前言：中文期刊網精心挑選了電子游戲設計方案范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
電子游戲設計方案范文1
【關鍵詞】動漫游戲系統；STM32；uC/OS-II；圖層；嵌入式
Abstract：A animation-game system based on embedded system was proposed in this paper.The system consists of hardware and software.The hardware was cored as the ARM microprocessor of STM32103，and Amazon-LF was used to execute processing of multimedia，the two processors cooperated with peripheral circuits formed the hardware configuration.The software system consists of drive of hardware，real-time operating system uC/OS-II and applied program in which multilayer mechanism were used in image display.The multilayer mechanism can decrease the processing load and improve the stability of the animation-game system.A system of animation-game was completed successfully in this study through optimization of hardware and software design.
Keywords：Animation-game system；STM32；uC/OS-II；embedded-system
1.引言
動漫游戲產業屬于動漫產業的一種衍生產品，因其具有低能耗、高產業價值等特點與優勢，被譽為21世紀的朝陽產業[1-3]。目前市場上的動漫游戲按平臺類別大致可分為兩種：網絡游戲與機臺游戲。以PC為平臺的機臺游戲多為進口主板或采用企業專用平臺，兼容性較差，同時因為游戲產品的時效性，上述不足容易造成資源浪費。本設計的目的是為了彌補現有機臺動漫游戲的不足，為機臺動漫游戲提供一個通用的嵌入式平臺[7-13]，從而縮短機臺游戲的開發周期，提高效率、節省成本。系統采用ARM Cortex-M3為內核的STM32F103VET6控制器作為控制核心，以uC/OS-II作為實時操作系統，充分利用uC/OS-II系統的信號量、郵箱機制來實現多線程之間的游戲任務切換，從而提高硬件資源的運行效率，最終實現一個結構精簡，可重復利用的嵌入式動漫游戲平臺。
圖1 系統整體框圖
2.系統總體設計
系統的整體框圖如圖1所示。整個系統主要包括嵌入式控板模塊、分機模塊和電源模塊共3個主要部分。其中電源模塊負責給整個系統提供穩定的電壓電流，系統的核心是嵌入式游戲主控模塊（一臺主控板可帶多臺分機），而分機模塊負責接收如搖桿這些游戲外設的人機交互信息，并在做初步處理后，通過CAN總線把數據和信息發送給游戲主控板進行分析、判斷和處理，然后主控板將根據程序把對應動畫效果顯示在LCD顯示器上。
嵌入式游戲系統的硬件框圖如圖2所示。電路由主控制器STM32、多媒體處理芯片Amazon-LF以及NAND FLASH存儲器、音頻處理電路、視頻接口電路、SD卡接口電路和電源電路等組成。主控板通過抗干擾能力強的CAN總線和分機實現通信，并將分機通過CAN總線發來的相關信息經過邏輯處理后，轉換成命令傳遞給多媒體處理芯片Amazon-LF。Amazon-LF芯片通過串口和主控制器通信，在接收到指令后自行讀取多媒體庫里面的相關素材并進行處理，包括圖像翻轉、解壓和音頻去噪等工作，然后將數據輸出到顯示和音頻設備。
圖2 嵌入式主控板硬件框圖
3.動漫游戲系統硬件電路設計
3.1 主控器及電路設計
如圖3所示是主控板的部分原理圖，其中包括詳細的SD_CARD接口和CAN總線接口電路圖。系統設計中充分利用了STM32這款處理器的優越性能、豐富外設以及自帶的固件函數。其中SD卡的作用是自動為動漫游戲系統進行程序升級，當載有程序的SD卡接入電路時，系統能自動檢測到硬件并開始程序升級；USB和LCD作為備用接口；STM32通過一個串口和Amazon-LF連接實現通信；STM32的CAN接口通過CAN總線接口芯片實現與分機通信。
圖3 接口原理圖
3.2 多媒體處理電路設計
系統的多媒體處理電路的設計主體是采用32位的Amazon-LF EISC微處理器。與傳統的多媒體處理系統相比較，采用專用的多媒體處理器可以減小核心CPU的處理負擔，提高系統的運行速度。Amazon-LF是一款低成本、高性能的視頻/圖像加速器，其內部集成了32位EISC（SE3208）處理器核以及一些周邊的功能模塊如定時器、串行接口等。芯片內建的Cache可以提供單指令周期的編碼和數據處理以加速程序的執行速度。Amazon-LF支持NTSC/PAL的視頻顯示式，并具有基于3D的圖像加速引擎。實現對多媒體資料存儲作用的是NAND FLASH，采用的是M59PW1282芯片，在電路中的作用是存儲動漫游戲中用到的圖片文件、音樂文件、以及各種字庫資源。在系統運行過程中，Amazon-LF在接收到STM32發來的指令后，讀取M59PW1282中的存儲的數據，并將讀取的的數據送往視頻和音頻輸出口輸出。音頻驅動電路實現對Amazon-LF輸出的音頻信號的驅動和處理，包括濾波、數模轉換、信號放大等。
4.動漫游戲系統軟件系統設計
4.1 uC/OS-II實時操作系統移植
由于系統需要多線程操作，任務調度，需要為動漫游戲系統移植uC/OS-II實時操作系統。uC/OS-II是用標準C語言和匯編語言來寫的，只有與微處理器相關的部分是由匯編指令寫的，所以在STM32F103VET6上移植uC/OS-II實時操作系統，只需要做的工作就是修改與處理器有關的部分，主要有三個文件：寫處理器相關文件OS_CPU.H和OS_CPU_C.C；匯編文件0S_CPU_A.ASM和系統配置文件OS_CFG.h，圖4給出了uC/OS-Ⅱ體系結構以及它與系統硬件之間的關系。圖中還給出了STM32初始化函數中有相關的內設和外設配置。
圖4 uC/OS-II軟件和對應硬件體系結構
4.2 硬件驅動程序
動漫游戲系統在使用微控制器的各種外設接口資源、以及各種硬件資源時只需要調用這些硬件資源的驅動程序。動漫游戲系統的硬件驅動程序由串口打印輸出驅動程序、SD卡驅動程序、Amazon-LF驅動程序、液晶顯示器驅動程序、SPI串行通信口驅動程序等程序組成。以上的驅動程序保證了各個模塊硬件資源的正常工作。系統只要調用這些底層驅動程序，就可實現整個動漫游戲系統的各個硬件部分功能。
4.3 應用程序設計
圖5 主任務程序流程圖
圖6 動畫程序流程圖
圖7 示意效果圖
應用程序包括一個主函數程序和4個任務程序。（1）主函數包括了uC/OS-Ⅱ系統的初始化，主任務初始化以及一些相應的硬件初始化程序，在主函數中創建了4個任務函數，包括主任務、動畫任務、聲音任務、顯示任務。主函數的程序流程如圖5所示。（2）主任務程序設計。主任務程序是在主函數中創建的，主函數創建了4個任務，應用程序所需要實現的功能大部分都在這4個任務中，而主任務是幾個任務中最重要的一個任務，在主任務中有實現程序升級的函數，LCD、按鍵、CAN和動畫等初始化函數，以及處理消息任務和定時任務等。主任務程序流程圖如圖5所示。（3）動畫子程序設計。系統中的動畫采用金魚群的游動作為實驗測試。實現魚群游動的動畫應用程序，是劃分到最細的子程序模塊。金魚群游動函數程序流程見圖6所示。動畫的頁面效果是多層圖層疊加在一起顯現的。而圖層就象膠片一張張按順序疊放在一起，組合起來形成頁面的最終效果。金魚圖層就只含有金魚圖像，同理，背景圖層就只含有背景圖像。動漫游戲系統設計中，采用了多層圖層，不同圖像創建了自己的圖層。當一層圖層處于頂層時，它會遮掩它下面的圖層，不用的地方可以濾掉，使下一層的圖像顯現。當一幅圖像需要調用時，直接使它的圖層標志使能，同理，當不需要該圖像時，則關閉對應的圖層。這種設計方案可以減少芯片處理數據的負荷，使圖像顯示更加流暢。
5.結語
本文利用STM32作為中央處理器設計了硬件電路。在硬件電路基礎上移植uC/OS-II實時操作系統并完成了應用程序的編寫，最后成功實現了一個動漫游戲系統設計。由系統的圖形接口輸出的圖像運行流暢，可以到達18幀/秒的傳輸速度，圖7為其中截取的一幅圖像。經過溫度和時間測試，系統運行穩定可靠。
參考文獻
[1]隋楊洋.動漫游戲產業的發展現狀、產業鏈接與政策研究[J].南方論叢，2008（09）03：191-193.
[2]蔡進，趙呈領.淺談我國教育游戲的現狀問題及開發原則[J].教育信息化，2005，10：21-23.
[3]廖祥忠，賈磊磊.2008中國動漫產業發展報告[R].合肥：安徽美術出社，2010：2-13.
[4]譚玲.動漫產業[M].重慶：四川大學出版社，2006：150-200.
[5]尹曉宇.科技改變生活：電子游戲[J].今日科苑，2009（01）：20-21.
[6]馬紅亮.電子游戲的教育價值：來自美國研究的新觀點[J].開放教育研究，2009（01）：105-109.
[7]胥京宇.用“軟件+服務”平臺滿足嵌入式市場的新趨勢――微軟嵌入式事業部發展訪談[J].世界電子元器件，2009（01）：94-95.
[8]張舸，林世勇.基于嵌入式系統的游戲程序設計[J].現代電子技術，2009，06（293）：86-90.
[9]姚錫忠.嵌入式操作系統的現狀及發展趨勢[J].中國新技術新產品，2009（23）：38
[10]曹文浩.一種嵌入式操作系統內核的設計與實現[D].吉林大學，2009：8-12.
[11]Andrew N.Sloss，Dominic Symes，Chric Wright著.沈建華譯.ARM嵌入式系統開發――軟件設計與優化[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005：145-245.
