摘 要

近年来，由于各方面的技术的发展与成熟，虚拟场景已经可以逼真的还原现实中的场景。 虚拟环境漫游技术为现实中许多方面提供了便利，降低了工作难度。而其中利用计算机对大规模的外景环境例如森林，进行建模是一个几何度非常复杂的问题，其要求的性能远远超过了现有高端图形硬件的功能。

我的工作是尝试用简单的方法搭建树的模型还原某个真实的场景，控制人物移动来漫游虚拟场景，以达到足不出户便可漫游该环境的目的，这篇文章中主要写出了如何通过Unity 3D建模来达到森林漫游与交互的目的。

关键词：场景引擎；漫游交互；虚拟森林

Roaming and interaction towards virtual forest

ABSTRACT

In recent years, due to the development and maturity of various technologies, virtual scenes have been able to restore realistic scenes.Virtual environment roaming technology provides convenience for many aspects in reality and reduces the difficulty of work.The modeling of large-scale outdoor environment such as forest by computer is a geometrically complex problem, and the performance required far exceeds the function of existing high-end graphics hardware.

Our work is to try to restore a real scene by building a model in a simple way, and to control the movement of characters to roam the virtual scene, so as to achieve the purpose of roaming the environment without leaving the house. This paper mainly writes how to simplify the model and real-time rendering of the roaming environment。

Key words：scene engine; Roaming interaction; virtual forest

目 录

1 绪论………………………………………………………………………………………4

1.1选题研究背景及意义………………………………………………………………………4

1.2课题研究现状………………………………………………………………………………4

1.3本文研究内容………………………………………………………………………………5

2 虚拟森林漫游与交互的构建…………………………………………………………………………6

2.1 虚拟森林场景的设计与分析………………………………………………………………………6

2.2 虚拟森林场景的搭建………………………………………………………………………7

2.3 建模软件的使用……………………………………………………………………………………9

2.3.1 Unity 3D 简介……………………………………………………………………………9

2.3.2 Unity 3D 的学习………………………………………………………………………9

3 初始公告牌云算法………………………………………………………………………………11

3.1 初始公告牌云算法的研究………………………………………………………………………11

3.2 问题和算法………………………………………………………………………………………12

4 Unity 3d模型搭建流程………………………………………………………………………………14

4.1 创建工程及场景………………………………………………………………………14

4.2 创建组件………………………………………………………………………………………16

4.3 创建光源、摄像机……………………………………………………………………………17

4.4 创建地形、天空盒………………………………………………………………………………19

4.5 创建脚本………………………………………………………………………………………21

4.6 物理引擎及功能实现……………………………………………………………………………22

4.6.1 碰撞检测……………………………………………………………………………22

4.6.2 人机交互……………………………………………………………………………22

结论 ……………………………………………………………………………………24

致谢 ……………………………………………………………………………………25

参考文献 ……………………………………………………………………………26

1 绪论

• 1. 选题研究背景及意义

近年来，虚拟环境各方面的技术愈发成熟，可以逼真的还原现实中的场景。而虚拟环境漫游技术为现实中许多方面提供了便利，降低了工作难度。对于虚拟环境的模拟中比较大的难题就是渲染室外的景物，因为植物的建模由大量的多边形构成，导致大规模的森林在实时渲染时比较困难，其所需的图形处理对硬件要求极高，阻止了实时漫游的可能性。如何简化建模，改进漫游算法已达到实时漫游交互的程度是需要深入研究的课题。

三维图形学中最大的问题之一就是产生和描绘大量的地形风貌，特别是森林之间的情境。这种植物多边形模型具有非凡的研究意义是很好的研究课题，而且现在有大量软件可以有快速的制造出这种树木的模型，并且进行实时修改。举个例子，一个 1万多棵具有20w个细节的树木模型组合成一片森林的情况下，该场景内就会包含20亿个多边形。凭现在的技术手段你不可能实时看到这片森林，所以大多数渲染技术不是太慢，就是图像质量远远达不到要求的品质。

• 1. 课题研究现状

1993美国华盛顿高校的hoppe教授及其团队开发出了三维模型简化算法，这种算法立足于网格的优化。依靠最小能量方程来验证确认缩合递次以及新定点的位置，而在96年，他们在原算法的概念上发展出来递进网络模型，利用这种要领可以传导任何精密度的三边网络模型。在2011年，中国的金勇团队基于由网格近似定义的全局误差能量开发出了异种局部贪心优化算法。这种方式有着运算量小和高效率的优点，并且能够有效地应用于完整的建模系统。

在现在的三维模型简化算法中，被应用最广泛的就是基于图像的 Billboard 算法，运用一个被渲染后具有二维纹路的长方形以代替3D模型，然后将该四边形与用户的主视角进行绑定，迫使观察者只能看到该四边形的正面，但这种方法在的视觉效果并不是很优秀。于是2000年的时候Jakulin等人在这种算法的基础上加以改进利用切片后再缝合的绘制法，虽说这种方法一定程度上改善了三维物体在近处观察的视觉效果，但是这样的视觉效果达不到对于模型有精确细节要求的用户的需求。03年， Decoret团队经过不断的改善，又在原来的基础上开发出了云广告牌模型简化算法，比之原有的算法更加的灵活。区别于基于图像的算法，1997年 E. Debevec团队设计出将几何模型与图像结合的建模与渲染方法，这种基于图像的建模方法完成模型简化的目的是通过采集原始场景的图像获取深度图像来重新搭建模型来完成的。

1.3本文研究内容

结合论文的主旨虚拟的森林漫游与交互，本人主要做了以下几种工作来完成论文的编写：

（1）重点研究Billboard Clouds模型简化算法；