用在社会生活的各个领域，替人类做大量 的工作。随着计算机的处理能力、存储能力的飞速提高和成本的降低，特 别是近年来，多媒体技术、并行处理技术、开放系统以及面向对象技术、网络技术等信息技术的飞速发展，人们已经把注意力从提高计算机本身的 处理、存储能力方面，逐渐转移到改善人机交互的手段和界面方面。传统 的信息处理环境一直是“人适应计算机”，而当今的目标或理念是逐步使 “计算机适应人”。人们要求通过视觉、听觉、触觉、嗅觉，以及形体、手势或口令，参与到信息处理的环境中去，从而获得身临其境的体验。这 种信息处理系统已不再是建立在单维的数字化空间上，而是建立在一个多 维的信息空间中。虚拟现实技术就是支撑这个多维信息空间的关键技术。虚拟现实作为一种全新的人机交互技术，提供了强大的人机交互工具。虚拟现实技术是近年来迅速发展的一门新兴技术，也是多媒体技术发

展的更高境界。虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)，又称临境技术，是 最近几年得到迅速发展的技术。“虚拟现实”一词是由美国VPL Research Inc公司的J.Lanier在1989年所创造的一个词，它通常是指用立体眼镜和 传感手套等一系列传感辅助设施来实现的一种三维现实，人们通过这些设 施以自然的方式(如头的转动、身体的运动等)向计算机送入各种动作信 息，并且通过视觉、听觉以及触觉设施使人们得到三维的视觉、听觉及触 觉等感觉世界。它要创建一个酷似客观环境、又超越客观时空，能沉浸其 中、又能驾驭其上的人机环境，即由一个多维信息所构成的可操作空间，它最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互。虚拟现实就是采 用以计算机为中心的现代高科技，生成逼真的视、听、触、嗅觉等一体化 的虚拟环境，用户借助必要的外部设备(如特制的数据服、头盔、数据手

套等)以自然的方式与虚拟环境中的客体进行交互作用、相互影响，从而第一章 绪论 4 产生身临其境的感觉和体验。实现一种虚拟幻觉。它是一种高级的仿真技 术，即可以做真实世界的物体仿真(建筑物模型)，又可以做抽象物体的虚 拟建模(如原子模型)。因此，虚拟现实技术在人工智能、CAD、图形仿真、虚拟通信、遥感、娱乐、军事模拟训练的许多学科带来革命的变化，将对 一个国家的国防、军事、政治、经济、文化甚至日常生活产生深远的影响。目前，与虚拟现实相关的内容己经扩大到了与之相关的许多方面，像“人 工现实(Artificial Reality)”、“遥现”(Tele presence)、“虚拟环 境”(Virtual Environment)、“赛伯空间”(Cyberspace)等，都可以认 为是虚拟现实的不同术语。事实上，虚拟实现技术不仅仅是指那些戴头盔 和手套的技术，而且还应该包括一切与之有关的具有自然模拟、仿真体验 的技术与方法。它的最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交 互，能够达到或者部分达到这样目标的系统就称为虚拟现实系统 [2]。

1.4.2 虚拟现实的基本特征

虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和 反应，它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技 术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化 信息变为人所能感受的具有各种表现形式的多维信息。通过视、听、触觉 等作用于使用者，对使用者的控制行为作出动态的交互反应.传统的仿真 技术很少研究人的感知模型的仿真，无法模拟人对外界环境的感知(听觉、视觉、触觉)，而虚拟现实带来了人机交互的新概念和新方法，计算机模 拟外界环境对人的感官刺激已经成为可能。虚拟现实依托的学科高度综合 化，是现代仿真技术的高级发展和突破，它不仅涉及计算机、人工智能、电子、通信、数学、力学、热学、声学、光学、机械学和生理学等自然科 学和技术科学，而且与美学、心理学和社会学等密切相关，是经济和社会 生产力发展的巨大需求的产物。虚拟现实的特征在于强调了人机交互过程 中人的主体地位，力求达到人机交互的和谐。Brudea在“Virtual Reality Systems and Applications”文中提出的“虚拟现实三角形”说明了虚拟 现实的三个基本特征：沉浸（Immersion）、交互（Interaction）、想象（Imagination）。如图1-1第一章 绪论 5 图1-1 虚拟现实特征