電子游戲設計方案范文2
計算機技術在現代藝術設計中的應用現狀
網頁設計21世紀是一個信息化的時代，網絡已經遍布全球。所以網頁設計行業也飛速發展，在設計中行業中占據了十分重要的地位。我們經常用到的網頁設計軟件無疑就是Dreamweaver、Fireworks、flash這三種。Dreamweaver是一個的可視化網站開發工具。主要用于動態網站的開發。Fireworks主要是用于對網頁上常用的jpg、gif的制作和處理。也用于制作網頁布局。Flash主要是用來制作動畫。三種軟件的交叉應用，可以實現各種網頁的設計。平面藝術設計計算機在平面處理軟件中最常見的就是ADOBE公司出品的Photoshop、Indesign、Illustrator等軟件。這三種軟件都是簡單易學的，其中應用較為廣泛的Photoshop軟件可分為圖像編輯、圖像合成、校色調色及特效制作部分操作人員通過對這三類軟件的來回切換，優勢互補使圖像、圖形、文得到更好的處理，使作品表現出意想不到的結果，進而實現各種平面藝術的設計。工業造型設計工業造型設計是既具有實用性的目的，又以美的要素為必要條件的造型．它的主要特征表現為：工業產品功能的實用性，實現產品功能的科學性和造型設計的藝術性以及人一機協調，從而達到產品實用、經濟、美觀的目的．這三者的是相互牽連并相互影響的，三者是不可分割的整體，計算機在工業造型中的應用中具有獨特的優勢，它操作嚴密、計算精準還可以進行模擬演示。目前在工業造型設計領域最常用的設計軟件即是AUTODESK公司出品的CAD軟件。CAD軟件命令功能強大，能實現很多復雜的造型效果，。軟件整體布局簡潔，操作容易，得到了廣泛的應用。建筑裝潢設計隨著計算機技術的不斷進步，由于建筑輔助設計軟件的不斷創新和功能操作的不斷簡化，已經能受到了很多建筑裝飾設計師的青睞，其中常見的有精準嚴密的CAD軟件以及3DMAX，各種三維技術和cg技術的進步，已經能夠讓建筑裝飾設計師設計出逼真的建筑，并且通過立體的展示，讓整個建筑裝飾設計完美的展現給客戶，讓客戶在還沒有看到真實的設計結果前，就能夠感受到這些建筑裝飾設計成功后的效果，從而有助于這些建筑裝飾設計獲得用戶的喜愛。影視動畫設計計算機對傳統動畫產業的影響十分重大。無論是二維動畫還是三維動畫，其中，在二維動畫中常用到的軟件有FLASH、CTP、FlipBook、Moho等，三維軟件常用的有Maya、ZBrush、3DMAX等。提高了影片的質量，同時給作者很大的發揮空間。計算機動畫的應用領域非常廣泛，有動畫片制作，廣告、電影特技，教學演示，訓練模擬，作戰演習，藝術品展示，產品模擬試驗，電子游戲等。可以將設計結果直接生動的展現給大家。
計算機技術的優點
高效、快速且精度極高。要想針對不同設計方案制作相應的樣品，需要投入大量的人力、物力，而且樣品的精確度和準確度很難控制。因此，高效快速，精準度高是電腦取代手工的重要原因之一。據有關資料統計，電腦的應用使設計周期縮短了三分之二至六分之五，工藝的設計周期縮短五分之四至十分之九，效率平均提高二至二十倍。而且電腦修改的更加快速，保存方便，可以迅速完成對任何局部的修改，而且可以隨意復制，因此極大地降低了成本。色彩極其豐富。現在大多數電腦都是二十四位的色彩，一千六百多萬種顏色可供屏幕選擇，不僅體現的視覺上的多彩，更滿足了不同人的需求。便于演示。計算機的另一個優勢就是可以演示，通過構建一個虛擬空間滿足大家的心理需求，而且可以通過演示找到存在的問題，避免出現重大錯誤。可以幫助設計師高水平地完成建筑藝術設計圖紙，方便后期的施工和效果再現。
計算機在藝術設計中的發展趨勢
時代在發展，技術在進步。在這個，以信息技術為代表的科學技術的迅猛發展的時代，科技的力量無處不在，我們賴以生存的環境日益被計算機技術、網絡技術和信息技術滲透和包圍著。與此同時，計算機踏上了飛速發展的快車道。計算機已經成為當今設計領域的重要組成部分。未來的設計肯定是基于高科技平臺的產物。計算機的軟件技術也會越來越先進，越來越簡潔明了，易于大眾接受。新的版本更是會層出不窮，未來的計算機硬件的性能會更出色，在圖形圖像的表現方面也會得到更大的突破.藝術設計的門檻也會因為技術的進步大大降低，隨著科學技術的發展和藝術發展規律的變化，計算機將聯通了科學與藝術，讓人類把握設計傳統，架設未來，引導使用者走進一個虛擬的空間來欣賞設計者的作品，在現實中發展且改變著現實，成為藝術的締造者，真正為人類服務。
電子游戲設計方案范文3
一、統一思想認識，營造良好氛圍。
市委辦公室、市政府辦公室《市集中整治影響發展環境的干部突出問題活動實施方案》下達后，我局立即召開由機關工作人員及局屬各單位領導主要負責人參加的動員大會，傳達學習了《市集中整治影響發展環境的干部突出問題活動實施方案》文件精神，局長、黨總支書記書記同志作動員講話。徐局長從充分認識加強作風紀律整治的重要性，亟待解決文廣電發展中存在突出問題的緊迫性以及如何開展好此次干部作風紀律整治活動三個方面，對全系統作風紀律整治活動作了動員。號召全體干部職工要把思想迅速統一到上級的部署上來，增強搞好這次作風紀律整治活動的政治責任感和歷史使命感。研究下發了《市文廣電局集中整治影響發展環境的干部突出問題活動實施方案》，成立以局長、黨總支書記同志任組長，局總支成員任副組長，各單位主要負責人為成員的“文廣電局干部作風紀律整治工作領導小組”，具體負責這次活動的組織、指導、協調、督查和實施。各單位也立即組織召開動員大會，進行層層發動。局黨總支成員認真處理工學矛盾，帶頭參加學習，帶頭查擺問題，帶頭整改，為進一步搞好整治活動起到了很好的帶動和引導作用。
二、認真查擺問題，對照檢查到位。
在整治活動中，我們把查擺問題、剖析問題作為整治活動的重中之重。提出了自我剖析要“深”，查找問題要“準”，分析原因要“透”，交心談心要“誠”，整改措施要“實”的五點要求。每位干部職工圍繞自身作風紀律、服務態度及工作落實情況，對照《準則》等紀律要求，對照基層和群眾反映強烈的突出問題，反復查擺問題，深挖思想根源，并在民主生活會上對自身問題進行深刻反思。通過學習討論和深刻剖析，真正觸及到廣大干部職工的靈魂深處，充分調動了大家創新工作的積極性和主動性，達到了以干部作風紀律的整治促工作創新的目的。通過自查自糾，查找出6條亟待解決的問題,歸納起來主要有以下幾個方面：一是理論學習抓得不緊，整體素質有待提高；二是服務意識、大局意識有待進一步加強；三是工作作風不夠扎實，特別是工作中遇到困難和問題，考慮客觀原因的多，主動想辦法去解決的少；四是遵守工作紀律不夠嚴格，規章制度落實的不夠好。
三、完善創新長效機制，教育成效明顯。
主要是堅持做到領導帶頭抓整改，圍繞學習抓整改，結合工作抓整改，聯系實際抓整改，落實責任抓整改，力求在完善創新和狠抓長效上下功夫。特別要通過修訂完善相關制度，形成良好的管理機制，保證干部廉潔性、紀律性、自覺性，增強戰斗力。一是完善學習培訓機制，對干部職工開展多種形式的學習教育培訓，做到長遠培訓規劃和年度計劃、短期計劃相結合，提高工作能力和工作水平。二是創新管理方式，大力推動政務公開工作。按照審批程序，大力推行窗口工作公開透明，接受社會監督，堵塞管理漏洞。三是進一步完善效能建設考核考評機制，通過職工群眾、服務對象、各界群眾滿意度測評，加強對工作作風、效能建設的監督。四是探索建立符合時代要求，體現文廣電特色的激勵約束機制，對立足本職，勤奮工作，創一流工作業績的干部職工予以獎勵，對工作能力差、服務意識差乃至嚴重違紀違法人員予以懲戒。
電子游戲設計方案范文4
情感能力是人類智能的重要標志，情感在人與人的交互中必不可少。那么，作為邏輯計算典范的計算機可以有情感嗎？情感可以計算嗎？近十年來，計算機科學迅猛發展，并與心理學、神經科學、生命科學等一起擴展了經典的邏輯計算，共同開展了情感計算的研究，取得了很大的進展。
情感計算的起源
早在1985年，人工智能的奠基人之一Minsky就提出了計算機與情感的問題，但“情感計算”一詞真正提出源于美國麻省理工學院的Picard在1997年出版的《情感計算》，Picard在該書中把“情感計算”定義為“與情感有關、由情感引發或者能夠影響情感的因素的計算”。 今天，人們進行情感計算研究的目的是讓計算機具有感知、理解、模仿人類情感特征的能力，以提高人機交互的效率和質量。具體包括情感信息獲取、情感表達、參數化建模、識別和理解、生成和模擬，最終目標是讓計算機在邏輯技能的基礎上加上理智和平衡，從而建立一種更為和諧的人機環境。
情感計算一提出，就受到了學術界和企業界的廣泛關注。麻省理工學院情感計算研究小組較早開展了多方面的研究，例如開發可穿戴設備，識別真實情境中的人類情感，研究人機交互中的情感反饋機制，研制能夠用肢體語言表達情感的機器人。瑞士政府成立了情感科學中心，讓心理學、神經科學、哲學、歷史學、經濟、社會、法律等多學科合作開展情感計算的研究與應用。日本文部省曾支持“情感信息的信息學、心理學研究”重點基金項目。日內瓦大學成立了情緒研究實驗室，布魯塞爾大學則建立了情緒機器人研究小組。英國伯明翰大學開展了“認知與情感的研究”，A. Sloman教授提出了情感的三層體系結構。歐盟也把情感計算列入研究計劃。IBM公司實施的“藍眼計劃”，可以使計算機“未卜先知”。例如，當你看地圖時，計算機可以找到你感興趣的地點，并主動介紹其風土人情。英國電信應用情感計算技術改進呼叫中心，使其更加人性化。遇到特別無禮的用戶時，具有情感意識的語音識別系統會提醒話務員保持冷靜。處理完這類電話后，系統會安慰和鼓勵話務員，幫助他們調節情緒。
在國家重點基金的支持下，我國的清華大學與中科院心理所的研究人員成立了情感計算研究組。3年來，課題組對情感計算的關鍵技術進行了探討，引入并修訂了PAD情感狀態模型，使復雜情感可計算了。此外，還收集了大規模的多模態情感數據庫，數據庫中包括視頻、語音和生理數據，研究了認知與情緒的交互作用，抽取了視頻、臉像、行為和語音中的情感信息，實現了情感識別和合成等。以此為基礎，在情緒識別、情緒表達、情緒產生和反饋的機制等方面都進行了深入的研究。上述研究成果中的一部分正逐步走向應用，過去只存在于科幻小說和電影中具有情感的計算機，正在逐步變成現實。
情感計算改善人機交互的和諧性
人在與計算機交互的過程中，需要機器能理解自己的需要和感受，帶有某種情感地進行交流。因為缺乏情感的交流，將傳遞不完整的信息，這就嚴重影響人機交互的效果和效率。因此計算機需要掌握人類情感世界的鑰匙，才能主動地、智能地為人類服務。而且，神經科學和心理學的研究者早已發現情感在感知、決策、創造性等思維活動中的作用。
