CN103700127A - 基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，按照以下步骤：1）获取与古遗址相关的图片并进行预处理；2）根据与古遗址相关的图片进行古遗址建模；3）将古建筑物模型采用*.3DS格式导出后与古建筑物模型的纹理保存于预先建好的文件夹内；4）采用Visual Studio软件，用配置了OpenGL的VC++平台对得到的*.3DS文件进行读取与重绘，构建出的3D古遗址场景，并添加光照和纹理；5）设置好文件路径，调用构建出的3D古遗址场景作为漫游场景，实现对古遗址虚拟场景漫游。本发明的古遗址虚拟场景快速生成方法能够有效的实现古遗址虚拟场景的构建及完成对古遗址虚拟场景的漫游。

Description

基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法。

背景技术

古遗址是文化遗产中最珍贵的一部分，是每个国家和民族的珍贵财富，任何一个国家的发展不仅需要有雄厚的物质基础，还需要强大的精神积累。中国作为四大文明古国之一，有着五千年的悠久历史，祖先留下了许多丰厚而宝贵的自然文化遗产及规模宏大的古代遗址，其中有北京的故宫、秦朝的兵马俑、敦煌的莫高窟及西安的古城墙等。这些文化遗产作为不同时期文化信息的载体，记录并延续了我国悠久历史，它们不但是人类文明发展重要的标志，也为我国古代历史文化的研究和科学新技术的发展提供了重要的参考资料。

随着社会文明的进步和飞速发展，城市现代化及乡镇城市化的建设进程加快，人类从农耕文化向工业化及现代化转型。在这些发展及转型过程中，我国的古遗址在不同程度上遭遇到破坏，一方面由于风雨的侵蚀、雷击、地震等自然原因，古遗址遭受了损坏；另一方面为了让世人更好的了解中国文化，能够在世界范围内传播、展示现存的古遗址所蕴含的文化价值，导致的一些人为的破坏，这让古遗址文化的传承与发扬遭遇到了空前的挑战与危机。保护这些古遗址逐步成为全社会的共同愿望，如何能更好的保护和展示这些珍贵且有特色的文化遗产，让其长时间完好的保留下去，供给后人研究和欣赏，是文化遗产保护领域急需解决的一个非常重要的难题。虚拟现实技术的出现在很大程度上解决了这个难题，对我国的古遗址数字保护有着极其重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，能够有效的实现古遗址虚拟场景的构建及完成对古遗址虚拟场景的漫游。

本发明所采用的技术方案是，基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、获取与古遗址相关的图片并对获取的与古遗址相关的图片进行预处理；

步骤2、在3D Studio Max软件中，采用多边形建模的方法根据步骤1获取的与古遗址相关的图片进行古建筑物建模，再构建古建筑物周围的建筑物模型和古建筑物所处的地物环境模型；

步骤3、将经步骤2在3D Studio Max软件中构建的古建筑物模型采用*.3DS格式导出，再将导出的3D古建筑物模型及其古建筑物模型的纹理放在预先建立好的文件夹中保存起来；

步骤4、采用Visual Studio软件，用配置了OpenGL的VC++平台对步骤3得到的*.3DS文件进行读取与重绘，并添加步骤2中所得到的古建筑物周围的建筑物模型和古建筑所处的地物环境模型，构建出完整的3D古遗址场景，然后对3D古遗址场景添加光照和纹理；

步骤5、经步骤4构建出VC++平台中程序框架后，在程序中设置好文件路径，调用构建出的3D古遗址场景，调整好古建筑物的位置，完成对古遗址虚拟场景漫游。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、用数码照相机对古遗址进行拍照，获取与古遗址相关的图片，对古遗址拍照的内容包括有：古建筑物本身、古建筑物周围的建筑物和植物、古建筑物所处的天空及地面环境；

步骤1.2、经步骤1.1拍摄得到与古遗址相关的图片后，将收集到的所有与古遗址相关的图片导入photoshop软件中，利用photoshop软件对所有图片进行裁剪、较色和调色处理；

步骤1.3、将经步骤1.2处理好的图片进行分类、保存。

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、打开3D Studio Max软件，根据步骤1中拍摄得到的古建筑物本身的图片，在3D Studio Max软件中创建出古建筑物的基本几何体；

