基于游戏引擎3D GAMESTUDIO的虚拟校园系统设计与实现

摘要

自20世纪90年代以来，虚拟现实技术由于其独有的多感知性、沉浸感、交互性及自主性一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一。它借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境，而且支持用户使用自然的技能亲身感受它。目前已经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、游戏、电影、工程技术、科技探索等多方面领域。
　　 计算机游戏是虚拟现实技术一个重要的应用领域。自上世纪90年代初期，由于个人PC的发展，以及历经10年的普及，计算机游戏，尤其是3D游戏已经成为人们在生活中不可或缺的娱乐项目。随着计算机游戏产业与虚拟现实技术的结合，游戏引擎也随之应运而生。将游戏引擎引入“数字校园”的研究中，为校园的规划和设计提供了一种全新的手段。
　　 本文以西南交通大学九里校区为背景，开发出基于游戏引擎3DGS(3D GameStudio)的虚拟校园系统，实现了虚拟校园的漫游与交互。论文主要研究内容如下：
　　 1.分析了各种建模技术的基本理论，重点分析和比较了基于图形的建模技术与基于图像的建模技术之间的差异，指出了各自的适用范围，并确定了将图形建模为主的建模方法。
　　 2.探讨了场景建模实现方法，重点介绍了可视化建模技术。在此基础上，合理利用建模关键技术，从模型构建优化方面，使用三维虚拟场景建模的优化技术和方法，很好地解决了“实时性”和“真实感”矛盾的问题，显著提高了系统的实时渲染和响应速度。
　　 3.研究了3DGS(3D GameStudio)游戏引擎，采用了C/S(客户机/服务器)模式作为网络通信的基本结构，建立多用户在线交流平台，用户可以在线和所有浏览该校园的用户交流，互动，感觉到一种社区化的漫游体验；对整个校园场景加入了各种节点实现了漫游功能，多视角切换，导航图显示，自然环境模拟，交互功能，完善了整个虚拟校园系统；在此基础上利用利用面板和按钮，实现了用户对三维场景的自由管理。
　　 4.设计并实现了3D赛跑游戏，增强系统的娱乐性。
　　 本文经历了理论分析到设计实践的完整过程，完成了该系统的基本功能。经测试，系统能够实时显示，具有良好的逼真度、立体感、交互性和娱乐性。最后本文对游戏引擎技术在该研究方向上做了一些展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外游戏引擎的发展状况

1.2.1游戏引擎概述

1.2.2国外的发展状况

1.2.3国内的发展状况

1.3本论文主要内容及结构安排

第2章 基于3DGS的虚拟校园系统简介

2.1游戏引擎3DGS

2.1.1 3DGS简介

2.1.2 3DGS游戏引擎的特点与结构

2.2虚拟校园系统的分析

2.2.1系统分析

2.2.2虚拟校园系统的特点与工作内容

2.2.3虚拟校园系统的开发过程

2.3本章小结

第3章 虚拟校园模型的建立及优化

3.1虚拟场景建模方法

3.1.1几何建模

3.1.2图像建模

3.1.3物理建模

3.1.4对象行为建模

3.1.5运动建模

3.2虚拟场景建模工具

3.3虚拟校园场景建模

3.3.1建模数据收集，纹理制作

3.3.2建筑建模

3.3.3路灯、树木及其它模型的建模

3.3.4建模中应注意的问题

3.4虚拟校园系统优化技术

3.4.1模型优化

3.4.2优化前后比较

3.5本章小结

第4章 基于3DGS的虚拟校园系统关键技术

4.1虚拟校园系统功能需求

4.2虚拟校园系统设计

4.2.1系统总体设计

4.2.2虚拟校园场景构建

4.2.3网络通讯

4.2.4交互功能

4.2.5自然环境模拟

4.2.6 3D游戏

4.3本章小结

第5章 虚拟校园系统的开发

5.1系统的开发环境

5.1.1系统开发的硬件环境

5.1.2系统开发的软件环境

5.2系统的运行结果

5.3本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文