對照人類的決策過程，人們發現人腦在記憶力、計算速度等方面遠遜色于計算機，卻能在短時間內做出最佳決策，這在很大程度上得益于人類情感的參與。計算機如能具有情感，無疑將大大提高其決策速度和效率。有了情感的指引，決策過程將具有更加明確的目的性和方向性，而不是在龐大的求解空間中盲目地嘗試。同時，情感計算機將具有更大的自主性，在遇到突發事件時，能自動地調整算法或行為，從而主動地、創造性地完成任務。
通過情感記憶庫，計算機還將能夠及時總結經驗教訓，逐步具備自主學習的能力。情感計算的研究無疑將為人工智能的發展提供一條新的途徑。此外，情感計算的研究對于理解人類的情緒乃至人類的思維都有著重要的價值。通過情感信號采集設備精確記錄的數據，可以深入分析人類的情感體驗。利用計算機程序模擬人工生命的情感進化過程，可以幫助我們了解人類情感的起源。
情感計算技術還可以廣泛地應用于教育、娛樂、藝術等領域。在電子游戲領域，通過可穿戴設備和游戲手柄等外設，游戲軟件可以感知游戲者的情感狀態。這些信息可以幫助設計者了解游戲者的偏好。同時，游戲者的化身可以通過一些動作來表現這種情感變化，使游戲更逼真。例如，游戲者吃驚時，化身會猛然向后跳去。游戲者感到恐懼時，化身會發抖。人們往往很難明確說出自己的喜好，但在看到自己心儀的設計時，情感會準確無誤地告訴我們“這就是我想要的”。如果計算機能夠在人們瀏覽設計方案時，記錄其情感反應，自動分析用戶的偏好。
今天，情感計算的研究已在很多方面取得了進展，尤其是在改善人機交互的和諧性上得到了用戶的認可。美國麻省理工學院的類人機器人小組（humanoid robotics group）研制的機器人Kismet能夠以眼睛、嘴唇、耳朵的動作表現快樂、悲傷、厭倦等情緒。麻省理工的情感計算小組還研究了情感支持對用戶的影響。實驗結果表明，在用戶產生挫敗感時，計算機如能給予情感支持（例如主動傾聽、對用戶的遭遇表示同情甚至歉意），將降低用戶的挫敗感。以此為基礎，麻省理工情感計算小組設計了一個情感對話系統: 虛擬人“Laura” 可以通過文字界面與用戶交流鍛煉身體的心得。鍛煉者完成目標時，Laura會贊揚他; 若鍛煉者未完成目標，Laura則會鼓勵他。經過一段時間的“相處”后，大多數用戶都更主動地鍛煉并愿意與Laura繼續交流，甚至有人認為Laura非常有魅力。
盡管面臨著很多困難，但不可否認情感計算的進步為我們展現了無限的前景。在可預見的未來，情感計算在醫療、娛樂、教育、藝術等領域將得到更廣泛的應用。情感計算出現的背后是人們對美好生活的向往。它的實現將改變人類的生活，同時豐富人類對自然的認知，推進人類對科學的探索。
也許今天我們在科幻電影上看到的情節――一個具有人類情感的機器人，在不遠的未來會成為現實。科學的進步永遠令人驚奇，讓我們拭目以待。
要實現情感計算，形成一個完整的情感交流過程，涉及到一系列理論和技術，如情感機理和描述、情感信息的獲取和量化、情感的識別和理解、情感的合成與表達，其核心技術主要包括情感信號的獲取、情感狀態的識別、情感理解和反饋以及情感表達。
情感信號的獲取指的是通過各種設備記錄情感信號。情感信號包括語音、面部表情、手勢、站姿等體態語以及脈搏、皮膚電等生理指標。隨著可穿戴技術的發展，出現了一些能夠測量生理信號的可穿戴設備，例如能夠測量脈搏的手鐲和測量心率的胸針、項鏈等，以及集成在鼠標上的生理信號測量設備，例如，IBM研制的情感鼠標可以測量脈搏、體溫、皮膚電反應等生理指標。這些設備的出現使情感信號獲取設備與用戶形影不離或直接融入人機交互界面中，大大方便了情感信號的獲取。值得注意的是，由于情感是一個多成分的復合過程，包括內在體驗、外顯表情和生理激活這三種成份，采集情感信號時往往要動用多種設備，同步記錄各通道上情感信號的變化。
情感狀態的識別是指對采集的情感信號進行分析，識別出人內在的情緒。由于情感狀態是一個反映內在體驗且隱藏在多種類別的情感信號中的量，因此情感狀態與情感信號之間是一個復雜的多對多的映射。在早期的研究中，往往采用演員表演的情感片段作為實驗數據，而非真實的情感體驗。隨著研究的深入，目前研究者的重點已經轉移到識別真實的情感。無論是在生活中捕捉人們的真情流露，還是在精心設計的實驗中激發各種情緒體驗，研究者都在努力提高情感數據的自然度。目前，計算機不僅可以識別情感的類別，還可以計算情感的強度。不僅可以識別靜態圖像中的表情，還可以分析連續視頻中的情感變化。
多模態信息融合的技術使計算機可以同步分析視頻、音頻、生理指標等多種信息，大大提高了識別的準確率。例如，美國麻省理工情感計算研究小組綜合利用面部表情、坐姿、游戲難度等三個模態的信息，識別游戲者的情感，與只用面部表情識別相比，識別率有相當大的提高。當然，情緒識別也面臨一些挑戰。首先，情感的變化受到環境的影響。如何在情感識別中加入環境的因素，都是值得研究的問題。其次，情感表現因人而異，在情感識別中如何處理個性和共性的矛盾，也是研究者非常關注的問題。
電子游戲設計方案范文5
關鍵詞：商業建筑室內設計；施工圖繪制；現場配合
Abstract:Inquire about the relationship between commercial interior design and construction drawing，combined with the experience from the construction process，the pursuit of the construction plan and actual perfect combination of the ideal state.
Keywords:commercial building interior design；construction drawing；site with
中圖分類號：TU238+.2
文獻標識碼：A
文章編號：1008-0422（2012）05-0127-02
1 引言
商業空間就是提供有關設施、服務或產品以滿足商業活動需求的場所。現代的商業空間指的是不僅可以滿足功能性方面要求，還可以滿足各類心理和精神的需求以及獲取相關信息需求的設施、條件以及環境場所。隨著我國經濟的繁榮，人民生活水平的提高，人民消費能力也大大提高。伴隨著城市的發展，貿易、商品市場的不斷擴大。改善商業環境是城市環境建設的需要。
2 基本概述
2.1現代商業分類：
現代商業分類主要包括百貨店（DEPARTMENT STORE）；購物中心（SHOPPING CENTER）；商業街（SHOPPING ARCADE）；連鎖店（CHAIN STORE）；超級市場（SUPER MARKET）；專賣店、便利店、量販店等。
2.2商業空間的功能性：
2.2.1展示性（SHOW）：除了一般意義上的商品陳列，商業的空間還可以包括舞臺上的動態的表演、各種形式廣告的、有關商品自身以及附加信息的傳達。
2.2.2服務性（SERVICE）：商業空間提供各種有形或無形的服務，包括購物、休閑、咨詢、寄存、修理、餐飲、美容等。
2.2.3娛樂性（AMUSEMENT）：提供影院劇場、兒童游樂、電子游戲、運動休閑等調劑身心的活動。
2.2.4文化性（CULTURE）：無論是商品或娛樂活動，其本質軍均是文化活動，包括各類流行也是一種文化。
2.3商業建筑室內設計內容：
本文主要以以規模較大的購物中心為例（圖1、圖2）。
商業建筑室內設計主要包括：室內步行街出入口；中庭；采光頂；觀光電梯；電梯廳；公共通道；公共衛生間；各大主力店區域入口；店招；自動扶梯；樓梯；消防前室；配套設施；多種經營店位；光環境設計；廣告、標識、色彩系統。
同時還可能包括：電梯橋廂、室內景觀、地下室、下沉式廣場、特殊商業活動、軟裝等。
3 室內設計中需特別注意的問題
以上各項設計內容都包含了許多的細節，常規的設計方式、流程不再贅述，以下就與施工圖繪制有關的內容特別分析。
3.1室內步行街出入口
出入口需配有常規的除塵墊也有稱刮砂地毯，其進深以2.4m為宜，但不得小于1.8m，等于正常步長3 - 4步。出入口平面布置上可考慮二道門，開門位置交錯，平頂上考慮風幕機的安裝位置，以滿足環保節能的需求。
3.2中庭（圖3、圖4、圖5）
中庭設計中最主要的二個組成：欄桿及側板。中庭欄桿及立撐（包括間距）必須在平面圖中明確表示，扶手轉角處必須示意為圓角，轉角處兩端立撐至拐角處（直角點）距離原則上以不大于300mm為宜，絕不允許大于標準立撐間距的1/2。欄桿與自動扶梯交接處欄桿的處理方法必須在圖中明確，必要時需畫大樣圖表示。中庭的側板上方連接欄桿基礎，中間造型可能需結合側送風口，下方與平頂的邊緣交接，同時會影響到下出風口、防火卷簾等，所以中庭欄桿及側板詳圖是地面、平頂施工圖的基礎，是確保設計方案能確實實行的基礎，所以在擴初的施工圖中就需繪制清楚。
3.3采光頂（圖5）
采光頂是商業設計中的亮點部位，并且需專業廠家來深化和施工，有高度的專業性。一般在室內裝飾開始施工前就會完成，以保證室內裝飾完成的部分不會被自然的風雨損壞。采光頂設計四要素：鋼結構+遮光簾+夜景效果+使用效果。采光頂初步設計中需考慮的問題包括：（1）主、副鋼龍骨的截面尺寸；（2）電動遮陽簾的位置；（3）相關設備機組的安放；（4）吊點位置和承重，一般150KG/點位，電動掛鉤應能夠單控和群控；（5）玻璃單塊尺寸是否可行；（6）采光頂可考慮向上泛光金鹵燈（150w）與向下直射金鹵燈（250w - 350w），其間距控制在一柱跨（8400）為宜，且兩種燈最好錯位放置。向下照明的燈具需考慮吊裝高度。
3.4觀光電梯
觀光電梯也需專業廠家配合內部結構的深化和施工，同樣具有高度的專業性。施工圖中需完整表現其正立面和側立面以及有變化部位的橫向剖面，需考慮觀光電梯所在中庭欄桿和側板與之相接，包括橫向分隔的關系。全玻璃觀光電梯需注意平衡錘的位置。
3.5公共通道（圖6、圖7、圖8）
大部分的管線會在走道上方布置，需特別注意穿過結構梁底的設備標高，主要是空調管、防火卷簾等較大設備。
3.6公共衛生間
衛生間入口門洞如無門套，需考慮立面與公共走道材料的分塊跟縫問題。
3.7店招
店招的設計應同時考慮到統一性與可變性。需考慮店鋪內小業主的裝修與統一店招在平頂及側面的交界處收口。如店鋪隔斷玻璃有防火要求，則玻璃在吊頂上方的部分需封堵至板底或梁底，并加防火棉。
3.8自動扶梯
天花圖中應明確自動扶梯的底板作法，需考慮燈具或造型的尺寸再確定自動扶梯側板的厚度及安裝形式。設計時應考慮自動扶梯下方的自動噴淋的安裝。根據《自動噴水滅火系統設計規范》第7.1.11條文規定：頂板或吊頂為斜面時，噴頭應垂直于斜面，并應按斜面距離確定噴頭間距。但下垂型標準噴頭斜向安裝可能因玻璃球的問題不能正常噴水。根據《民用建筑設計通則》第6.8.2條文規定：自動扶梯的梯級、自動人行道的踏板或膠帶上空，垂直凈高不應小于2.30m；自動扶梯的傾斜角不應超過30°，當提升高度不超過6m，額定速度不超過0.50m/s時，傾斜角允許增至35°。