（1）沉浸(Immersion)，是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实

程度。在人与机器交互过程中，人所感觉的是自己投身于这一特殊界面(虚 拟环境)之中，从虚拟空间的内部向外观察，而不是作为一个旁观者由外 向内观察，从而更逼真地观察所研究的对象，将抽象的数据信息变换成切 身的体验，从中获取知识。理想的虚拟环境应该达到使用户难以分辨真假 的程度(例如可视场景应随着视点的变化而变化)，甚至超越现实，如实现 比现实更逼真的照明和音响效果等。

（2）交互(Interaction)，是指用于对虚拟环境内的物体的可操作程 度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。虚拟环境是一个封闭的回 路系统，将仿真现实环境的图像、音响和语言、压力等等通过人机接口系 统作用到使用者的感官，并通过传感器测试及跟踪使用者的行为与反应，实时调整生成的图像序列，使用户通过交互方式感知和响应虚拟环境。例 如，用户可以用手直接抓取虚拟环境中的物体，这时手有触摸感，并可以 感觉物体的重量，场景中被抓的物体也立刻随着手的移动而移动。（3）想象(Imagination)，是指用户沉浸在多维信息空间中，从定性 和定理综合集成环境中得到感性和理性的认识，依靠自己的感知和认知能 力全方位地获取知识，发挥主观能动性，深化概念和萌发新意，寻求解答，形成新的概念 [3]。

1.4.3 虚拟现实的分类

VR(Virtual Reality)最本质的特征是用户对虚拟场景的沉浸，根据 用户参与 VR 的不同形式以及沉浸的程度不同，可以把虚拟现实技术划分 为五类:(1)桌面虚拟现实系统第一章 绪论 6 桌面虚拟现实主要利用个人计算机和低级工作站进行仿真。计算机

屏幕作为观察虚拟境界的窗口，各种外部设备用来驾驭、操纵虚拟环境中 的物体。桌面虚拟现实系统不具备完全投入功能，但是成本较低，应用面 比较广。

(2)沉浸式虚拟现实系统

沉浸式虚拟现实系统利用头盔显示器、数据手套及三维鼠标等交互 设备把用户的视觉、听觉及其它感觉封闭起来，使参与者暂时与真实环境 隔离开。其特点是能够向观察者提供“真实”的体验。常见的沉浸式虚拟 现实系统包括投影式虚拟现实系统、洞穴自动式虚拟环境(CAVE)和头盔式 虚拟现实系统。

(3)分布式虚拟现实系统

多个用户通过网络联系起来，共享同一个虚拟空间，观察和操纵同 一虚拟世界，达到协同工作、学习和生活的目的。(4)远程存在虚拟现实系统

远程存在虚拟现实系统是虚拟现实技术与机器人控制技术相结合的

产物。当某处的用户操纵一个虚拟现实系统时，其结果却在另一个地方发 生。

(5)增强现实虚拟现实系统

增强现实虚拟现实系统不仅要利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿 真现实世界，而且还要利用它来增强参与者对真实环境的感受，增强用户 在现实中无法感知或不方便感知的感受。战机飞行员的平视显示器就是这 类虚拟现实系统的典型实例，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安 装在飞行员面前的穿透式屏幕上，这样飞行员就不必低头读座舱中仪表上 显示的数据，从而集中精力盯着敌人的飞机和导航偏差 [4]。

1.4.4 虚拟现实的应用

虚拟现实技术从萌芽到现在已经半个多世纪了，大量的研究结果表明，虚拟现实技术已在以下领域获得了成功的应用。随着虚拟现实技术的不断 成熟，它的使用空间会越来越广阔。(1)航空航天和军事