步骤2.2、利用虚拟现实中的层次细节技术对经步骤2.1创建出的古建筑物的基本几何体进行细化和修改，得到理想的古建筑物模型；

步骤2.3、将步骤1获取的古建筑物本身的图片作为步骤2.2构建出的古建筑物模型的材质和贴图，构建出3D古建筑物；

步骤2.4、构建古建筑物周围的建筑物模型和古建筑物所处的地物模型。

步骤2中采用的3D Studio Max软件为3D Studio Max2009软件。

步骤2.4具体按照以下方法实施：

古建筑物周围的建筑物模型中涉及的周围建筑和植物均采用动态Billboard技术和VC++编程配合构建；

古建筑所处的地物环境模型中涉及的地面和天空采用天空盒结合VC++编程构建。

步骤4中采用的Visual Studio软件为Visual Studio2008软件。

步骤4中OpenGL的VC++平台中涉及的程序框架构建具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、调用gluLookAt函数进行各视点之间的变换，用于全面的查看构建出的3D古遗址场景；

步骤4.2、分别调用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数，利用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数分别进行3D古遗址场景的平移、旋转、缩放；

步骤4.3、调用glMatrixMode函数进行投影变换，确定3D古遗址场景中的一个观察区域；

步骤4.4、对构建出的古遗址场景进行视口变换，采用自由方式，通过键盘上的方向键实现在古遗址场景中前、后、左、右的行走，采用键盘上的UP\DOWN键实现视角的上、下变化，控制古遗址场景，使用GoldWave录用软件录制所需音频，在程序中调用sndPlaySound()函数播放音频文件。

本发明的有益效果在于：

（l）本发明的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法可对濒临绝迹的古遗址进行动态再现和展示，加深了人们对文化发展与演变的理解；

（2）本发明的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法可减少参观者与古遗址的直接接触，使得古遗址大规模的非破坏性展示成为可能，同时又能克服地域限制，让大众在最大程度上欣赏古遗址；

（3）本发明的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法为中华民族古遗址文化在全世界范围内迅速得传播、不断的弘扬、提供了无限可能，增强了世界各国对我国文化的认同感。

（4）本发明的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法步骤简单，工作量小，实现起来方便，但又不失真实感，沉浸感和交互性。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、获取与古遗址相关的图片并对获取的与古遗址相关的图片进行预处理：

步骤1.1、用数码照相机对古遗址进行拍照，获取与古遗址相关的图片，对古遗址拍照的内容包括有：古建筑物本身、古建筑物周围的建筑物和植物、古建筑物所处的天空及地面环境，这些共同构成了古遗址场景；

步骤1.2、经步骤1.1拍摄得到与古遗址相关的图片后，将收集到的所有与古遗址相关的图片导入photoshop软件中，利用photoshop软件对所有图片进行裁剪、较色和调色处理；

步骤1.3、将经步骤1.2处理好的图片按拍照内容划分的三类进行分类、保存。

步骤2、在3D Studio Max2009软件中，采用多边形建模的方法根据步骤1获取的与古遗址相关的图片进行古建筑物建模，再构建古建筑物周围的建筑物模型和古建筑物所处的地物环境模型：

对于古遗址建模包括有三部分，分别为：古建筑物模型、古建筑物周围环境模型及古建筑物所处的地物环境模型；其中采用层次细节技术（即LOD技术）对构建出的古建筑物模型进行优化，对古建筑物模型，采用细节较高的模型，对古建筑物周围的建筑物采用细节较粗的模型；配合使用纹理的方法，可使构造出的古遗址场景更具真实感。

步骤2.1、打开3D Studio Max2009软件，根据步骤1中拍摄得到的古建筑物本身的图片，在3D Studio Max2009软件中创建出古建筑物的基本几何体；