3.9配套設施及多種經營點位
配套設施包括廣告燈箱、休息椅、垃圾桶、服務臺、公用電話、燈柱、ATM機、手機充電器、樓層導視等。多種經營點位主要用于設置島柜、臨時活動柜臺或臨時活動用水用電。這兩部分需要業主的招商部提供或確認。
3.10廣告、標識、色彩系統
包括功能性指示和導向性指示，還應考慮智能化的應用。
3.11特殊商業活動
主要是車展。需考慮車輛行駛的路線，車道地面裝飾材質的承載荷載。
3.12關于殘疾人坡道
為便于殘疾人使用的輪椅順利通過，坡道坡度不大于l/12，與之相匹配的每段坡道的最大高度為750mm，最大坡段水平長度為9000mm，室內坡道的最小寬度應不小于900mm。坡道的高度每升高1.50m時，應設深度不小于2m的中間平臺。樓梯踏步無直角突沿，不得無踢面。坡道、公共樓梯凌空側邊應上翻50，應設上下雙層扶手。在樓梯梯段(或坡道坡段)的起始及終結處，扶手應自其前緣向前伸出300mm以上，兩個相鄰梯段及梯段與平臺的扶手應連通。
3.13關于消防通道（圖8）
當未設置環形消防車道，且沿街長度超過150m 或總長度超過220m 時，應在適中的位置設置穿過建筑的消防車道。消防車道（包括穿過建筑的消防車道）的凈寬度和凈空高度均不應小于4m。
3.14關于防火卷簾
防火卷簾軌道后的基層內可根據實際增加防火棉。防火卷簾的形式及尺寸應盡早確認。
4 施工圖階段
進行到施工圖階段需再次確認的內容：
4.1因設計需要消防栓可在小范圍內移位，但移動后的位置需原建筑設計確認。同時應考慮上下樓層消防主管是否對應，是否需移位，移位后的消防主管是否會穿梁。
4.2時間條件和土建圖紙條件都具備的情況下，應做綜合平頂圖。
4.3提供給電氣工種前應注意在平面上顯示液晶顯示屏的位置。
4.4專業廠家根據現場實際尺寸深化墻面、地面石材的鋪貼排版后，應給于設計確認。
4.5公共區域與商鋪設計界面和施工界面的劃分和收口。
4.6施工圖繪制的前提主要包括：平頂標高與設備確認；梁位置確認；欄桿側板詳圖；防火卷簾位置及做法確認。
4.7材質標注必須詳細，不能有遺漏面。如果因塊面太小、太多等問題無法作到一一標明，應考慮不同的填充圖案以示區別，以免造成施工過程中飾面材質無法確定。
4.8底層自動扶梯下方如有服務臺，需考慮是否需做背景或儲藏室。
4.9圖紙空間和布局空間注意虛線及點劃線的線型比例設置。
4.10矩形中庭剖立面必須反映兩個立面，需看到自動扶梯或觀光電梯正、側兩個立面。
4.11店鋪立面隔斷玻璃分塊大小以2500為界，即大于2500的分二塊，小于2500的可做一塊。玻璃的厚度根據玻璃大小確認。
4.12加氣混凝土砌塊墻面干掛石材做法：200*200鍍鋅鋼板使用M12膨脹螺栓固定于上下樓板，8#槽鋼焊于鋼板上，L63*5鍍鋅角鐵橫撐于槽鋼腹板中，角鐵連接不銹鋼干掛件，最后是干掛石材飾面。槽鋼與現有墻體需有橫向連接點，避免槽鋼擾彎變型。干掛裝飾面層離原有墻體尺寸以小為宜。
5 結語
每個成功的裝飾項目都離不開前期設計、中期溝通繪制及后期的現場配合。深入理解設計的理念，結合項目的現場實際情況逐步調整，依靠在具體施工中得到的經驗回避可能發生的不利狀況，最后完成既能體現設計意圖又結合了現場實際的裝飾工程是每個室內設計師的美好愿望。
參考文獻：
[1]自動噴水滅火系統設計規范.GB50084-2001（2005年版）.
[2]手動輪椅車.GB/T 13800-92.
[3]方便殘疾人使用的城市道路和建筑物設計規范.JGJ50-88.
[4]商店建筑設計規范.(試行) JGJ48-88.
[5]商業建筑設計防火規范.DGJ32/ J67-2008.
[6]樓地面內裝修圖集.03J502-3.
[7]民用建筑設計通則.GB50352-2005.
[8]防火卷簾.GB14102-2005.
電子游戲設計方案范文6
論文摘要：隨著虛擬現實技術的出現，城市規劃建設發生了革命性的變化。而虛擬現實建模語言vrml正是相應其產生的，人們可以根據自己的豐富的想象力模擬構造出任意模型，從而實現城市規劃的預見。當然，也可以從模型中發現缺點和不足，從而做進一步的改進和完善。本文正是基于這種技術和vrml開發工具實現了城市的仿真，能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可以從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，公眾的參與也能真正得以實現。
本文研究的主要是虛擬現實技術在城市規劃領域中的應用。意義在于針對現代城市建設的盛行，利用環境學、工程學、規劃設計等的綜合，將虛擬現實技術運用其中，實現對城市的仿真，更真實、鮮明、生動地展現城市面貌，便于對城市規劃的可行性研究，有利于城市的規劃，建設和完善。
abstract ：the city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. and virtual reality modeling language happens to come into being going with it. people could construct any model according to his imagination, consequently the expectation of the city planning can be achieved. certainly we could find out the error and insufficiency, so that we could modify and improve it. the article bases on this technology and vrml exploitation tool to implement city emulation. it can make government layout department, project developer, engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying vr technology, and make them grip the city’s conformation and understand the purpose of the designer, and the participation of the public could come true.
this paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. the significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics, engineering, layout and vr technology. consequently we can show the more real, brilliance, dramatic city’s visage, so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning, city’s construct and city’ perfect.
keywords ：virtual reality；city planning；modeling；emulation
第一章 緒 論
1.1 什么是虛擬現實技術
虛擬現實是計算機模擬的三維環境，是一種可以創建和體驗虛擬世界（virtual world）的計算機系統。虛擬環境是由計算機生成的，它通過人的視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產生身臨其境的感覺的視景仿真。它是一門涉及計算機、圖像處理與模式識別、語音和音響處理、人工智能技術、傳感與測量、仿真、微電子等技術的綜合集成技術。用戶可以通過計算機進入這個環境并能操縱系統中的對象并與之交互。
虛擬現實不是真的，也不是現實，它只是一個在桌面上可實時地做交互式三維圖形用戶界面的工具。就像窗口系統及鼠標驅動用戶界面一樣，虛擬現實可使計算機的運用更加有效、透明。根據設計者的構想，用戶可以沉浸到數據空間中，將用戶在一定時間內與現實環境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環境中，并且駕馭其中的數據，使人有一種身臨其境的感覺。
虛擬現實是一門綜合技術，它以計算機技術為主，綜合利用計算機三維圖形技術、模擬技術、傳感技術、人機界面技術、顯示技術、伺服技術等，來生成一個逼真的三維視覺以及嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發，利用自身的功能和一些設備，對所產生的虛擬世界這一客體進行瀏覽和交互式考察[1]。
虛擬現實有三大特點：浸沉感、交互性和構想性。
浸沉感指的是人浸沉在虛擬環境中，具有和在真實環境中一樣的感覺；
交互性指在虛擬環境中體驗者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內容；
構想性指虛擬的環境是人構想出來的，因而可以用以實現一定目標的用途。
1.2 虛擬現實技術的發展前景
虛擬現實（virtual reality，vr）是近來計算機網絡世界的熱點之一，在社會生活的許多方面有著非常美好的發展前景，更是數字地球概念提出的依據和基礎技術。
虛擬現實的應用領域十分廣泛，主要在工程設計、計算機輔助設計（cad）、數據可視化、飛行模擬、多媒體遠程教育、遠程醫療、藝術創作、游戲、娛樂等方面。 web的出現更使虛擬現實技術引起人們普遍的關注。人們對它寄予厚望，希望利用這個技術使世界各地的人，可以在三維環境下交流。多個用戶可以進行基于文本的或是聲音技術的閑談，在網上建立一個真正的三維社區已不再只是夢想中的事[2]。
虛擬現實發展前景十分誘人，而與網絡通信特性的結合，更是人們所夢寐以求的。在某種意義上說它將改變人們的思維方式，甚至會改變人們對世界、自己、空間和時間的看法。它是一項發展中的、具有深遠的潛在應用方向的新技術。利用它，我們可以建立真正的遠程教室，在這間教室中我們可以和來自五湖四海的朋友們一同學習、討論、游戲，就像在現實生活中一樣。使用網絡計算機及其相關的三維設備，我們的工作、生活、娛樂將更加有情趣。因為數字地球帶給我們的是一個絢麗多彩的三維的世界!