从某种意义上来说，军事需求推动了科技的发展，虚拟现实技术也

不例外。因为在这些领域中仿真和训练特别重要，迫切需要一种逼真的、灵活的、网络化的模拟系统。VR系统在这些方面均能很好地满足需要。美 国政府充分认识到VR技术在保持美国技术领先方面具有的战略意义，于是 制定了一系列实施计划，如陆军的坦克训练网络SIMNET、海军的反潜艇战 ASW系统、航天局(NASA)的虚拟现实训练系统等。(2)工程领域第一章 绪论 7近年来，虚拟现实技术己大步走进民用市场。在工业设计中，现在

常提到“虚拟样机”这一术语。它实质上是利用VR技术和科学计算可视化 技术，根据产品的计算机辅助设计(CAD)模型和数据以及计算机辅助工程(CAE)仿真和分析的结果，生成一种具有沉浸感和真实感、并可进行直观 交互的产品样机。用虚拟样机技术取代传统的硬件样机，可以大大缩短新 产品的开发周期、降低开发费用。波音777飞机的设计、沃尔沃公司对新 型汽车内部仪表和控制部件的布局、Caterpillar公司对挖土机铲斗动作 可见性的改进等等，都是这种新技术成功应用的典范。波音777由300万个 零件组成，所有的设计在一个由数百台工作站组成的虚拟环境中进行。设 计师戴上头盔显示器后，可以穿行于设计中的虚拟“飞机”，审视“飞机” 的各项设计指标。(3)高难度和危险环境下的作业训练

如医疗手术训练的VR系统，用CT(Computerized Tomography)或

MRI(Magnetic Resonance Imaging)数据在计算机中重构人体或器官的几 何模型，并赋予一定的物理特征(例如密度、韧度、组织比例等)，通过机 械手或数据手套等高精度的交互工具在计算机中模拟手术过程，以达到训 练、研究的目的。美国的NASA和欧洲空间局ESA曾成功地将VR技术应用于 航天运载器的空间活动、空间站的操作和对哈勃太空望远镜维修方面的地 面训练。

(4)科学可视化

科学可视化是理解大量的科学实验数据的有效手段。利用VR技术，很容易将这些东西可视化和形象化，使用户把主要精力集中于实验数据而 非计算机界面。(5)教育和娱乐

在虚拟教育培训系统中，分布在不同地方的研究人员和受训人员可

以利用网络共享资源，进行交互操作和协同研究，使信息得到及时反馈，真正达到教学相长的目的。使用户“沉浸”于和谐人机环境的VR技术在娱 乐业有着极其广泛的应用。第一个大规模的VR娱乐系统“Battle Tech“，将每个“座舱”仿真器连网进行组之间的对抗，3D逼真视景、游戏杆、油 门、刹车和受到打击时的晃动给用户很强的感官刺激。(6)虚拟导游

在虚拟导游系统中，用户可以按照自己规划的旅游路径和自己的喜

好在风景区漫游。在有限的财力和时间范围内，充分满足用户周游世界、广览名胜古迹的猎奇愿望。(7)虚拟商店

在虚拟购物空间中，人们可以自由出入虚拟商店，从电脑助手那里 获得商品的介绍，自由购物。(8)建筑第一章 绪论 8 在建筑领域内，人们可以透过VR的虚拟特性,模拟出兴建后的实际情况 来避免实际应用后可能发生的问题 [4]。

同发达国家相比，我国在VR技术的研究方面还有一定的差距。我国军 方对VR技术的关注较早，而且支持研究开发的力度也越来越大。国内一些 院校和科研单位，陆续展开了对VR技术的研究，已经实现或正在研制的虚 拟现实系统也有不少。像北京航空航天大学分布式虚拟环境