步骤2.2、利用虚拟现实中的层次细节技术对经步骤2.1创建出的古建筑物的基本几何体进行细化和修改，得到理想的古建筑物模型；

步骤2.3、将步骤1获取的古建筑物本身的图片作为步骤2.2构建出的古建筑物模型的材质和贴图，构建出3D古建筑物；

步骤2.4、构建出古建筑物周围的建筑物模型及古建筑物所处的地物环境模型：

古建筑物周围的建筑物模型中涉及的周围建筑和植物均采用动态Billboard技术和VC++编程配合构建；

古建筑所处的地物环境模型中涉及的地面和天空采用天空盒结合VC++编程构建。

步骤3、将步骤2中在3D Studio Max2009软件中所构建的古建筑物模型采用*.3DS格式导出，再将导出的古建筑物模型及其古建筑物模型的纹理放在预先建立好的文件夹中保存起来，记住文件夹名称以方便往后程序的调用；其中，由于3D Studio Max软件构建出的古建筑模型直接输出*.max文件数据量很大，所以采用的是*.3DS格式；

步骤4、采用Visual Studio2008软件，用配置了OpenGL的VC++平台对步骤3得到的*.3DS文件进行读取与重绘，并添加步骤2中所得到的古建筑物周围的建筑物模型和古建筑所处的地物环境模型，构建出完整的3D古遗址场景，然后对3D古遗址场景添加光照和纹理，以提高了古遗址场景的真实感，OpenGL的VC++平台中涉及的程序框架具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、调用gluLookAt函数进行各视点之间的变换，用于全面的查看构建出的3D古遗址场景；

步骤4.2、分别调用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数，利用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数分别进行3D古遗址场景的平移、旋转、缩放；

步骤4.3、调用glMatrixMode函数进行投影变换，确定3D古遗址场景中的一个观察区域；

步骤4.4、对构建出的3D古遗址场景进行视口变换，实现对古遗址场景的3D观察，采用自由方式，通过键盘上的方向键实现在古遗址场景中前、后、左、右的行走，采用键盘上的UP\DOWN键实现视角的上、下变化，来控制古遗址场景，使用GoldWave录用软件录制所需音频，在程序中调用sndPlaySound()函数播放音频文件。

其中，步骤2中构建出的古建筑物周围的建筑物模型与古建筑所处的地物环境模型将直接在步骤4编辑的程序中呈现，无需调用。

步骤5、经步骤4构建好VC++平台中程序框架后，在程序中设置好文件路径，调用构建出的3D古遗址场景，调整好古建筑物的位置，将古建筑物与周围的建筑物、植物、天空及地面完美融合，将其作为漫游场景，实现对古遗址虚拟场景漫游。

实施例：

用数码照相机对故宫进行不同角度的拍摄，获取与故宫相关的图片，拍摄的内容包括有：故宫内的主要建筑物如：乾清宫、坤宁宫、交泰殿，主要建筑物周围的其他宫殿、植物、天空及地面；收集拍摄得到的与故宫相关的图片后，将所有与故宫相关的图片导入photoshop软件中进行剪裁，即进行放大或缩小、旋转、校色调色处理；将处理好的图片按照作为材质贴图的背景图片进行分类，并分别保存在相应文件夹中，预先给文件夹编辑不同的名称，便于以后的调用；

打开3D Studio Max2009软件，根据拍摄到的故宫内主要宫殿的图片创建出主要宫殿（乾清宫、坤宁宫、交泰殿）的基本几何体；利用层次细节技术对创建出的主要宫殿的基本几何体进行不断细化和修改，得到理想的故宫主要宫殿模型；将获取的主要宫殿的图片作为材质和贴图，分别赋予理想的故宫主要宫殿模型上；

采用天空盒的方法，用VC++编程构建故宫所处的天空和地面；采用Billboard方法，用VC++编程构建故宫主要宫殿周围的建筑物和植物；

将在3D Studio Max2009软件中所构建的故宫模型采用*.3DS格式导出，再将导出的故宫模型及其故宫模型的纹理放在预先指定的文件夹中保存，以方便往后程序的调用；