我們相信社會的發展和技術的創新使這一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的將來，或許就在十年以后，或許二十年以后。
1.3 國內外虛擬現實技術的研究概況
美國是vr技術的發源地。美國vr研究技術的水平基本上就代表國際vr發展的水平。目前美國在該領域的基礎研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件四個方面。
在當前實用虛擬現實技術的研究與開發中日本是居于領先位置的國家之一，主要致力于建立大規模vr知識庫的研究。另外在虛擬現實的游戲方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虛擬現實硬件是從美國進口的。
在vr開發的某些方面，特別是在分布并行處理、輔助設備（包括觸覺反饋）設計和應用研究方面，在歐洲英國是領先的。到1991年底，英國已有從事vr的六個主要中心，它們是windustries（工業集團公司），british aerospace（英國航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要從事vr職產品銷售）[3]。
和一些發達國家相比，我國vr技術還有一定的差距，但已引起政府有關部門和科學家們的高度重視。根據我國的國情，制定了開展vr技術的研究，例如，九五規劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發展計劃等都把vr列入了研究項目。 在緊跟國際新技術的同時，國內一些重點院校，已積極投入到了這一領域的研究工作。
北京航空航天大學計算機系是國內最早進行vr研究、最有權威的單位之一，他們首先進行了一些基礎知識方面的研究，并著重研究了虛擬環境中物體物理特性的表示與處理；在虛擬現實中的視覺接口方面開發出了部分硬件，并提出了有關算法及實現方法；實現了分布式虛擬環境網絡設計，建立了網上虛擬現實研究論壇，可以提供實時三維動態數據庫，提供虛擬現實演示環境，提供用行員訓練的虛擬現實系統，提供開發虛擬現實應用系統的開發平臺，并將要實現與有關單位的遠程連接[3]。
浙江大學cad&cg國家重點實驗室開發出了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統，另外，他們還研制出了在虛擬環境中一種新的快速漫游算法和一種遞進網格的快速生成算法。
哈爾濱工業大學計算機系已輕成功地虛擬出了人的高級行為定人臉圖像的合成，表情的合成和唇動的合成等技術問題，并正在研究人說話時頭勢和手勢動作，話音和語調的向步等。
還有其他一些大學在虛擬現實發面取得了驕人成績，在這里就不再介紹了。總之，雖然我們和其他一些發達國家相比還存在差距，但我國的發展前景還是很光明的，需要大家的不懈努力。
1.4 本文研究的主要內容
本文主要是介紹了虛擬現實技術極其應用，及其相應的實現工具vrml語言。通過對城市的模擬設計，更深入的了解虛擬現實技術及掌握vrml語言的使用。
第一章主要講了虛擬現實技術的基礎知識、發展前景以及現今國內外的發展狀況。以便讓讀者對虛擬現實技術有一定的了解。
第二章主要講了虛擬現實技術的實現工具vrml語言的發展歷史，虛擬現實與vrml的聯系以及vrml的創作原理等，目的是使得讀者可以很快掌握vrml。
第三章是系統的概要設計，主要講了虛擬現實技術的應用和vrml的使用。通過介紹虛擬現實技術在城市規劃領域的應用，物理建模技術以及城市模型的概要設計，使得讀者對虛擬現實技術的了解更加深入和透徹。
第四章主要講了系統的詳細設計，主要是告訴讀者怎樣利用vrml語言實現模型的虛擬實現。通過本章的學習可以使讀者的運用vrml語言的能力大大增強。
第五章主要講了在系統的設計過程中遇到的問題及相應的解決方法。
第二章 vrml簡介
2.1 vrml的發展歷史
vrml使用場景圖數據結構來建立3d實境，這種數據結構是以sci開發的open inventer 3d工具包為基礎的一種數據結構。vrml的場景圖是一種代表所有3d世界靜態特征的節點等級：幾何關系、材質、紋理、幾何轉換、光線、視點以及嵌套結構。幾乎所有的生產三維產品的廠商，無論是cad、建模、動畫、虛擬現實，還是vrml,它們的結構核心都是場景圖。
1993年9月，tong parisi和mark pesce開發了第一個vrml瀏覽器，稱為labyrinth，它是www上三維瀏覽器的原形。
1994年春，在日內瓦第一屆www大會上，由tim berners-lee和dave raggett所組織的一個名為bird_of_feather (bof)的小組提出了vrml這個名字，當時所代表的含義是virtual reality makeup language，但是后來為了反映三維世界的建立而改成了virtual reality modeling language，縮寫為vrml。在這次大會以后，一個www-vrml mail list的組織成立了，silicon graphics，inc(sgi)的gavin ball通過選擇open inventor文件格式中的基本元素，增加必要的www特征，制定的方案經修訂，在1994年第二次www大會上公布為vrml1.0的初稿。
另一位sgi的原open inventor設計師paul strauss開始作一個vrml公共域的詞解程序，當時流行于業界的名字叫qvlib。這個程序的作用是把vrml的可讀文件格式轉換成瀏覽器可理解的格式。這個詞解程序于1995年1月公開。它可以安裝到各式各樣的平臺上，從此，各種瀏覽器私雨后春筍般興盛起來[4]。
1996年8月在sgi的 moving worlds提案基礎上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基礎上進行了很大的補充和完善。
vrml2.0的dis就是以vrml2.0為基礎制定的，于1997年4月提交國際標準化組織iso jyci/sc24委員會審議，依照慣例命名為vrml97。
1998年12月在原vrml組織的基礎上成立了web3d聯盟，致力于vrml ng標準的制定，并致力于制定x3d網絡三維標準。在x3d的旗幟下，vrml將結合java3d和xml等技術，成為internet上三維虛擬世界的主要標準。
2.2 vrml與虛擬現實技術
虛擬現實的英文名稱為virtual reality，簡稱vr，即利用計算機的高科技手段構造出一個虛擬的世界，使參與者獲得與現實一樣的感覺。虛擬現實是一個在當今國際上倍受矚目的課題。
當計算機技術尚未出現的時期，仿真只能在實物上進行，這一階段的仿真稱為模擬仿真。其特點是：由于仿真是在實物上進行，因而實時性強且精度較高，但是實施的難度和費用都較大。在計算機技術問世且被引入仿真領域的初期，仿真技術步入了半模擬半數字的階段。這時系統中的一些部分由計算機代替，另一部分則由實物充當，所以，在一定程度上仍然保留著實時性仿真的特點[5]。
80年代后期，仿真在諸多方面都發生了重大的轉變，仿真研究的對象已由連續轉向離散事件系統。仿真已由重視實驗轉向重視建模與結果分析。計算機已成為一種重要的仿真工具。計算機仿真是一門利用計算機模擬真實系統進行科學實驗的技術。
由于從強調并重視與人工智能結合轉向強調與圖形技術和對象技術結合，仿真系統的交互性大大加強。就應用領域方面而言，仿真已從研究制造對象的動力學、運動學特性及加工、裝配過程，擴大到研究制造系統的設計和運行，并進一步擴大到后勤供應、庫存管理、產品開發過程的組織、產品測試等，涉及到企業制造活動的各個方面。這些轉變明顯地說明，計算機仿真已經進入了一個嶄新的發展階段，它的重要性與特殊功能已越來越突出。虛擬現實促進了仿真技術的發展。虛擬現實是采用計算機仿真技術生成的一個逼真的、具有視、聽、觸、嗅、味等多種感知的虛擬環境，置身于該環境中的人們可以通過各種傳感交互設備與這一虛構的現實進行相互作用，達到彼此融為一體的程度。近年來隨著信息技術的發展，特別是高性能海量并行處理技術、可視化技術、分布處理技術、多媒體技術和虛擬現實技術的發展，使得建立人機一體化的、分布的、多維信息交互的仿真模型和仿真環境成為可能，仿真因此形成一些新的發展方向，如可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現實仿真等[5]。
2.3 vrml原理
1.vrml對三維虛擬世界的描述
vrml規定了3d應用中大多數常見的功能。
(1)建模能力，vrml定義了類型豐富的幾何、編組、定位等節點，建模能力較強。
基本幾何形體：box、sphere、cone、cylinder
構造幾何形體：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid
造型編組、造型定位、旋轉及縮放：group、transform
特殊造型：billbord、backgroud、text
基本幾何形體節點只能作十分有限的幾種造型，用點、線、面索引節點及拉伸節點就可以構造任意復雜的實體形狀。特殊造型節點可用于場景中的文字、背景顏色等設置。造型編組可以用來描述裝配關系，其中transform節點可以確定裝配位置、方向。
(2)真實感及渲染能力，通過提供豐富的相關節點的渲染，可以很精細地實現光照、著色、紋理貼圖、三維立體聲源。
光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight
材質著色：material、appearance、color、colorinterpolator
紋理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform
霧：fog
明暗控制說明：normal、normalinterpolator
三維聲音：sound
場景光照的設置直接影響觀察者的視覺效果，這幾種光照節點可以提供各種虛擬場景的光源。不同材質的物體色彩及反光效果不同，vrml的材質及著色節點的使用可以仿造如同真實物體給出的視覺效果。文理節點可以對實體表面粘貼圖片或進行像素點的設置以使實體具有同實物一樣的表面花紋。霧、明暗控制都對場景的光線反射有影響。聲音節點可以在場景中模擬出實際空間可能產生的各種聲響，如音樂、碰撞聲等[6]。
(3)觀察及交互手段，傳感器類型豐富，可以感知用戶交互。視點可以控制對三維世界的觀察方式。
傳感器：cylindersensor、planesensor、visibilitysensor、proxymitysensor、spheresensor、touchsensor
控制視點：viewpoint、navigationinfo
各種傳感器節點可以感知用戶鼠標的指針，touchsensor節點在數控車床操作按紐功能的仿真中十分有用。視點控制可以預先提供給用戶一些更好的觀察角度。
(4)動畫，vrml提供了方便的動畫控制方式。
關鍵幀時間傳感器：timesensor
線性插值器及姿態調整：coordinateinterpolator、orientationinterpolator、scalarinterpolator
這兩組節點的配合使用可以產生場景中的動畫效果，關鍵幀時間傳感器節點驅動線性插值器節點按時間順序給出關鍵值插值，這些插值就是關鍵震動畫時控制實置、狀態所需要的中間過渡值。
(5)細節等級管理及碰撞檢測：lod、collision
細節等級管理是對復雜實體的細節顯示加以控制，使該實體可在視點外或遠離視點時不顯示或粗略顯示。vrml自身提供的碰撞檢測是指觀察者在虛擬場景中的替身與實體的碰撞。
(6)超鏈接及嵌入：anchor、inline
這兩個節點使vrml可以由一個虛擬場景直接鏈接到另一個場景，或者將另一個場景中的實體嵌入自己的場景中。
2.vrml的執行模式
