基于OpenGL的建筑三维建模（3D方正大厦）

摘??? 要 虚拟现实是近年来发展迅速的一门人机交互技术。该技术凭借硬件和软件使人沉浸在计算机营造的虚拟环境中，获得视觉、听觉等的逼真体验。以往的建筑物往往采用效果图和沙盘的形式呈现给用户，现在借助虚拟现实技术，人们不但可以在计算机上获得对建筑身临其境的感受，还可以再场景中漫游。 OpenGL是一个跨平台的优秀开放图像库，在业界被广泛接受。利用OpenGL可以方便地绘制二维或三维物体和形状。本文学习了OpenGL实现三维显示的原理，并在掌握了一定渲染技巧的基础上，利用OpenGL在Visual Studio 2005平台下实现了方正大楼的三维建模。用户可以在场景中漫游，从不同的角度观察建筑物，增强了真实感。本文结合编程实例，对OpenGL三维建筑建模技术做了较清晰的介绍。 关键词：OpenGL；建筑；建模；虚拟现实 引言 虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是近年来是非活跃的一个研究领域。它借助必要的软、硬件设施，使人们能够通过视觉、听觉等感官从计算机中获取身临其境的感受，融入到虚拟的环境中去。历史上与VR有相同范畴的术语还有虚拟环境、同步环境（Synthetic Environment）、赛博空间（Cyber Space）、人工现实（Artificial Reality）等，他们表达的都是同一概念，但虚拟现实的使用最为广泛。虚拟现实是融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术和并行计算技术等多种技术的集成。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。 虚拟漫游技术是虚拟现实的重要分支之一，用户可以借助于鼠标、键盘或其他设备，在虚拟的环境中实现人机交互，以模拟现实的参观、游览。 目前，虚拟现实在城市规划、医学、军事、航天、室内设计、娱乐和教育中已经获得了广泛的应用。随着房地产业竞争的加剧，传统的展示手段如平面图、表现图、沙盘、样板房等已经远远无法满足消费者的需要。因此敏锐把握市场动向，果断启用最新的技术并迅速转化 为生产力，方可以领先一步，击溃竞争对手。 建筑物或建筑物小区漫游是一个应用广泛、前景看好的技术领域。无论是城市规划还是房地产营销，实现的关键都是对建筑物进行三维建模。 OpenGL是三维可视化建模领域强大的三维图形标准，是由SGI推出的GL标准发展而来的。OpenGL及其扩展函数库，为逼真的场景绘制提供了大量高效率的函数，包含建模、变换、光照和材质设置、纹理映射、雾化效果及双缓存等强大功能。 1.2 ?国内外研究现状 虚拟现实技术从20世纪90年代起开始应用，并迅速得到快速发展。美国和日本在领域中处于较为领先的地位。美国宇航局的Ames实验室是许多VR技术思想的发源地。北卡罗来纳大学的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学。Burdea G.在Eletro’93国际会议上发表的“Virtual Reality System and Application”一文中，提出了一个“虚拟现实技术的三角形”，用以简捷地说明虚拟现实系统的基本特征。根据虚拟现实技术三角形的概念，任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特征，即Immersion（沉浸性，或浸入感），Interaction（交互性）和Imagination（想象力） 日本的东京技术学院精密和智能实验室、NEC公司都是研究VR的重要基地。NEC公司开发了一种虚拟现实系统，能让操作者使用“代用手”去处理三维CAD中的形体模型。 从国内来看，北京航空航天大学是最早进行VR研究的单位之一，浙江大学CAD&实验室、哈尔滨工业大学、清华大学等也开始了对VR技术的研究。 基于虚拟现实的建筑建模在现实中应用广泛。在房地产行业，虚拟现实技术是集影视广告、动画、多媒体、网络科技于一身的最新型的房地产营销。方式，在国内的广州、上海、北京等大城市，国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门，是当今房地产行业一个综合实力的象征和标志。在城市规划中，应用虚拟现实技术将为规划带来更好的逼真感。 1.3 ?本文主要研究内容 本文先介绍了虚拟现实技术的技术背景、应用和特点。然后从实现的角度，介绍了OpenGL三维图形接口库，重点介绍了一些特效的实现原理，如融合、纹理、天空盒等等。最后在VS2005中实现了对方正大楼的三维建模，实验结果有一定的立体感和沉浸感，用户可以在其中漫游。本文的结构安排如下： 第一章? 绪论。介绍了虚拟现实的背景、意义以及国内外研究现状，并说明了本文的主要研究内容和结构安排。 第二章? 虚拟现实与OpenGL。介绍了虚拟现实的特点和技术原理，GBMR与IBMR的区别。 第三章? OpenGL特效实现。介绍OpenGL中如何实现纹理贴图、视角变换等技巧。 第四章? 系统实现。介绍在Visual Studio 2005 中实现的方正大楼，并给出最终的效果图。 第五章? 总结与展望。对本文的工作进行了总结并提出了未来工作研究的方向。