数字漫游城市 - 图文

更新时间:2024-01-13 01:20:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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摘要

随着时代的不断进步和快速发展,高科技领域进入一个空前发展阶段,信息化、数字化是当今时代的特征。伴随着计算机图形图像、三维建模、模拟仿真等技术的发展,VR技术迎来快速发展阶段。目前,虚拟现实技术在各行各业都有着广泛的应用,作为虚拟现实技术的一个分支,虚拟漫游技术能实现在模拟三维虚拟场景的实时漫游,产生身临其境的感觉。本课题在分析虚拟现实技术的国内外发展现状与应用情况的基础上,利用Visual Studio 2010作为开发工具进行界面部署,开发基于数字城市的虚拟漫游系统。讨论了虚拟漫游系统的建模技术和创建方法,并根据实际设计系统总体功能结构。在以上研究的基础上,利用3DS MAX平台制作仿真模型,给出系统具体实现方案,并编码实现数字城市虚拟漫游系统。通过构建数字漫游城市,为真实场景进行建模,实现虚拟漫游,足不出户就可以参观城市,为用户提供模拟演示的平台。

关键词: 3D;虚拟漫游;数字城市

Abstract

With the rapid development and advancement of information technology, highly sophisticated technology areas into an unprecedented development stage, a high degree of information technology, digital technology is characteristic of our times. With computer graphics technology, 3D modeling, simulation and technology, the VR technology enters the fast development stage. In present, virtual reality technology has a wide range of applications in all trades and professions. As a branch of virtual reality technology, the virtual navigation technology can achieve real-time roaming in simulate 3D virtual scenes, thus generating a simulation of personal experience actually[1]. After analyzing the development of the virtual reality technology at home and abroad, this thesis used Visual Studio 2010 as a development tool to deploy interface, develop a virtual navigation system based on the digital city. The work to develop this system is composed of two major parts: the production of virtual scenes and realization of roaming engine. Based on the above research foundation, this system used 3DS platform to produce simulation models, gave out system simulation model of specific project, and implement the digital home virtual tour system[2]. By building the digital home and modeling for real scenes to realize roaming virtually, you can visit the village without leaving home, and you can even interact with the virtual scenes to some extent. This system provided demonstrating platform for the users[3].

Keywords: 3D; Virtual Tour; Digital City

目录

第一章 概述 ..................................................................................................... 1

1.1数字城市漫游简介 ............................................................................. 1 1.2数字城市漫游的艺术构思 ................................................................. 2 1.3数字城市漫游系统的技术实现 ......................................................... 3 第二章 数字城市漫游的三维建模 ................................................................. 4

2.1 桥 ........................................................................................................ 4 2.2 楼房 .................................................................................................... 5 2.3 路灯 .................................................................................................... 9 2.4 木凳 .................................................................................................. 10 2.5 景物 .................................................................................................. 11

2.5.1 紫色花朵 ............................................................................... 12 2.5.2 树 ........................................................................................... 13

第三章 数字城市漫游中的布置 ................................................................... 14

3.1 添加地面 .......................................................................................... 14 3.2 添加草坪 .......................................................................................... 14 3.3 添加路面 .......................................................................................... 15 3.4 添加天空 .......................................................................................... 16 3.5 添加树木 .......................................................................................... 17 3.6 添加湖泊 .......................................................................................... 18 3.7 添加山丘 .......................................................................................... 19 3.8 添加阴影 .......................................................................................... 19 3.9 导入模型并布置 .............................................................................. 20 第四章 地图功能的实现 ............................................................................... 27

4.1相机的设置 ....................................................................................... 27

4.2 基于C#开发 .................................................................................... 28 4.3 地图功能 .......................................................................................... 28 第五章 结论 ................................................................................................... 30 参考文献 ......................................................................................................... 31 致谢 ................................................................................................................. 32

沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述

第一章 概述

1.1数字城市漫游简介

本次设计的课题是数字城市漫游系统开发,就以一个校园漫游设计作为主题。主要思想是想建立一个充满青春、充满活力并且生机勃勃的校园,可以让老师同学们在这样的环境中更好的学习和生活。见图1-1,就是整体的效果图。

二号楼 一号楼 三号楼 六号楼

四号楼 五号楼 七号楼 八号楼 图 1-1 整体校园

本作品主要包括以下几个部分: 1. 三维模型系统;

2. 数字城市漫游中的楼房构建; 3. 湖水的创建; 4. 小桥的创建; 5. 路灯的创建; 6. 长凳的创建; 7. 花草树木的创建; 8. Unity中的布景; 9. 双摄像头的创建; 10. 编程实现移动功能;

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述

本作品主要是针对不了解校园地势的人群来建立的,通过一系列的操作,希望达到既能作为技术演示,又能体现艺术情趣的效果,体现技术与艺术的完美结合。初始场景效果图见图1-2。

图 1-2 初始场景效果图

1.2数字城市漫游的艺术构思

本作品希望营建一个景色优美,舒适环境,可以利用双摄像头和鼠标实现在场景中随意走动的功能。室外设计就是提供一个高清晰度、逼真、生动的优美的建筑及环境空间,可以使观看的人从不同的视角看到真实的植被绿化、学校楼房等各个部分,真实清楚的反应校园的建筑风格、绿化景色以及整体的布局效果,让许多不能到现场参观的人能更加真切的体会到学校的整体风格。这种效果是平面图、沙盘所不能体现出来的。在三维场景中,本次设计主要是以桥和湖水为中心,楼房、路灯、花等为辅助的场景来建设校园,将人放置在桥头,面前就是一座古典的小桥,弯弯曲曲的桥梁加上大理石的桥面,这座小桥融合了中西方的特点,再加上潺潺的流水,有一种小桥流水人家的美感。走过小桥就到了一号教学楼,大家可以在它的周围欣赏花草树木,还可以在它的后面游览山丘的风光,作品的主要想法是将这里打造成环境优雅,有着轻松氛围的地方。因为在学校也会有各种各样的压力,适时的老师学生们是需要放松的,而设计用的最多的元素也就是绿色,因为这是生机活力的象征,也会让大家的心情更加放松。如果走累了,还可以在长凳上小憩一会,享受一下轻松的时刻,长凳对