通過使用vrml的script節點編程、與java間事件訪問和建立場景圖內部消息通道能夠很方便的實現虛擬實體的交互和動畫功能。vrml場景圖可以接受兩種事件驅動：從路由語句傳過來的入事件及由外部程序接口寫入的直接事件。路由語句說明由場景傳出的每一條消息的傳遞路徑，也就是從一個節點的出事件域傳出的事件傳遞到一個節點的入事件域。場景中傳感器節點通常定義了觸發事件，它通過路由發送到場景圖的其他節點的入事件域。如傳感器節點的觸發事件直接傳遞到插補器節點產生關鍵值插值，也可以傳遞script節點進行運算處理產生關鍵值插值。script節點的處理過程就是javascript語法編寫腳本程序。script節點還可以通過url域引入java程序到其他需要的節點，比如傳送給實體改變它的位置、形狀。由外部程序接口寫入的直接事件不需要路由圖傳遞，但其他執行過程都是一樣的。如果需要外部程序的響應，它應該能夠有讀取節點出事件域數據的接口[7]。
2.4 vrml的創作工具
創作vrml可以用你喜歡的文本編輯器，如windows95下的notepad，dos下edit等。當然，最后要獎文件保存為以 .wrl為后綴的文件。對于復雜的三維造型，如果vrml語句逐句寫出，那么其工作量是非常大的，有時也是無法完成的，幸運的是有很多大型的具有三維造型功能的軟件都開發了vrml文件的輸入輸出，人們可以利用這些造型工具直觀快速的創建一個三維空間，然后輸出為 .wrl后綴的文件。這樣對于復雜的三維造型vrml環境中顯示就不成問題了。
推薦讀者使用的vrml創作工具是vrmlpad，它是一種功能強大且簡單好用vrml開發設計專業軟件，其完全vrml97標準。vrmlpad可以對vrml文件進行瀏覽編輯，對資源文件進行有效的管理，并且提供了vrml文件的向導，可以幫助開發人員編寫和開發自己的vrml虛擬現實作品[8]。
第三章 系統的設計
3.1 虛擬現實技術在城市規劃領域的應用
3.1.1 概況
隨著全球知識經濟的興起，信息產業正以前所未有的速度蓬勃發展，上至政府、軍隊，下到各企事業單位都開始重視信息技術的創新研究和長遠發展，并已經或準備給予大量的投入。而作為信息技術發展重要驅動力的“虛擬現實”技術，也隨之成為人們關注的熱點之一。
由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪（身臨其境的城市感受、實時景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。規劃決策者、規劃設計者、城市建設管理者以及公眾，在城市規劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規劃最終成功的前提。vr技術為這種合作提供了理想的橋梁，運用vr技術能夠使政府規劃部門、項目開發商、工程人員及公眾可從任意角度，實時互動真實地看到規劃效果，更好地掌握城市的形態和理解規劃師的設計意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規劃更有機的組成部分，公眾的參與也能真正得以實現。這是傳統手段如平面圖、效果圖、沙盤乃至動畫等所不能達到的[9]。
3.1.2 虛擬城市的有機組成
仿真的虛擬環境
類似于時下流行的三維動畫，同樣是通過強大的三維建模技術建立逼真的三維場景，對規劃項目進行真實的“再現”。但是vr技術建立的虛擬環境是由基于真實數據建立的數字模型組合而成，嚴格遵循工程項目設計的標準和要求，屬于科學仿真系統；而傳統動畫的三維場景則是由動畫制作人員根據資料或想象繪制而成，與真實的環境和數據有較大的差距，嚴格意義上來說屬于一種演示作品。
多方式、運動中感受城市空間
在虛擬現實系統中，可以全方位,多種樣式（步行、驅車、飛行、ufo等）,完全由用戶自由控制在場景中漫游。vr技術與傳統的三維動畫最根本的區別就是：傳統動畫的觀察路徑都是預先設定好的，用戶只能按照事先設定的路徑瀏覽場景；而vr技術可以由用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，甚至還可以使用專用的頭盔把用戶的視覺、聽覺及其他感覺封閉起來，產生一種身臨其境的錯覺。這樣一來，很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，減少由于事先規劃不周全而造成的無可挽回的損失與遺憾，大大提高了項目的評估質量。
實時多方案比較
運用虛擬現實系統，我們可以很輕松隨意的進行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統中的參數即可，而不需要象傳統三維動畫那樣，每做一次修改都需要對場景進行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規劃設計意圖通過vr技術實時的反映出來，用戶可以做出很全面的對比，并且虛擬現實系統可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調整，輔助用戶做出決定。從而大大加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，也節省了大量的資金。
三維空間信息交流
虛擬現實系統的沉浸感和互動性不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口與gis信息相結合，即所謂的vr-gis，從而可以在實時的虛擬環境中隨時獲取項目的數據資料，方便大型復雜工程項目的規劃、設計、投標、報批、管理等需要。此外，虛擬現實系統還可以與網絡信息相結合，實現三維空間的遠程操作。
公眾參與與方案展示
對于公眾關心的大型規劃項目，在項目方案設計過程中，虛擬現實系統可以將現有的方案導出為視頻文件用來制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項目中來。當項目方案最終確定后，也可以通過視頻輸出制作多媒體宣傳片，進一步提高項目的宣傳展示效果。
3.1.3 虛擬現實技術對城市規劃的影響
1．城市規劃管理
信息技術對城市規劃管理的影響主要表現在辦公自動化方面，目前的辦公自動化方面，目前的辦公自動化主要是提高城市規劃管理部門內部的管理水平、質量和效率。隨著社會的信息化，通過因特網可以建立城市規劃管理部門與城市建設者之間的有效信息通信渠道，可以通過因特網實現網上報建，報建單位只要在本單位與因特網相連的計算機就可完成報建過程和提供所需的材料，規劃審批可以在因特網上完成。
規劃管理與規劃設計更緊密的結合，實現管理與設計的一體化，審批的結果可以電子數據的形式迅速的反饋給設計部門，而設計部門可盡快地將設計結果以電子數據的形式提交給管理部門，這些信息的傳輸可以通過因特網來完成。
通過因特網可以進行規劃評審，各地的專家可以在家里對規劃成果進行評審，規劃成果將利用虛擬現實技術展現專家所需的各種信息（如建筑物三維動態模型），通過網絡會議交流意見，專家甚至可以實時與規劃師交流，提出自己意見和設想，并可以較快地通過建立數字模型加以證實[10]。
2．城市規劃設計
城市規劃設計將更廣泛應用cad和gis技術，而計算機圖形輸入技術的改進和智能化，五筆輸入技術，使規劃設計師進行設計更為方便，而不影響靈感產生。
設計過程中所需的數據將數字化，使其獲取變得更加容易、更加方便，可以采用遙感圖像直接作為背景進行設計，而各種地下管線的資料由于數據庫的建立而更加方便的獲得。現在比較難以得到的人口空間分布、交通流量等信息由于相應信息系統建立而能很方便地獲得。
虛擬現實技術的發展與應用，使規劃設計成果的三維動態建模更加方便，設計成果更加形象和直觀。
在規劃設計和規劃審批中由于規劃成果的數字化，使得對各種規劃成果和方案的定量分析、模擬和預測成為可能，經濟可行性分析也更為方便，促進規劃決策的科學化。
通過因特網由分布在全球各地的規劃設計專家共同合作完成設計也將成為可能，這樣可以構建了一個不受規劃師的空間分布制約的虛擬設計事務所。
3．公眾參與
公眾可以通過因特網動態了解規劃設計方案和參與規劃審批，而且規劃方案與成果的表現形式由于采用虛擬現實技術和多媒體技術更為直觀和形象，使公眾能更好的理解規劃師的意圖，公眾通過因特網發表個人的意見，與規劃師、管理人員和其它有關人員進行直接對話，使公眾參與更加有效，促進決策過程的民主化。
4．城市規劃研究與教育
因特網構成了一個巨大的電子圖書館，各種城市規劃研究成果將以電子出版物的形式出現，城市規劃研究者將通過因特網查到各種城市規劃資料，并可通過電子郵件、bbs（電子公告欄）及其它一些網絡通信方式進行交流。
因特網同時也將成為一個龐大的遠程教育網，城市規劃專業的學生可以通過因特網利用多媒體技術學習城市規劃的理論與知識。
在信息時代，電子游戲也將成為一個很好的教育手段，城市規劃方面的游戲軟件將出現，可以對規劃設計與審批及城市建設過程進行模擬，使城市規劃學習及城市規劃的宣傳與教育通過玩電子游戲的過程來完成。
總之，信息時代的到來，使人類構造了一個與現實世界相對應的虛擬的信息世界，人們將生活在由原子組成的現實空間和由比特（bit）構成的信息空間(cyberspace)中，現實空間與信息空間的物理界面（interface）是由計算機及網絡和數據庫構成的信息基礎設施，人們通過這一界面可跨越現實空間與一些時間的限制，了解現實世界的過去和現在，預測未來，進行思想交流。城市規劃將在信息空間中構造城市發展的藍圖，并通過建設者在現實世界中實現。
3.2 物理建模技術
3.2.1 人工的幾何建模方法
由構造vr的觀點看，幾何建模是構造vr的致命技術，它的限制可能妨礙vr的進展。vr研究將受益于共享的開放的建模環境，包括物理建模環境等。為了加深理解，需要回顧三維幾何模型怎樣獲取。下面回顧幾個vr工作所報告的模型獲取過程。vr的幾何建模一般通過基于pc或基于工作站的cad工具獲取。在北卡大學漫游建筑的項目中，autocad用于產生構成一座教堂幾何模型的12000個多邊形。討論的一個問題是"由為其它目的寫的cad程序中取出要求的數據"。由autocad產生的文件取出三維幾何并不困難，但問題是并非所有要求的數據都以vr要求的形式提供。特別是沒有提供有關建筑物實際物理的數據，用于實時漫游算法的劃分信息，以后由手工或專用程序加入。
vpl reality built for two (rb2) 系統使用macintosh ⅱ，作為固體建模的設計站，用iris工作站作為繪制/顯示站。rb2是用于設計和實現實時vr的軟件開發平臺。在rb2下開發是快速的交互的，具有可實時編輯的屬性約束和交互。rb2的幾何建模功能利用了軟件模塊rb2 swivel和數據流/實時動畫控制臺body electric。rb2在組織上有大量跟隨者，他們沒有足夠的資源開發自己的vr。rb2是交鑰匙系統，它的幾何物理文件格式是專有的。
在npsnet項目中，初始的三維插圖集由simnet數據庫得到。這些模型知道的武器系統的三維外表比simnet少得多。結果，研究者開發了保存這些三維模型的開放格式，把物理模型增加到格式中，并改寫了系統，包含了面向對象的動畫能力。例如，npsnet研究組正在利用multigen cad工具開發無物理的模型，這用于sgi基于performer的npsnet-4系統。有物理的cad系統已開始開發，但還很貴，只是專用的。許多ve應用要復制真實世界。不是用手建立模型，最好利用視覺或其它感覺自動獲取模型。自動獲取復雜環境模型(如工廠環境)當前還不現實，但這是合適的課題。同時，自動或接近自動獲取幾何模型，現在在某些情況是現實的。部分自動的交互式獲取在不久將是可行的。現在已有利用激光掃描建立實際物體三維外形的設備出售。
3.2.2 自動的幾何建模方法