DVEN(Distributed Virtual Environment Network);浙江大学的虚拟故 宫、桌面虚拟建筑环境实时漫游系统:清华大学计算机系对虚拟现实和临 场感方面进行了研究，例如球面屏幕显示和图像随动、克服立体图闪烁的 措施和深度感试验等方面都具有不少独特的方法;另外，西安交通大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、装甲兵工程学院、中科院软件所、上海 交通大学等单位也进行了不同领域、不同方面的VR研究工作，并取得了一 批研究成果。尽管目前虚拟现实技术的应用还不太完善，市场还不很成熟，真正商品化的应用系统也并不多见。但是，虚拟现实技术的应用却已日趋 活跃，具有极大的潜力。1.5 演示系统的设计目标

网络虚拟世界最突出的特点是交互性、构想性和沉浸感，基于这一要 求并结合建筑模型演示的需要，此模型的演示系统的设计目标如下：(1)访问者可以随意选择建筑的场景和参观路线，并通过鼠标键盘来漫 步并且改变视点；

(2)访问者可以做出像在真实世界一样的动态行为，比如推门，开灯等；(3)系统应具有真实的力学性质。比如碰撞检测机能，杜绝“穿墙而过” 这类违背现实的情况；

(4)系统地造型应该很逼真，这是由设计的初衷决定的；(5)系统应该结合多媒体，如音频和视频等；

(6)良好的用户交互能力；第二章 VRML 的介绍和研究 9 第二章 VRML 的介绍和研究

在本章里将会对研究所使用的 VRML 语言及技术、JAVA（主要是与 VRML 控制有关的）语言以及 VRML 的交互机制等作详细的说明。2．1 VRML 语言 2.1.1 VRML 简介

近几年来虚拟现实与www.xiexiebang.com/users/xuhuairuogu/Comments.rar 使 用 说 明 ： 请 将 插 件 拷 贝 至 VRMLPad 的 插 件 文 件 夹(比 如 C:Programme ParallelGraphicsVrmlPadAddIns)，启动 VrmlPad 后，在菜单栏的“工具（T）”菜单中会发现“命令”插件的菜单，即说明插件 导入成功：

目前的“命令”插件共有“代码格式化”、“删除注释”、“删除默认区

域”、“优化代码”、“优化代码，保留注释”、“减少代码缩进”六个命令： “代码格式化”命令可以我们以最佳阅读方式显示 VRML 源代码之间的结 构关系；“删除注释”命令用来删除所有的注释；“删除默认区域”可以删 除那些默认定义值的节点内容；“优化代码”命令可以自动地将一些空白 的区域、中断点、小数点之前的零等加以优化删除；“优化代码，保留注 释”命令在优化操作时保留了源代码注释的内容；“减少代码缩进”可以 便源代码前的每行空格都删除，这个命令操作可以便我们的作品瘦身不 少。

该环节的优化主要是根据 VRML 的语法特性进行的，可以同时减少网第六章 代码的优化和发布 52 络通信量和浏览器的计算量。只要我们按照说明一步一步进行就可以大大 规格化、简化和优化我们的 VRML 代码，使其执行效率更高，体积更小。VRML 文件的大小不但决定了它在网络上的传输速度，而且还影响着

文件装入内存后的浏览速度。据查阅，下载时间超过 1 分钟、场景漫游时 画面刷新低于 10 幀/秒，将使用户丧失耐心，放弃参观。6.2 用 VrmlPad 发布演示系统

VrmlPad 本身就可以发布我们的 VRML 作品，而且十分方便。见图 6-2： 图 6-2 发布

使用这个发布向导可以很容易地把我们的众多的 VRML 文件，贴图，内 联的文件等制作在一起发布到网络上，或直接以 E-mail 形式发送。由于 这个向导对于如何发布将描述得很清楚，所以这里就不在探讨了。第七章 结论和进一步研究 53 第七章 结论和进一步研究

