虚拟现实技术实验报告.docx

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虚拟现实技术实验报告

虚拟现实技术实验报告

实验成绩评定指标

上机前准备：

□充分□一般□不充分

其他情况说明

实验出勤情况：

□全勤□请假次□缺勤次

操作练习态度：

□认真□较好□不专注

实验完成情况：

□全部□部分□未完成

报告撰写质量：

□优秀□良好□合格□不合格

综合评定成绩：

□优秀□良好□中等□及格□不及格

实验一：

SketchUp软件认识与使用

准备情况：

□充分□一般□不充分

出勤情况：

□出勤□请假□缺勤

实验态度：

□认真□较好□不专注

报告质量：

□优秀□良好□合格

完成情况：

□全部□部分□未完成

实验时间：

6月12日、星期五、5-8节

综合评定成绩

□优秀□良好□中等□及格□不及格

一、实验目的与要求：

1.目的

通过本次实验，使学生掌握SketchUp软件的基本架构，理解利用SketchUp进行场景制作的基本步骤，能够熟练运用SketchUp软件的主要功能及相关工具。

2.要求

每位学生进行SketchUp软件的安装和配置，操作练习SketchUp的主要功能及相关工具，理解体会各种操作的执行结果，并独立总结撰写完成实验报告。

二、SketchUp的主要功能：

边缘和平面：

这是绘图最基本的元素

每个SketchUp模型皆由两种元素组成：

边缘和平面。

边缘是直线，而平面是由几条边缘构成一个平面循环时所形成的平面形状。

例如，矩形平面是由四条边缘以直角角度互相连接在一起所构成的。

自己可在短时间内学会使用SketchUp的简单工具，从而绘制边缘和平面来建立模型。

一切就是这么简单容易！

推/拉：

从2D迅速转为3D

使用SketchUp专利设计的[推/拉]工具，可以将任何平面延伸成立体形状。

单击鼠标就可开始延伸，移动鼠标，然后再单击即可停止延伸。

自己可以将一个矩形推/拉成一个盒子。

或绘制一个楼梯的轮廓并将其推/拉成立体的3D形状。

想绘制一个窗户吗？

只需在墙上推/拉出一个孔即可。

SketchUp易于使用而广受欢迎，原因就在于其推/拉的功能。

精确测量：

以精确度来进行作业处理

SketchUp特别适合在3D环境中进行迅速的绘图处理，但是它的功能不仅仅只是一只神奇的电子画笔而已。

因为当自己在计算机上进行绘图处理时，自己在SketchUp中所建立的一切对象都具有精确的尺寸。

当自己准备好要建立模型时，自己可以随意根据自己想要的精确度来进行模型的建立。

如果自己愿意，自己可以将模型的比例视图打印出来。

如果自己有SketchUpPro，自己甚至还可将自己的几何图形导出到AutoCAD和3dsMAX等其他程序内。

路径跟随：

建立复杂的延伸和板条形状

使用SketchUp创新万能的[路径跟随]工具，可以将平面沿预先定义的路径进行延伸以建立3D形状。

沿L形线路延伸一个圆形即可建立一个弯管的模型。

绘制瓶子的一半轮廓，然后使用[路径跟随]工具沿一个圆形来扫动，就能建立一个瓶子。

自己甚至还可以使用[路径跟随]工具来圆整扶手、家具和电器等对象的边缘。

颜料桶：

套用颜色和纹理

自己可以用SketchUp的[颜料桶]工具使用颜色和纹理等材料来绘制模型。

群组和组件：

建构更智能的模型

自己可将模型中几何形状的各个部分「粘在一起」成为一个群组以建立更容易移动、复制和隐藏的子对象。

组件虽然有点像群组，不过比群组更方便：

组件的各副本相互关联，因此在一个副本上所做的改变会自动影响其他副本。