三維掃描儀（3 dimensional scanner）又稱為三維數字化儀（3 dimensional digitizer）。它是當前使用的對實際物體三維建模的重要工具。它能快速方便的將真實世界的立體彩色信息轉換為計算機能直接處理的數字信號，為實物數字化提供了有效的手段。它與傳統的平面掃描儀、攝像機、圖形采集卡相比有很大不同。首先，其掃描對象不是平面圖案，而是立體的實物。其次，通過掃描，可以獲得物體表面每個采樣點的三維空間坐標，彩色掃描還可以獲得每個采樣點的色彩。某些掃描設備甚至可以獲得物體內部的結構數據。而攝像機只能拍攝物體的某一個側面，且會丟失大量的深度信息。第三，他輸出的不是二維圖像，而是包含物體表面每個采樣點的三維空間坐標和色彩的數字模型文件。這可以直接用于cad或三維動畫。彩色掃描儀還可以輸出物體表面色彩紋理貼圖。
1．三維信息獲取技術
早期用于三維測量的是坐標測量機（cmm）。目前，cmm仍是工廠的標準立體測量裝備。它將一個探針裝在三自由度（或更多自由度）的伺服裝置上，驅動探針沿三個方向移動。當探針接觸物體表面時，測量其在三個方向的移動，就可知道物體表面這一點的三維坐標。控制探針在物體表面移動和觸碰，可以完成整個表面的三維測量。其優點是測量精度高。其缺點是價格昂貴，物體形狀復雜時的控制復雜，速度慢，無色彩信息。
機械測量臂借用了坐標測量機的接觸探針原理，把驅動伺服機構改為可精確定位的多關節隨動式機械臂，由人牽引裝有探針的機械臂在物體表面滑動掃描。利用機械臂關節上的角度傳感器的測量值，可以計算探針的三維坐標。因為人的牽引使其速度比坐標測量機快，而且結構簡單，成本低，靈活性好。但不如光學掃描儀快。也沒有彩色信息。faro和immersion公司提供這類產品。
借助雷達原理，發展了用激光或超聲波等媒介代替探針進行深度測量。這是激光或超聲波測距器。測距器向被測物體表面發出信號，依據信號的反射時間或相位變化，可以推算物體表面的空間位置，稱為"飛點法"或"圖像雷達"。不少公司開發了用于大尺度測距的產品（如用于戰場和工地）。小尺度測距的困難在于信號和時間的精確測量。leica和acuity推出了采用激光或紅外線的測距器。senix公司推出了超聲波測距器。它受遮擋的影響較小。但要求測量精度高，掃描速度慢，而且受到物體表面反射特性的影響。
基于計算機視覺原理提出了多種三維信息獲取原理。這包括單目視覺法，立體視覺法，從輪廓恢復形狀法，從運動恢復形狀法，結構光法，編碼光法等。其中的結構光法，編碼光法成為目前多數三維掃描設備的基礎。這些方法可以分為被動式和主動式兩大類。被動式法的代表是立體視覺法。主動式法的代表是結構光法，編碼光法。光學掃描的裝置比較復雜，價格偏高，存在不可視區，也受到物體表面反射特性的影響[11]。
用于獲得物體內腔尺寸的方法之一是工業ct。它以高能x射線對零件內部進行分層掃描。它的缺點是精度不高，價格昂貴，且存在放射性危害。
美國cgi公司生產的自動斷層掃描儀（automatic cross section scanner, acss）可以克服這些缺點。但要求對被測物體進行破壞。
2．三維掃描系統的關鍵技術
在硬件和控制技術方面，掃描運動的伺服裝置要求精度高，運行平穩，可定位性好。用電子掃描代替機械掃描是當前的趨勢。各類傳感器要求精度高，分辨率高，噪聲小。
三維信息獲取技術方面，三維信息獲取的原理應綜合考慮精度，速度，易實現性，易使用性，成本，使用背景等。原理確定后，還要注意實施方案，采用巧妙的技術策略，提升產品的性能。還要研究計算模型和誤差模型，了解誤差的原因，誤差的傳遞，誤差的校正和消除。往往還要包括數據的預處理和后處理技術。
色彩信息獲取方面，物體的色彩由三個因素確定: 照明類型，物體表面的反射特性，眼睛按三條不同的光譜靈敏度曲線感知光線的能力。彩色是一種心理感覺。它與光源輻射能量的分布及觀看者的視覺感受有關。目前的三維掃描儀一般得到的不是物體表面的材質和對入射光的反射特性，而是在某種照明條件下所呈現的色彩。
三維構型，顯示及修改技術方面，掃描儀獲取的是物體表面離散采樣點的坐標和色彩。這些采樣點的集合稱為"點云"（point cloud）。必須用點，多邊形，曲線，曲面等形式描述立體模型，即將"點云"構成"形"。同樣的點集進行不同的連接，可能得到不同的三維模型。復雜表面的散亂點的構形是很困難的。還要將得到的三維模型顯示出來，并對缺陷進行人工修改。還必須支持多種數據格式，將結果按指定的格式輸出[12]。
定標技術方面，確定有關的裝置參數就是定標。它與計算模型和誤差模型有關。定標精度和可靠程度直接影響測量精度。定標還可以校正裝置的誤差。對彩色掃描，還有色彩定標問題。
3.3 城市建模
本設計采用了人工幾何建模方法建立城市模型的。這部分包括兩部分，即總體建模和局部建模。
3.3.1 總體建模
總體建模初步構造了將要建立的城市模型的大體布局，包括主要的街道，建筑等，還有整體的天空地面的色彩。局部建模是在整體建模的基礎之上對局部布景的詳細設計,是個逐步細化的過程。
整體建模如下：用background設置天空和地面的色彩。background節點用于生成vrml的背景空間，背景采用了立方體空間的表現形式，在其外放置了一個地面球體，在地面球體之外是天空球體。立方體和球體在概念上都是無限大的，并包圍著vrml世界，觀察者可以看到立方體和球體的任意部分但永遠不能接近它們。用viewpoint節點定義了瀏覽者在虛擬環境中的游行方式。viewpoint視點節點定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。在每一個新的觀察點，瀏覽器獲得的圖象就像是使用一部虛擬的取景器在屏幕上播放一樣。替身在虛擬空間中的移動，就使得取景器不斷的調整起位置和朝向。在這里本人定義了aa視點，采用了飛行的非跳躍的漫游方式。為了是瀏覽者的感覺和現實世界一樣，本人又在瀏覽者的頭部安置了頭燈，否則，展現在我們面前的將是一個個黑漆漆的模型。同時用worldinfo定義了境界信息，在運行界面的標題欄可以看見該設計的名稱，作者等等。worldinfo節點用來聲明一個空間的標題以及想提供的其他注解，它對vrml場景的創建并不產生影響。
運行效果如圖3-1。
圖3-1 背景圖
上圖只是一個非常非常粗略的框架，在此之上，用transform節點創建了幾棟樓房，有高有矮，和城市的比較接近，還有南北東西走向的街道。transform節點是一個組節點。transform節點包含一個子節點列表，這些子節點可以是shape節點、group節點或transform節點。在transform節點中的所有子節點將在transform節點的坐標系原點處建立。該節點包括位置的確定、造型節點的旋轉軸和方向、造型節點大小的縮放比例及縮放旋轉軸，以及形體造型的構造等，它的功能比較強大，使用相對簡單。transform節點在放置場景中的對象并確定其方向時具有很大的靈活性。transform節點也是一個形成vrml場景層次結構的基礎節點。這里的樓房和街道就是用簡單的形體造型節點box構成的，只是在大小，位置，方向上做了相應的改變。為了是樓房看起來更逼真，又在上面嵌入了樓房的圖片。
城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一。從總體規劃到城市設計，在規劃的各個階段，通過對現狀和未來的描繪，為改善人居生活環境，以及形成各具特色的城市風格提供了強有力的支持。這里也采用了城市規劃的思想，哪里放置街道、哪里放置樓房等都需要縝密的考慮，要求布局合理，位置適當。
圖3-2是設置后的運行效果。
圖3-2 簡單的樓房
很顯然，城市里只有樓房和街道是不夠的，一定要有樹，那是反映一個稱呼司綠化程度和建設特色的標志，而樹則不是簡單的立方體，但為了構造的簡便，本人用圓柱體和球體來構造樹，只要將球體在豎直方向上拉伸，在水平方向上壓縮，然后將這個改造過的形體放在圓柱體上就形成了一棵樹。當把樹嵌入到城市模型中，景致就完全不一樣了。這就是城市的整體構造。
在這里所用到的立方體box、球體sphere、圓柱體cylinder都是簡單形體造型節點，但是運用它們可以構造更復雜的對象，需要初學者靈活的掌握和運用它們。除了上面提到的簡單造型節點之外還有圓錐體cone。
圖3-3是一棵樹的造型。其實，它不僅僅是一棵樹，更是一個希望，象征著人類對環境美好的憧憬和欣欣向榮景象的期待。
圖3-3 樹
圖3-4 綠化的城市
圖3-3-4是在嵌入了帶有綠意的小樹的城市的整體構造。雖然有點空曠，但是，地廣人稀正是我們人類所向往的。現在世界人口的膨脹，土地資源的緊缺，已經上升到令人矚目的日程。開拓一片沃土，合理利用土地資源是每一個建設者的最終目的和任務。而且我們也應該珍惜每一片土地。
3.3.2 局部建模
局部建模也稱為細致建模，具體步驟如下。
一個城市只有樓房、街道和樹是不夠的，因此需要我們對粗略的城市進行細化。首先，先建立一個花壇，花壇也是有簡單的造型構成的，包括立方體和球體，相互嵌套而成。花壇的顏色設置為淺綠色，錯落有致。有樹有花壇，當然也得有草了，所以，還要做一個草坪。為了不和花壇相沖突，草坪的顏色設置為深綠色，是一個大的扁平的立方體。街道上沒有車也是不行的，但車的造型是比較復雜的，但是什么復雜的東西都可以簡單化，本人用兩個球體和兩個圓柱體做成了一個小汽車。兩個球體需要變形，而且上面的球體比下面的小。兩個圓柱體作為車輪子，架在大的變形球體的下面，并在上面嵌入了車的圖片，具體造型效果如圖3-5。
圖3-5 小車
草坪建好了，也要為其進行裝飾，因此在上面放了凳子和一個供觀賞的造型，凳子是由黃色的立方體做成的，供觀賞的造型則是在淺灰色的圓錐體上架了一個球體，并在草坪的四角各放了一個半球。為了體現國民的保護環境意識，在草坪的邊上有放置了一個圓柱形的垃圾箱。在此基礎之上，為了體現虛擬現實世界的動感，草坪四角的半球及中間圓錐體上的球的顏色是自動變化的。顏色的不斷變化是通過顏色插補器corlorinterpolator和時間傳感器timesensor來實現的。corlorinterpolator節點是vrml提供的附加的插補器節點，利用它可以構造色彩的變化效果。corlorinterpolator節點在它的key和keyvalue域中使用一系列關鍵時刻值和色彩值。corlorinterpolator節點通過在兩個色彩值中內插，來計算一個中間的色彩值，此值被它value_changed域輸出。timesensor節點可以像時鐘一樣標記時間的流逝，還附加有定時發送相關時刻信息的功能。同時它可以是一個定時開關，開始及結束一些過程。通常與插補器、傳感器聯合使用。timesensor節點能夠作為任何組的子節點。
效果如圖3-6和圖3-7。從兩副圖中可以明顯看出，除了圖中的球體的顏色是不同的之外，其他的都是一樣的。
圖3-6 奇異的草地甲
圖3-7 奇異的草地乙
虛擬現實，也就是模擬現實，使得呈現的景象和現實世界的一樣逼真。在這了，本人將要設計的城市的四個游樂場所中的一個做了一點變化。那就是將里面的球體改成了立方體，這不是主要的，值得一提的是當替身與游樂場的距離在一定范圍內時，中間的立方體會自動的旋轉一定的角度。這種變化是如何實現的呢？其實很簡單，這里使用了臨近傳感器proximitysensor。臨近傳感器感知觀察者進入并在一個空間的長方體區域中移動的時間。當觀察者接近區域時，能使用這些傳感器啟動一個動畫，當觀察者離開時停止這個動畫。proximitysensor節點能夠作為任何組的子節點。并且它可以感知觀察者何時進入、退出和移動魚當前坐標系內一個長方體區域。可以檢測到觀察點接近的信號，利用它可控制其他操作。
一個城市只有高樓沒有平房也是不切實際的，本人又在城郊建立了幾個平房區。每個平房也是由簡單的幾何造型節點box構成的。而且，每個平房的門是可以用鼠標拉動一個角度的。房門轉動是通過圓柱傳感器cylindersensor的實現的。cylindersensor節點可以感知一個觀察者的拖動動作，并且計算旋轉軸和角度，且通過它的rotaion_changed域輸出。將鼠標的動作轉換成適于操作造型的輸出。cylindersensor節點可以是任何組節點的子節點，它可以感知觀察者在組及子節點的任何造型上的動作。通過將傳感器節點的輸出路由到transform節點來引起造型物體的旋轉。平房區建完了，又在天邊添加了幾座山。山群是幾個圓錐體組成的，只是遠近和大小不同，顏色也做了調整，并在上面嵌入了山的圖片。具體結果如圖3-8。