本文研究了基于VRML的建筑模型场景设计与演示，文中详细介绍了 VRML这一主流的网络三维标准，以及使用它和Java语言在建立基于 Internet的虚拟环境的方法。通过场景实例介绍了虚拟现实建模语言(VRML)的特点，利用VRML实现建筑漫游系统的可行性研究内容。基于上述方案，实现了一个建筑漫游虚拟环境空间实例，应用

VRML+Java的方案实现了个基于Internet的虚拟现实系统，该系统使用 TCP/IP通用的网络协议具有低成本、覆盖面广等特点。论述了上述方案在 建筑领域产品促销方面的可行性，如:可以借助于Internet在建筑物虚拟 场景空间中随意浏览,实现了交互效果。

尽管本文对基于VRML的虚拟现实软件实现方式进行了一定的研究，并 且结合建筑领域的具体情况实现了一个具体实例。但是，还应该对如下方 面进行进一步研究。

1、近一步研究和探索三维建模方法。此过程可以从横向和纵向两个

方向展开。横向是指对VRML中的方法进行更深的开发，或者与其它方法相 结合，如3D MAX等。纵向是指研究更新的三维建模方法，如X3D等。

2、进一步研究VRML+Java方案在构建建筑漫游应用系统中的应用，研 究如何进一步增强系统交互性。

3、进行虚拟现实的三维建筑实体的场景存储结构、利用VRML实现建筑 三维实体的建模、漫游和用户交互性研究、与Java结合使虚拟现实技术在 互连网上得以实现的具体方法、图形渲染算法的优化、虚拟全景空间的模 型与算法研究。

4、研究VRML虚拟环境用户建筑设计领域的应用，如:在建筑设计中照 明设计是比较重要的部分，在设计过程中设计者不可能考虑到所有的光线 分布、环境漫反射作用等复杂光照过程，而利用VRML虚拟环境可以在设计 定稿前，进行“安装”、“调试”，在定量和定性两个角度为建筑设计提供 宝贵参考。类似的应用研究情况，在建筑设计领域中还有很多应用，相信 研究前景必将十分广阔。参考文献 54 参考文献

[1] 沈旭涛 《数字建筑不朽之城 ——议虚拟现实技术在建筑设计领域的应用》 四川建筑 第 26 卷 3 期 2006.6 42-43 [2] 张国荣 《虚拟现实技术及其应用与展望》 厦门科技 97.4 5-6 [3] 罗杰 《面向建筑的虚拟漫游系统研究与实现》 大庆石油学院硕士学位论文 2002.2 1 [4] 任爱华 《多用户虚拟现实建模技术研究》 华中科技大学硕士学位论文 2002.5 3, 5-6 [5] 陈华，陈福民 《基于 VRML 的虚拟场景的设计与实现》 计算机工程与应用 2002.6 127-129 [6] 黄文丽等 《VRML语言入门与提高》 中国铁道出版社 2003.11 2-3，27-29，140，68-69，190 [7] 吴小华，李竞杰，赵鹏《VRML 与 Java 编程》国防工业出版社 2002.1 14，137，176 [8] 阳化冰，刘忠丽，刘忠轩等 《虚拟现实构造语言 VRML》北京航空航天大学 出版社 2000 [9] 赛博科技工作室《VRML 与 JAVA 编程技术》 人民邮电出版社 2000 [10] 龚正伟，于广浩，刘天进《建筑效果一 3D Studio MAX+Photoshop》清华大学 出版社 2002摘要 I 摘 要

三维建模和虚拟现实技术都是近些年来随着计算机图形学的发展而

日渐成熟的新兴技术，而基于互联网虚拟现实技术已经越来越成为计算机 图形学领域的新课题之一。虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)，又称 临境技术，是最近几年得到迅速发展的技术，能够创建一个酷似客观环境、又超越客观时空，能沉浸其中、又能驾驭其上的人机环境，即由一个多维 信息所构成的可操作空间，它最重要的目标就是真实的体验和方便自然的 人机交互。广泛应用于建筑领域的产品促销、建筑设计、建筑检测等领域，具有十分重要的理论研究价值和实际应用意义。该课题所研究的是一个基 于 VRML 的建筑模型演示系统，是利用 VRML 和 Java 语言共同实现的一种 新的构建和演示建筑模型的方法。