窗、门、树、椅子和数以百万计的其他对象都可受惠于此功能。

阴影：

进行阴影研究以增加真实感

SketchUp强大的实时[阴影引擎]可让自己对模型进行精确的阴影研究。

截面：

查看模型的内部

自己可以使用SketchUp的交互式截面功能暂时性切开设计的一部分以查看其内部。

自己也可使用截面功能来建立正交视图（例如楼层布置图）以使用SketchUpPro将几何图形导出到CAD程序，或在处理模型时以更佳方式检视模型。

此外，自己也可使用SketchUp的场景功能来移动或旋转截面，甚至制作截面动画。

场景：

储存检视及建立动画

为了让自己可轻松储存模型的精确检视，以便稍后返回该检视，我们设计了场景功能。

需要建立动画吗？

只需建立几个场景并按下一个按钮即可。

环顾和行走：

亲自探索自己的创作

SketchUp利用一组简易的导览工具来提供第一人称检视，从而让自己身临其境的检视模型。

用[定位镜头]单击可让镜头「立在」模型内的任何地方。

使用[环顾]工具转动自己的虚拟头部。

最后，切换到[行走]模式来以步行方式探索自己的创作，自己甚至还可以上下楼梯和斜坡。

Google地球：

在周围环境中检视自己的模型

SketchUp和「Googleearth」属于同一产品系列，因此自己可以在两者之间轻易交流信息。

自己的项目需要一个建筑地点吗？

按下一个按钮即可直接从「Googleearth」中将缩放的空照图，包括地形，汇入到SketchUp中。

沙盒工具：

处理地形

SketchUp的[沙盒]工具让自己能够建立、优化和更改3D地形。

自己可以从一组汇入的等高线来产生平滑的地形，增添窄路和径流山谷以及建立房间和车道。

3D模型库：

可以在3D模型库中寻找任何自己所需要的模型

Google3D模型库是一个庞大的在线3D模型库，自己可在其中寻找任何自己所需的对象。

若自己能免费下载，为何需要自己建立呢？

汇入3DS：

在建模时拔得头筹

自己可以将3DS档案直接汇入到自己的SketchUp模型中。

有3DS格式的家具要使用？

只需要汇入即可进行处理。

汇入图像：

用照片贴墙

SketchUp可让自己汇入JPG、TIFF、PNG和PDF等文件格式的图像。

自己可以单独使用这些图像（有点像海报性质），也可以将图像粘贴到表面以建立建筑物、包装设计等具有如照片般真实感的模型。

汇出TIFF、JPEG和PNG

SketchUp可让自己汇出最大10,000像素正方形的位图，因此自己可使用电子邮件进行发送、在文件中发布或投影到墙上，只要选择一些选项并单击[导出]即可进行汇出，过程简易迅速。

PRO汇入和汇出DXF和DWG：

平面线条绘图和3D模型

SketchUpPro可让自己汇入和汇出DXF和DWG，轻松地将设计图、截面、立视图或甚至整个模型移入（和移出）自己喜欢的CAD程序。

汇入和导出的几何图形尺寸将维持1:

1的比例，而且图层将予以保留。

PRO汇出PDF和EPS：

平面向量图

SketchUpPro可让自己以PDF和EPS格式导出模型的视图，从而让自己能够在Illustrator和Freehand等向量编辑程序中继续进行处理。

对于需要不受分辨率限制的平面图像来说，导出到这些格式是最好的方法了。

PRO汇出3DS、OBJ、XSI、FBX、VRML和DAE

如果自己使用的是SketchUpPro版，则自己可将自己的模型导出成若干有用的3D格式。

Pro使用许多不同的工具，这些导出程序提供与几乎所有现有流行的3D建模应用程序互通的能力，可让SketchUp参与大多数的专业工作流程。

三、SketchUp的特点特色:

1、GoogleSketchUp的运行界面简洁明了，使用者容易上手，操作命令少，与那些复杂的3D建筑软件形成鲜明对比。

2、GoogleSketchUp可以直接进行设计作业，在电脑上进行构思创意与细节修改，保证了建模成功的准确性。

它可以完成二维、三维空间和模拟手稿设计效果图，软件提供设计外表面贴图材质选择，可实现淡彩钢笔效果。

3、GoogleSketchUp适用范围广阔，它的使用者有木工技师、电影制作人、游戏厂商、广告设计师、建筑工程师等，涉及的领域从社交网络到建筑工程、定位导航等兼有。

4、GoogleSketchUp方便的推拉功能，设计师通过一个图形就可以方便的生成3D几何体，无需进行复杂的。

5、GoogleSketchUp可以实现剖面动画效果和建模阴影演示动画，设定模型的时间和城市等信息。

6、快速生成任何位置的剖面，使设计者清楚的了解建筑的内部结构，可以随意生成二维剖面图并快速导入AutoCAD进行处理。

7、GoogleSketchUp与AutoCAD，Revit,3DMAX，PIRANESI等软件结合使用，快速导入和导出DWG,DXF,JPG,3DS格式文件，实现方案构思，效果图与施工图绘制的完美结合，同时提供与AutoCAD和ARCHICAD等设计工具的插件。

8、自带大量门，窗，柱，家具等组件库和建筑肌理边线需要的材质库。

9、轻松制作方案演示视频动画，全方位表达设计师的创作思路。

10、具有草稿，线稿，透视，渲染等不同显示模式。

11、准确定位阴影和日照，设计师可以根据建筑物所在地区和时间实时进行阴影和日照分析。

12、简便的进行空间尺寸和文字的标注，并且标注部分始终面向设计者。

13、GoogleSketchUp与3DMAX功能非常相似，但是它缺少了独立渲染器，需要通过外部渲染器实现效果图渲染。

四、实验体会与收获：

通过这次的上机实验，初步认识了一个Google公司主导开发的SketchUp软件。

先是二维的绘图工具：

画直线，矩形，圆，圆弧，多边形和手绘线。

然后是编辑工具:

移动，旋转，缩放，推拉，路径跟随，偏移复制。

而编辑工具里面的移动、旋转、缩放是建模工具通用的命令。

并且，发现推拉是SketchUp特有的神一样的命令，课下自己维基百科了一下，竟然还申请专利了！

路径跟随听说是为了纪念TIG出的一款插件，而集成进去的。

偏移复制跟cad的offset差不多。

接着就是测量标注相关的工具，然后视图查看工具，基本鼠标快捷键可以操作，不用过来点图标。

最后是导人视和剖面相关命令。

初步学习了这些简单的入门操作，算是有打开了一扇窗户吧，如果以后做项目需要的话，自己会再去上论坛具体的学习了解SketchUp的几个体系：

组件和群组、材质系统、样式系统，图层系统。

总体来说，这次的上机的收获真的是蛮多的。

实验二：

全景作品的制作

准备情况：

□充分□一般□不充分

出勤情况：

□出勤□请假□缺勤

实验态度：

□认真□较好□不专注

报告质量：

□优秀□良好□合格

完成情况：

□全部□部分□未完成

实验时间：

6月19日、星期五、5-8节

综合评定成绩

□优秀□良好□中等□及格□不及格

一、实验目的与要求：

1.目的

通过本次实验，使学生理解全景技术的概念、种类以及全景作品的常用文件格式，掌握全景作品的制作流程，熟练各种制作软件的功能及操作。

2.要求

每位学生根据所提供的素材，练习全景图的制作并独立撰写完成实验报告。

二、实验软件及系统：

实验软件：

PTGuipro9.0汉化版（去笑脸版）、UleadCool360

操作系统：

WindowsXP

三、全景作品制作步骤：

Cool360制作步骤：

1、启动 Photoshop，选择菜单“文件→自动→Photomerge”出现对话框，选择“打开”后面的“文件”选项，然后单击“浏览”按钮打开照片的保存文件夹，或者单张图片按住 Ctrl 键选择要添加的图片，选择下方的“混合图像”选项，最后单击“确定”按钮。