圖3-8 山與平房
一個城市沒有人是不可能的，只是多少的問題。人的造型本人是用球體和立方體組成的，胳膊，腿，身體已經脖子是幾個立方體，頭部是一個球體，效果如圖3-9。
圖3-9 人
除了以上的各個造型外，在模型中還有一些電線桿，只是起到輔助的作用，也是為了使設計更加完美。
設計的最終結果如圖3-10。
圖3-10 美麗的城市
以上就是虛擬現實技術的應用，是基于vrml技術的，在整個設計和建模過程中，要求設計者有很好的邏輯構想思維方式，時刻以城市規劃為理念，要從全局考慮，掌握逐步細化的能力。在這里要求大家要熟練掌握虛擬現實技術和vrml技術，理解城市規劃的要領，能夠靈活的運用vrml語言，達到舉一反三的程度。
四章 系統的編碼實現
本設計是以虛擬現實技術為基礎，應用vrml語言實現的城市環境的模擬，下面是通過編碼而得到的一個城市模擬視圖圖4-1。
圖4-1 城市運行圖
在這里的核心技術是vrml語言。在第二章已經對vrml語言做了簡要的介紹，這里就不再贅述。
編碼實現的過程實際上是如何應用vrml語言的建模過程，編碼設計的核心也是vrml語言。在這里，對編碼的實現過程作一下簡要的介紹。在城市的模擬過程中，許多造型都是用簡單的造型節點構造的，用到的簡單造型節點有立方體box，圓錐體cone，球體sphere和圓柱體cylinder，盡管它們比較簡單，但是它們是基礎造型，不可缺少。下面，本人就從程序中取出一部分來闡述整個編碼實現過程。
background節點是用來設置天空和地面的色彩的，skycolor中包含一系列三元顏色值，用來設置變化的顏色。skyangle中包含一系列角度值，用來設置顏色變化的角度。groundcolor和groundangle的功能和作用同skyground和skyangle大同小異。如：
background{
skycolor [0.0 0.2 0.7,0.0 0.5 1.0,1.0 1.0 1.0]
skyangle [1.309,1.571]
groundcolor [0.1 0.0 0.0,0.4 0.25 0.2,0.6 0.6 0.6]
groundangle [1.309,1.571]
}
directionallight節點是用來設置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一個三元值來設置方向，下面的例子中所設定的方向為光線沿著y軸負方向照射。相當于光線是從頂部照射下來的。
directionallight {
direction 0 -1 0
}
navigationinfo節點是用來定義導航信息的，type域可以定義為飛行fly，行走walk等方式，speed域設置觀察著在場景中暢游的速度，單位為米每秒。headlight域指明是否瀏覽器要將觀察者的頭燈打開。頭燈是一束指向用戶正在觀看方向的有向光。avatarsize域指定一些距離參數，這些參數決定了在考慮碰撞檢測和視點隨地形起伏的用戶可移動范圍。該域的第一個只是碰撞被探測出以前用戶的位置與一個碰撞幾何體間允許的距離；第二個只是視點與地面間應保持的高度；第三個只是視點可以跨過得最高障礙物的高度。公共域avatarsize值描述了觀察者替身的大小特性。如：
navigationinfo{
type "fly"
speed 1.0
headlight false
avatarsize [0.25,3.2,3.0]
}
transform節點是一個組節點，該節點包括一個子節點的列表。這些子節點可以是shape節點、其他group節點或transform節點。translation用來指定造型的位置，children域是指定受該節點的變換影響的子節點。這個節點是整個程序設計中的基礎節點，幾乎每一個模型的建立都用到了transform，因此，對transform的靈活運用尤為重要。下面的例子使用transform節點設置地面。
transform {
translation 0 -24 0
children[
shape{
appearance appearance{
material material {diffusecolor 0.4 0.25 0.2,}
}
geometry box {size 400 48 400} } ] }
viewpoint節點是視點定義節點，定義了處于局部坐標系中的一個指定位置，用戶可以從該點來觀察場景。position用來設置視點的位置，它是一個三元值，jump域決定了視點的類型，即跳躍型的和飛跳躍型的。orientation域是一個四元值，前三個值指定了視點的旋轉軸，第四個值說明了旋轉角度的正負。description域的值指定了一個用于描述視點的文本串。下面是一個關于視點aa的例子。
def aa viewpoint {
position 25 5 70
jump false
orientation 0 1 0 0.4
description "aa"
}
在vrml編程中，group節點也是一個很重要的節點。group節點提供了最簡單的節點編組，可以包含任意數目的子節點，與一個沒有轉換域的transform節點相當。該節點與transform節點一樣，也有一個children域。它用來收集節點和創建不需要實施變幻的層次結構。似乎有了transform節點，group節點并沒有什么用處。但有時在對一個整體進行操作時，以transform節點組織的整體相比group節點組織的整體并不能顯示出優勢。如果在使用傳感器或插補器節點時，祖作為一個整體，可以使用def來給它定義一個名稱，并且在vrml文件中使用use重復的引用。
一個組可以具有任意數目的成員，成為子節點。既可以是造型以可以是其他包含造型和組的足。包含子節點的組節點被稱為父節點。因為組節點可以其他的組，一個組的父節點可能是一個更高一級組的子節點。高級組的父節點可以是一個更高級組的子節點。從此上溯直到最高級父節點，稱為根節點。造型可以組織在一起來創建更大、更復雜的造型。由于group節點和transform節點很相似，在這里就不再舉例子了。
以上介紹的幾個節點是vrml語言的核心節點，整個程序的設計都是通過這些節點的不同設置和組合來實現的。除此之外，還有兩個重要的工具，這就是節點名定義def及引用use，這是vrml世界提供給我們的兩個避免重復勞動的工具，節點命名是以關鍵字def加上所命名名稱在一起，置于節點類型定義之前開完成的。這兩個說明符可以放在任何允許節點的地方。use語句并不是復制該節點，而是把該節點再次插入它所在的場景圖。節點名只在本文范圍內有效。
總之，系統的編碼實現就是利用vrml中的基本造型節點對已經涉及好的模型進行的模擬實現過程。在這個過程中，需要設計者能夠熟練的掌握和運用vrml語言，懂得融會變通，才能使預想創建的模型得以實現。
當然，vrml中還有很多更深一層次的部分，那需要有興趣的讀者繼續學習和探索，筆者在這里就不再過多描述了。
第五章 系統的測試與分析
5.1 系統的測試
隨著程序的逐步完成，系統的測試也開始了。系統的測試采用的單元測試法，即逐步測試的過程。將程序分成若干個程序模塊，單獨進行測試，觀察結果，與預期結果進行對比。當發現問題是逐步解決。然后，再將小的模塊漸進式的整合成幾個較大的模塊，重復上面的工作，最終形成整體的模塊，構成城市的整體建模。
5.2 測試中遇到的問題
在測試中遇到問題是在所難免的，本人也遇到了一些問題。
問題一：在程序的編碼過程中，無論定義的立方體的顏色是哪一種，顏色的顯示總是在頂部，其余部分為暗黑色。
問題二：在程序的編碼過程中，當對一個簡單的形體造型節點進行紋理貼圖時，運行提示，找不到貼圖文件。也就是說，紋理貼圖不成功。
問題三：在運行界面的標題欄添加境界信息時，為何只顯示其中的一部分，其余的沒有顯示。
問題四：程序中的許多節點的位置是一層一層嵌套的，因此就涉及到了如何才能進行正確的定位，本人總是在這個方面大費周章。希望可以找到一個好的方法來解決這個問題。
問題五：程序中的許多route與語句的使用總是和預想的存在差距。
當然還有很多更有難度的問題，由于本人能力有限，沒有進行深入的探究，希望有興趣的人繼續努力。
5.3 問題的解決方法
對于第一個問題，通過察看資料以及對其他程序的研究，本人認為，應該是光線的照射方向問題，只要將瀏覽者的頭燈打開應該就行了，經驗證結論成立。
對于第二個問題，本人經過細心研究，反復實驗，終于找到了答案。由于不同的vrml瀏覽器對圖片的識別也是不同的，有些瀏覽器只是別.jpg形式的圖片文件，有些瀏覽器只是別.gif形式的圖片文件，而有些是兼容的。因此，只要正確選擇瀏覽器及其相應的圖片格式，就可以實現貼圖紋理了。也許還有其他原因，由于本人能力有限，只發現了這些。
對于第三個問題，經過本人的細心研究發現，有些vrml瀏覽器提供特殊菜單選項來顯示虛擬空間的標題和注解，一些瀏覽器也把虛擬空間的標題定位于瀏覽器窗口的標題欄。可以在空間使用任意多的worldinfo節點。但只有第一個worldinfo會被瀏覽器顯示。因此，在使用worldinfo節點時只要針對不同的瀏覽器采用相應的準則就不會出錯或不合心意了。
對于第四個問題，在vrml世界中，內層節點的定位可以說是獨立于外層節點的。一旦外層節點定義好了，就可以只考慮內層節點了。當然，怎樣才能找到正確的位置不是一件容易的事，它需要有好的空間立體思維能力和條理清晰的層次構想，也許需要多多練習，熟能生巧。
對于第五個問題，route的使用是一門技術，需要初學者多看一些相關的書籍和例子，掌握其中的要領和規律，還要多多練習。俗話說的好好記性不如爛筆頭，它需要大家多多的練習。
以上這些只是筆者個人的一點見解，由于知識有限，能力有限，可能看法有些淺薄，希望有興趣和愛好的讀者給與建議和指正。
結論
“虛擬現實技術的應用---基于vrml技術的城市之旅”的設計與實現，充分體現了虛擬現實技術在城市規劃建設中的作用，它能夠減輕設計人員勞動強度，縮短設計周期，提高設計質量，節省投資。而vrml在實現城市規劃中更是起到了不可或缺的作用，它是一種編程工具，利用它可以實現任意模型的虛擬，虛擬現實技術的優勢也才得以實現，使得城市的設計布局合理、美觀，支出價有所值。
在該設計的過程中，本人充分體會到要想熟練地掌握運用vrml和虛擬現實技術，就必需扎實的學習vrml語言和虛擬現實技術的基礎知識。隨著科學技術的飛速發展，虛擬現實技術在各個領域都顯示了其特殊的作用。時代的發展也使得我們掌握虛擬現實技術成為一種時尚的潮流。
設計的過程就是一個發現問題---解決問題---發現問題---解決問題的循環反復過程，但是它讓學習的人逐步進步，就好像滾雪球一樣，一點一點，越滾越大。通過“虛擬現實技術的應用-----基于vrml技術的城市之旅”的設計與實現，本人在vrml語言的運用以及對虛擬現實技術的發展方面有了很深的了解，受益匪淺。當然遇到很多尚未解決的問題，希望感興趣的讀者能夠繼續研究。
參考文獻
[1] 張旆，杜可亮，劉見灼．/dianzijixie/">電子工業出版社,1998：20-25
[2] 陳運迪.網絡世界[m].天津：航天工業總公司第8357研究所,1999：50
[3] 胡小強.虛擬現實技術[m].北京：北京郵電大學出版社,2005：107
[4] 黃文麗,盧碧紅,楊志剛.vrml語言入門與應用[m].北京：中國鐵道出版社,2003：311
[5] 嚴子翔.vrml虛擬現實網頁語言[m].北京：清華大學出版社,2001：59
[6] 吳北新.虛擬現實建模語言vrml[m].北京：教育出版社,2004：101-102
[7] 陸昌輝.vrml入門與提高[m].北京：北京大學出版社,2003：201-202
[8] (美)chrismarrin,(美)brucecampbell.21天學通vrml 2 [m].北京：人民郵電出版社西蒙,1998：305
[9] 方志剛.三維空間控制器及其在三維空間交互技術中的應用[n].計算機輔助設計與圖形學學報,1998,10(2)
[10] 方濤.城市建設與規劃[n].規劃信息報,2003,6(3)