采用Visual Studio2008软件，用配置了OpenGL的VC++平台对得到的*.3DS文件进行读取与重绘，将构建出的3D故宫场景显示在计算机上，并对构建出的3D故宫场景添加了光照和纹理，其中OpenGL的VC++平台中涉及的程序构建方法为：调用gluLookAt函数进行不同视点之间的变换，用于全面的查看构建出的3D故宫场景；分别调用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数进行3D故宫场景的平移、旋转、缩放；调用glMatrixMode函数进行投影变换，确定3D故宫场景中的一个观察区域；对构建出的3D故宫场景进行视口变换，实现故宫场景的3D观察，采用自由方式，通过键盘上的方向键实现在故宫场景中前、后、左、右的行走，采用键盘上的UP\DOWN键实现视角的上、下变化，来控制3D故宫场景，使用GoldWave录用软件录制所需音频，在程序中调用sndPlaySound()函数播放音频文件；

完成VC++平台中程序框架后，在程序中设置好文件路径，调用构建出的3D故宫场景作为漫游场景，实现对3D故宫虚拟场景漫游。

Claims (7)

1.基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、获取与古遗址相关的图片并对获取的与古遗址相关的图片进行预处理；

步骤2、在3D Studio Max软件中，采用多边形建模的方法根据步骤1获取的与古遗址相关的图片进行古建筑物建模，再构建古建筑物周围的建筑物模型和古建筑物所处的地物环境模型；

步骤3、将经步骤2在3D Studio Max软件中构建的古建筑物模型采用*.3DS格式导出，再将导出的3D古建筑物模型及其古建筑物模型的纹理放在预先建立好的文件夹中保存起来；

步骤4、采用Visual Studio软件，用配置了OpenGL的VC++平台对步骤3得到的*.3DS文件进行读取与重绘，并添加步骤2中所得到的古建筑物周围的建筑物模型和古建筑所处的地物环境模型，构建出完整的3D古遗址场景，然后对3D古遗址场景添加光照和纹理；

步骤5、经步骤4构建出VC++平台中程序框架后，在程序中设置好文件路径，调用构建出的3D古遗址场景，调整好古建筑物的位置，完成对古遗址虚拟场景漫游。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、用数码照相机对古遗址进行拍照，获取与古遗址相关的图片，对古遗址拍照的内容包括有：古建筑物本身、古建筑物周围的建筑物和植物、古建筑物所处的天空及地面环境；

步骤1.2、经步骤1.1拍摄得到与古遗址相关的图片后，将收集到的所有与古遗址相关的图片导入photoshop软件中，利用photoshop软件对所有图片进行裁剪、较色和调色处理；

步骤1.3、将经步骤1.2处理好的图片进行分类、保存。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、打开3D Studio Max软件，根据步骤1中拍摄得到的古建筑物本身的图片，在3D Studio Max软件中创建出古建筑物的基本几何体；

步骤2.2、利用虚拟现实中的层次细节技术对经步骤2.1创建出的古建筑物的基本几何体进行细化和修改，得到理想的古建筑物模型；

步骤2.3、将步骤1获取的古建筑物本身的图片作为步骤2.2构建出的古建筑物模型的材质和贴图，构建出3D古建筑物；

步骤2.4、构建古建筑物周围的建筑物模型和古建筑物所处的地物模型。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，所述步骤2中采用的3D Studio Max软件为3D Studio Max2009软件。

5.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，所述步骤2.4具体按照以下方法实施：

古建筑物周围的建筑物模型中涉及的周围建筑和植物均采用动态Billboard技术和VC++编程配合构建；

古建筑所处的地物环境模型中涉及的地面和天空采用天空盒结合VC++编程构建。

6.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，所述步骤4中采用的Visual Studio软件为Visual Studio2008软件。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的古遗址虚拟场景快速生成方法，其特征在于，所述步骤4中OpenGL的VC++平台中涉及的程序框架构建具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、调用gluLookAt函数进行各视点之间的变换，用于全面的查看构建出的3D古遗址场景；

步骤4.2、分别调用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数，利用glTranslate函数、glRotate函数、glScalef函数分别进行3D古遗址场景的平移、旋转、缩放；

步骤4.3、调用glMatrixMode函数进行投影变换，确定3D古遗址场景中的一个观察区域；

步骤4.4、对构建出的古遗址场景进行视口变换，采用自由方式，通过键盘上的方向键实现在古遗址场景中前、后、左、右的行走，采用键盘上的UP\DOWN键实现视角的上、下变化，控制古遗址场景，使用GoldWave录用软件录制所需音频，在程序中调用sndPlaySound()函数播放音频文件。