VRML(Virtual Reality Modeling Language)是一项集虚拟现实

(Virtual Reality)与 Internet 多媒体于一身的新技术，是 Internet 上 基于 www.xiexiebang.coming 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 谢

藉此论文完成之际，我要深深地感谢我的老师、同事、朋友和家人!该论文是在导师徐长青老师的悉心指导下完成的。论文的选题、理论 上的指导、甚至技术上的细节都无不得益于徐老师的真知灼见。在学习、设计和编码的整个过程中，我都得到了徐老师的大力帮助，在此表示衷心 地感谢！

其次，我要衷心地感谢我的父母和家人，他们殷切的期望是我不断进 取的动力。无论处于顺境还是逆境，他们都在各方面给予我最无私的帮助 和支持。这篇论文也凝结着他们的期望与心血。

感谢我的同事和朋友们，他们在生活和学习中给了我大量的帮助。衷心地感谢所有给予我关心和帮助的朋友们，并对你们的关怀和帮助 致以崇高的敬意！

第二篇：建筑模型制作与设计装饰

建筑模型制作与设计装饰

刘永宝

课题分析：

建筑模型拼插深受广大学生喜爱，是将庞大的建筑用吹塑板材料按照正确的比例尺寸设计、加工，浓缩成小的建筑展开图。

建筑模型立体拼插突破传统平面拼法，创新立体拼构，构思巧妙，易提高学生的动脑、动手、设计、装饰，美化家居环境意识。教学目标：

通过学习实践，使学生了解建筑模型的各种造型，掌握模型组合的过程，充分发挥空间想象力、审美能力，领会集体创作成就感。教学重点、难点：模型拼插、环境造型美观

教学方法：讲解、示范、操作（在实物投影机下示范）

1、通过建筑模型展示，使学生了解建筑物造型，引起学生们制作建筑模型兴趣

2、运用多媒体进行辅助教学

3、学生制作，教师巡视个别辅导，展示学生作品，作品交流，肯定成绩，提出不足

4、学生在制作过程中要注意安全、卫生，爱护公物 工具：小剪刀、尺子、笔

材料：建筑模型展开图、硬纸板、双面胶、橡皮泥、装饰材料等

教学过程：

一、欣赏建筑模型

二、引入课题

三、建筑模型拼插过程

1、打开包装袋

2、轻轻揭去多余边、槽口

3、手折整形，注意正折与反折的方向关系，轻重适宜

4、根据展开图拼插成立体建筑物

四、组合、创作

1、把拼插建筑物3—4人一组将建筑模型粘贴在纸板上

2、美化设计、装饰环境，写出建筑模型名称（有专人负责）

五、学生制作、教师巡回辅导

六、反馈

1、学生作品的展示，作品交流（各组选送一名代表发言）