左边的版面选项提供了自动、透视、圆柱、仅调整位置和互动版面四个选项，每一个都有不同的效果，自动模式下的全景拼接是把所有的单张照片按照原来的大小透视直接拼接起来，这个对于数字博物馆的展示方式是比较可取的，一般情况下选择自动模式即可；透视模式是把单张图片的原来的正常透视进行调整，拼接完的全景图类似于多张单张图片拼接而成的平面图，没有立体效果；圆柱模式是把拼接完的全景图左右两边放大，让后再弧形的屏幕上显示出来的时候正好是自动模式的效果；互动版面是一种可手动操作的模式，可以自己调节单张照片之间的顺序，上方时图片源，下方是拼接区，可以把上面的图片拖到下面的拼接去进行拼接， 拖动右侧“导航器”下的“滑块”可以调节“拼图区”的显示比例，在“拼图区”排列图片时，当两幅图片重叠时，Photomerge 会自动将图片之间的重叠部分设为透明，这样可以方便我们观察图像的重叠效果是否真实合理。

如果选择了“对齐图像”选项，可以在检测到共同之处时自动将重叠图像固定到位。

2、裁剪拼接后的废弃部分。

3、设置完成后单击“确定”按钮完成图像拼接，最后选择菜单“文件→存储为”命令保存全景图片。

PTuiPro制作步骤：

1、打开PT,加载图像，自动对准图像后，发现多次对准图像都无法拼接成功，这时就需要手动拼接了。

2、在“方案助手”的“相机、镜头参数”取消“自动”，水平视角填180°（这里可以根据自己的镜头视角填写），之后的操作要在全景图编辑器（看到效果图的窗口）里了。

3、在全景图编辑器里，选择“编辑个别图像”按钮图标，然后就可以分别对0-5号图像进行编辑了。

4、对图像进行拖动调整，要先选择一个图像作为参考，天、地包含了整个水平的内容，最适合做为初始参考了。

当然如果天的图像过于单一或者无参考性就可以选地。

5、参考图像做好，现在开始从图像0开始，一幅幅图拖动，对准吧。

鼠标左键拖动，鼠标右键旋转，一直到拖到满意效果为止。

补地图片（图片5）的拼接也是一样，手动拖拉到底部，右左移动来对准。

6、点击“编辑整个全景图”可以切换到全景效果查看，这样可以看到整个效果图。

如不满意，继续步骤5操作。

7、对于细节的调整，可以打开放大镜查看局部细节，针对细节位置进行调整。

细致活。

要做到精确就得慢慢拖动。

同理可以把其它图片的对接点一一对准好。

8、通过5-7步骤的调整，基本可以出来一张全景图了。

然后调整一下补地图片的参数，使脚不显示就可以了。

四、实验体会与收获：

通过这次的虚拟现实上机实习，我们学习了PTGui这款软件。

PTGuiPro是一款基于Windows与MacOSX平台的全景摄影照片拼接软件，由NewHouseInternetServicesBV开发并维护。

它的使用便捷入手还算是比较快，主要功能包含图像拼接与混合，支持长焦，普通与广角及鱼眼镜头所拍摄的照片，支持创建普通，圆柱以及球形全景照片。

而这次我们主要是学习了它的柱形全景图和球形全景图、对象全景图的制作。

分别从三个不同的方面来入手了对全景图的制作，并了解了各种全景图的特点：

柱形全景图的制作：

