VR实验报告

《虚拟现实技术》课堂实验报告

（2015-2016学年第2学期）

班 级： 地信1102 姓 名： 曹晓东 学 号： 31130503

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 □优秀 □良好 □中等 □及格 □不及格 综合评定成绩： 实验一：Sketch Up软件认识与使用

准备情况： 实验态度： 完成情况： □充分 □一般 □不充分 □认真 □较好 □不专注 □全部 □部分 □未完成 出勤情况： 报告质量： 实验时间： □出勤 □请假 □缺勤 □优秀 □良好 □合格 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Sketch Up软件的基本架构，理解利用Sketch Up进行场景制作的基本步骤，能够熟练运用Sketch Up软件的主要功能及相关工具。 2. 要求

每位学生进行Sketch Up软件的安装和配置，操作练习Sketch Up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、Sketch Up的主要功能：

边缘和平面：这是绘图最基本的元素

每个 Sketch Up 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 Sketch Up 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 Sketch Up 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。Sketch Up 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

Sketch Up 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 Sketch Up 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 Sketch Up Pro，自己甚至还可将自己的几何图形导出到 AutoCAD 和 3ds MAX 等其他程序内。

路径跟随：建立复杂的延伸和板条形状

使用 Sketch Up 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 Sketch Up 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

Sketch Up 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 Sketch Up 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 Sketch Up Pro 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 Sketch Up 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

Sketch Up 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

Sketch Up 和「Google earth」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「Google earth」中将缩放的空照图，包括地形，汇入到 Sketch Up 中。 沙盒工具：处理地形

Sketch Up 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

Google 3D 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 Sketch Up 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

Sketch Up 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

Sketch Up 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

Sketch Up Pro 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

Sketch Up Pro 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 Sketch Up Pro 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 Sketch Up 参与大多数的专业工作流程。

三、Sketch Up的特点特色:

1、Google Sketch Up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、Google Sketch Up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、Google Sketch Up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、Google Sketch Up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、Google Sketch Up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、Google Sketch Up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、Google Sketch Up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。

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3D Analyst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3D Analyst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Base Height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Arc Scene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。

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