2、表扬优秀作品，指出改进之处

七、小结：目标—反馈—达到目标

第三篇：建筑模型的设计与制作

建筑模型的设计与制作

综合实践活动主题设计

一、主题设计的背景

目前，初中学生的动手能力令人堪忧，而且，他们对周围事物的变化与发展关注不够，更不用提国家大事。鉴于此，设计了以“建筑模型的设计与制作”为主题的综合实践活动。

二、活动目标

1、知识目标：考察学生的观察与动手能力。

2、能力目标：考察学生运用书本知识的能力。

3、情感目标：激发与调动部分学生学习文化知识的兴趣。

三、活动用具

白板纸、透明胶、双面胶纸、剪刀、裁纸刀、线绳、垫板、格尺、笔、本等。

四、活动准备

1、播放幻灯片，内容是建筑模型的图片展示。

2、提出问题：对那些建筑最熟悉。引导学生回答“家与学校”，继续引导学生思考并回答本次活动的内容。

3、布置任务：本次活动的内容与两个：观察与设计学校的建筑

模型；制作学校模型。

（1）观察学校主体建筑的外部结构。

（2）测量学校主体建筑的长、宽、高，单位精确到米。

（3）根据测量的结果，确定合适的比例。

（4）根据确定的比例，制作学校模型。

五、活动过程

1、讨论：如何用格尺与线绳测量学校主体建筑的长、宽、高。

2、观察：学校主体建筑的外部结构特点。

3、测量：根据讨论结果，开始测量。

4、制作：根据测量结果与比例，制作学校模型。

六、可能出现的问题

1、学生讨论的测量方法不是最佳方法，可能事倍功半。这说明学生将书本知识与生活知识融会贯通的能力比较欠缺。

2、学生的动手能力可能参差不齐，制作模型的时间相应会延长。这说明学生使用工具的能力欠缺、动手能力欠缺。

七、活动总结

1、引导学生谈本次活动的感受。

2、说明学习书本知识的重要性并要逐步与生活知识相联系。

第四篇：建筑模型设计大赛

“建筑模型设计大赛”策划

一． 活动背景

曾记否，李春的赵州桥经历千年巍然不倒；曾记否，上海的明珠塔豪气逼人直插云霄。思维碰撞，灵感聚集，模型是创造性的支点，完成了我们构思与现实的对接，为我们营造了完美的建筑世界。古有天工开物，今看建材学子，承中华之灵气、树开拓之新风、谱校庆之乐章，建简约创新之模型，筑我校辉煌美好之明天。

二． 活动主题

“展风格于模型，聚祝福于师苑”

三． 活动参与对象

建材系全体学生

四． 活动时间

2011年3月21日至4月1日（3.21：通知各班班委；3.23：上交各班报名表；3.24至3.29：参赛人员准备作品；3.30至4.1：作品展示）

五． 活动地点

西区篮球场，教室(待定)