把拍摄的照片投影到以视点为中心的有限高度的圆柱上，从而水平360度观看四周的景色，但是如果用鼠标向上下拖动时，上下的视野将受到限制，你看不到天顶，也看不到地底。

即垂直视角小于180度。

球形全景图的制作：

把拍摄的照片投影到以视点为中心的圆球上从而使你能水平360度，垂直180度，即全视角360X180观看全景照片。

可以说你已经融入了虚拟环境之中。

球形全景照片的制作比较复杂：

首先必须全视角拍摄，即要把上下前后左右全部拍下来，普通相机要拍摄很多张照片。

然后再用专用的软件把它们拼接起来，做成球面展开的全景图像，最后选用播放软件，把全景照片嵌入你的网页。

对象全景图的制作：

对象全景的目的是展示对象（如你要拍摄汽车，汽车就是对象）的3D形象,拍摄时瞄准对象，转动对象，而不是转动相机，每转动一个角度，拍摄一张，顺序完成。

然后选用对象全景的播放软件，使你能用鼠标拖动对象做水平360度转动,展示对象的3D全貌,你也会有3D的感觉,最后把它嵌入你的网页，发布到你的网站上。

对象全景也有很广的应用范围：

商品和玩具展示，文物观赏，艺术和工艺品展示等。

并且，还了解了QuickTimeVR的优点是:

幅面大,图像质量好；

使用方便，兼容性好；

多视角观看，真实感强；

制作简单，数据量小。

以后如果遇到适合这样类型的需要，一定会有限考虑到这个软件。

实验三：

ArcGIS中空间信息的三维可视化表达

准备情况：

□充分□一般□不充分

出勤情况：

□出勤□请假□缺勤

实验态度：

□认真□较好□不专注

报告质量：

□优秀□良好□合格

完成情况：

□全部□部分□未完成

实验时间：

6月26日、星期五、5-6节

综合评定成绩

□优秀□良好□中等□及格□不及格

一、实验目的与要求：

1.目的

通过本次实验，使学生掌握利用ArcGIS软件对空间信息进行三维可视化的方式、手段和步骤，以及3DMax、SketchUp等三维建模软件与ArcGIS软件间的数据转换与通讯方式。

2.要求

每位学生根据所提供的实验数据及相关教程资料，独立完成ArcGIS空间信息三维可视化、3DMax、SketchUp模型数据的导出、ArcGIS三维数据的导入等练习，并通过实际操作和总结，独立撰写完成实验报告。

二、实验软件及系统：

实验软件：

ArcGIS10.0

操作系统：

Windows7

三、三维可视化方法及步骤：

1、三维地形建模

（1）打开ArcScene，加载生成的不规则三角网TIN，此时在界面中显示三维的地形场景。

（2）加载影像，在影像图层上点击右键，选择属性，在基本高度选项卡中，选择在自定义表面上浮动，此时文件路径默认为TIN文件的路径，点击确定。

（3）此时，影像和TIN就叠加到了一起。

将TIN隐藏，此时界面中就形成了三维的地形图。

如果地形凸起不明显，可以右键点击数据框的场景属性，修改垂直夸大的数值，点击确定。

2、三维物体建模

（1）打开ArcScene，打开数据文件中的可视化效果.sxd，和二维场景进行对比，可以发现场景主要有点、环绕整个场景的线要素，以及地面和物体的面要素，以及高程数据。