六． 活动流程

(一)在筹备阶段联合宣传部做好宣传工作，主要是制作展板和张贴海报。

(二)在各班班长处以个人或团体（2~4人）的形式报名，不可以重复报名，每个人或团体限交一份作品，各班至少上交2份作品。

(三)要求命题积极向上，风格创新，材料由参赛者自己准备，并在规定时间内由班长收集并统一上交至学生会办公室。

(四)由主办单位先对作品进行初步审核，并将作品在室外公开展评，由全校同学对作品进行投票，每人限投2票。

(五)利用中午时间，请各参赛选手对自己的作品进行解释说明，然后邀请老师进行点评和打分。

(六)由主办方公布成绩。

七． 奖项设置及评分细则

(一)将公开展示阶段和教师打分阶段的得分相加，得出作品的总分，并评出一等奖1名、二等奖3名、三等奖5名和优秀奖若干。

(二)公开展示期间的每票记为1分，公开展示阶段的最高分作品授予“最佳人气模型”（不设置最高分）。

(三)教师对作品进行点评并打分，该最高分作品授予“最佳设计模型”（满分为100分）。

(四)评分细则：作品构思及创意（30分），作品外观美观程度（30分），作品所涉及的建筑知识（40分）。

八． 工作安排

（一）通知各班班委关于“建筑模型大赛”相关事宜及联系宣传

部办展板（胡宇）

（二）公展期间相关工作：

1.参赛作品收集（康钊、张显）

2.展板、帐篷、桌子、凳子收放（平功超、陈晗、许亚运、樊

闯、张显、康钊、徐小虎、孟元、张丰、胡宇）

3.公展在场值日人员（谭雪莲、刘君、徐小虎、平功超）

4.票数统计（谭雪莲、平功超）

（三）教师点评期间相关工作

1.联系场地（胡宇、孟元）

2.邀请老师（全体）

3.联系参赛人员到场以及奖品购买（康钊、张显、许亚运、徐

小虎）

4.主持人（康钊、谭雪莲）

5.收发打分纸（刘君、张丰）

6.计分、统分（孟元、徐小虎）

九． 注意事项

(一)参赛作品需按时上交。

(二)每件作品需附带作品名称及简要的说明。

(三)若遇到天气因素影响，活动公开展评环节推迟举行。

(四)邀请老师3至5位并提前2至3天向老师发出邀请。

十． 活动预算

笔筒5元/4个，笔记本3元/9本，笔2元/10支，奖状0.5元/30张，证书5元/2本，便利贴及白纸15元

共计107元。

策划人：胡宇、康钊、谭雪莲、张显

第五篇：建筑模型设计与制作竞赛规则

建筑模型设计与制作竞赛规则

一、竞赛题目及竞赛简介

建筑模型设计与制作是设计专业的一项重要的专业基础，也是培养现代设计人才及其综合设计能力不可或缺的构成部分，模型作为设计理念和形态的具体表现手段，二维的设计方案转化为三维的实施模型，使设想变为现实，是设计理念的立体表现技法。

模型制作大赛旨在培养大学生的创新思维和实际动手能力，增强大学生的设计与实践能力，丰富校园学术氛围，促进本校大学生之间的相互交流与学习。通过模型制作大赛可以将课堂理论学习与设计与实际工程和产品设计紧密结合，较好地培养大学生的空间想象和形体造型能力。

建筑模型设计与制作大赛。利用模型材料（自己购买），设计并制作一个建筑模型含建筑周围环境。

具体竞赛内容包括：方案设计、模型制作、叙述答辩。

二、参赛对象和形式

参赛者为在校全日制学生。以班级为单位参加比赛。每班可限报两队，每队五、六人。

三、竞赛要求

1、参赛队员要求

(1)每个参赛队只能提交一份作品，并命名。

(2)参赛学生只允许参加一个参赛队，各队应独立设计、制作。

(3)各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动。竞赛期间不得

任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。

2、方案设计要求

(1)方案设计内容包括：方案设计、建筑模型等。

(2)方案设计格式和要求：除封面外，加200字左右的方案设计摘要。

(3)参赛队必须在规定时间将方案设计送到组委会指定的地点，逾期作自动放弃处理。送审的方案设计用A4复印纸打印、装订，文本一式3份（方案可事先准备好）

3、模型制作要求

(1)模型制作材料不限，根据建筑特点，自行采购。

(2)模型底板尺度为A2-A3大小。

(3)建筑模型设计要具有特色，作品模型要体现原有建筑的特点。

5、评分规则

根据方案设计（分析）、模型制作和综合评价4个方面进行评分，总分为100分。

(1)方案设计（分析）（20分）

按设计方案的完整性、合理性和创新性评分。

(2)模型制作（60分）

按模型制作工艺、材料的选用、建筑空间的合理以及整体效果评分。

(3)作品介绍（10分）

按现场叙述情况，由评委当场给分。

(4)综合评价（10分）

模型的主题内容是否突出，创意构思是否独到新颖，色彩搭配是否符合审美学原理, 道路、水系、绿化等设计是否全盘布局。

模型现场建造的工作量、技术质量、工艺质量及模型外部形状的准确度。

模型所显示的整体效果及其工整洁净程度。

要求字迹工整，意思表达清楚、准确

五、奖项设置

一等奖一名、二等奖两名、三等奖三名。

六、时间安排

1、竞赛时间：2011年5月26日上午8：00—12：002、模型制作时间：2011年5月26日8：00—11：003、模型送审：2011年5月26日11：00―11：054、竞赛地点：田径场

5、颁奖时间：2011年5月26日11：306、另附竞赛时间安排表