（2）新建ArcScene场景，将3D.mdb中的D3DVisualization要素数据集添加到场景中。

此时场景中有两个点要素，一个面要素、一个线要素和一个等高线数据。

（3）根据等高线生成DEM。

首先将等高线转换为TIN，选择3DAnalyst中的数据管理，打开创建TIN工具，输入要素选择等高线，将TIN加载到图层中。

然后根据TIN生成DEM，选择3DAnalyst中的转换->由TIN转出->TIN转栅格，生成DEM数据。

此时在界面中就出现了三维的地形。

（4）面要素的三维化。

打开面要素的属性面板，选择符号系统，类别->唯一值，值字段设为Height，添加0和1值。

选择拉伸选项卡，勾选拉伸图层中的要素，拉伸值或表达式设为Height字段。

选择基本高度选项卡，在从要素获取的高程中勾选使用常量值或表达式，在字段计算器中选择BaseHeight字段，点击确定。

（5）线要素的三维化。

打开线要素的属性面板，选择拉伸选项卡，输入拉伸的高度，选择确定。

（6）符号类型设置。

点击内容列表中的符号，打开符号选择器。

对于符号库中已有的符号可以直接使用。

如果没有，点击编辑符号，打开符号属性编辑器，类型选择3D标记符号，选择符号所在位置，点击确定，加载符号。

还可以在符号管理器中新建符号库，对符号库中需要的符号进行新建，自己定义一个符号库。

在符号选择器面板中选择样式引用，勾选自定义的符号库。

（7）点要素和线要素的三维化与面要素相同。

对于Point2，因为在三维地形上，所以在属性面板的基本高度选项卡中要选择在自定义表面上浮动。

对Point2按TYPE字段进行分类，在符号属性编辑器中选择3D标记符号，选择已经建好的Sketchup模型，点击确定，此时界面上的点就被选择的模型替代。

3、三维全场景显示:

三维全场景显示就是将建立好的场地与地物模型能够以三维空间的方式展现给大家,实现基本空间浏览功能（放大、缩小、漫游、导航、飞行）等,这部分主要是通过ArcScene来完成的,通过工具栏中的放大/缩小、导航、飞行等功能达到可视范围的变化。

在ArcScene实现三维全场景显示是比较简单的,只要加入带有Z（高程）的图层如shapefiles,TIN,ras-ter,geodatabase等,就可以以三维方式显示。

本文以某中学为例完成了三维全场景显示。

具体操作为:

启动ArcScene,通过添加数据工具加载进来已经完成的GRID模型或TIN模型并载入导出的Multipatch格式的三维建筑模型。

为了使整个场景看起来更加丰富,可以载入二维的点数据,如路灯、行道树、汽车等,将这些二维的点数据设置为SketchUp格式的3D标记符号。

由于这些3D符号与二维点数据有共同的坐标参考系统,所以在Arc-Scene中的位置是完全吻合的。

这些数据都加载进来后在ArcScene中就可以以三维的方式显示了,见图4。

三位全场景在ArcScene中的显示不仅模拟了三维的场地与地物,使其直观的展现给大家,而且使得大量的三维信息得到了充分的利用,为后期的三维分析做了充足的准备。

四、实验体会与收获：

通过这次的VR上机实习，我们学习了ArcGIS的又一个强大的功能。

，三维可视化表达，以及在ArcScene中的显示，并认识到将CAD中的数据格式转换成GIS数据时需要注意下列问题:

1）图层并不是关闭或锁定,该图层的数据就不会被导出。

实际上GIS将CAD数据倒出时是将所有CAD文件中所有的数据都导出的。

如果要将据按不同类型导出,那就需要多建几个CAD文件。

2）一定要将CAD文件放在英文目录下面,否则在ArcCatalog中无法显示,CAD文件名尽量用英文。

以上两种构建场地模型的方法都是在进行了场地竖向设计的基础上完成的,在ArcGIS中,还可以实现栅格表面和TIN表面的相互格式转换。

场地数字模型精确的建立一方面为后期地物模型的构建创造了基础,另一方面大大提高了后期三维分析的准确度。

而且，不同软件所起到的作用,并详细论述构建场地模型和地物模型的过程,完成了在ArcScene中场地与地物的三维可视化。

Civil3D软件在场地模型构建方面的引入也为ArcGIS中三维地形显示提供了新思路,使ArcGIS中场地高程数据表达更加精确。

通过SketchUp提供的SketchUp6ESRI插件完成了MultiPatch格式的三维模型构建,可以灵活地对Multipach的属性信息进行直接的添加和修改,从而为后期ArcGIS强大的空间分析做了充足的准备。