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沈阳化工大学学士学位论文 第一章 概述

面就是湖水,可以边欣赏风景边聊天。在本次设计中建立了八栋教学楼,风格不都是一种,目的就是让同学们有新鲜感,视觉上的感受也是不同的。还增加了路灯水草等小景物,这些室外的设计都是可以直观的表现给大家。这里的建筑风格都不尽相同,各有特色,和山水树木遥相呼应,体现出校园的生机和青春的气息。

1.3数字城市漫游系统的技术实现

本系统具有友好的可视化界面,用户可以通过操作鼠标和键盘实现对整个场景的漫游。模型的建立,通过3ds Max建模,对楼房、路灯、小桥、长凳等物体进行模型的创建,对模型设置材质,光照。最后采用.NET和Unity 3D实现虚拟场景的模拟与建造地图。本系统最大的优势在于它实现了对校园的三维立体多方位展示。传统的校园展示大都是以二维图片、影视图像为基础的,这显然已经不能满足学校对外招生宣传、校园展示等方面的要求,而本系统集二维平面地图和三维场景于一体,可使用户具有身临其境的感觉。 虚拟校园的漫游具有广阔的应用领域。首先,它可以更好的展示校园风采,可以为学校所用。再就是,掌握了这项技术可以开发小区全景漫游、工业园全景漫游甚至城市漫游,潜在市场价值巨大。

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 数字城市漫游的三维建模

第二章 数字城市漫游的三维建模

本模型利用3D Max为工具,建造校园漫游的三维模型是为导入到Unity 3D中使用,以实现在虚拟环境下对实物模型的控制。在此次校园漫游设计中主要有小桥、楼房、路灯、木凳、花朵以及树木的建模,这些都是在校园场景中所需要的实物,下面就依次介绍一下所需的模型的建模过程:

2.1 桥

小桥的大体构造:桥面的形状是弯曲的,是大理石的材质,体现这现代的风格。桥头和桥桩都是木头材质,有一种古典的风格。见图2-1,是小桥的效果图。

图2-1 小桥的效果图

下面就是这古典与现代相结合小桥的建模过程,见图2-1,是小桥的建模。 (1)首先打开3D MAX,然后在左视图创建桥面,单击平面按钮创建一个平面对象,确定一下桥面的大小,然后单击长方体按钮创建一个长方体对象。

(2)倒角挤压多边形。将长方体对象转化为可编辑多边形,然后使用倒角命令将长方体的顶面和底面倒角挤压两次,接着将侧面和底面删除再复制一个到桥的另一边。

(3)创建桥头形状。在右视图中移动对象的顶点,将长方体进行调整,然后进入边子对象层级,右击选择Cut命令剪切两条线。

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 数字城市漫游的三维建模

(4)剪切新形状。使用Cut命令在对象的两个侧面剪切出新的形状,使最终达到自己想要的效果。

(5)复制对象。按住Shift键将制作好的桥头进行复制。

(6)修改平面的形状。将平面转化为可编辑多边形,然后移动顶点对象,将其移动成自己想要的形状。接着使用镜像工具将平面镜像复制3次,并且将边缘继续向中间复制拉伸。

(7)完成桥的建模。将平面镜像复制到另一边,然后选择任意一个对象,单击附加按钮将两个侧面附加在一起,最后使用桥命令将两个对象的边界连接在一起。

图2-2 小桥建模

2.2 楼房

楼房的创建:在本次设计中一共创建了八栋楼房,都是现代的建筑风格,但是他们的形状是各不相同的。根据本论文开始的整体校园图中的小图标所示的楼房标号依次展示楼房效果图。其中一、二、三、八号楼是相同的设计风格,都是以红色砖为材质;四号楼是以蓝色砖作为材质的;五与六号楼是相同的设计风格,以黄白两色为主要材质;七号楼是以灰白蓝黄为材质创建的。见图2-3、图2-4、图2-5、图2-6效果图 [4]。

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 数字城市漫游的三维建模

图2-3 一、二、三、八号楼的效果图

图2-4 四号楼的效果图

图2-5 五、六号楼的效果图

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 数字城市漫游的三维建模

2.5.1 紫色花朵

花朵的构造:利用线构造出花径和花朵,给花朵紫色材质。见图2-14所示是花朵的效果图。

图2-14 花朵的效果图

下面是花朵的建模过程,见图2-15所示的花朵建模。

(1)用一个面(PLANE),然后加很多的线,线的形状可以由自己随意控制。 (2)进入修改器下拉菜单后,用FFD(BOX)工具,有一个4X4X4 下面的按纽打开,可以设置多几个点。

(3)点一下4X4X4 FFD(BOX)那个按钮,节点会变黄,然后可以控制在你面上的那些黄点了,来进行调节花的造型。

图2-15紫花建模

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沈阳化工大学学士学位论文 第二章 数字城市漫游的三维建模

2.5.2 树

点击AEC对象,选取一种植物即可,在参数栏内可以修改各项参数。其

中Unity中也有树的模型,只需要导入就可以。见图2-16。

图2-16 树的建立

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

第三章 数字城市漫游中的布置

为了体现出美丽的校园场景,所以需要把场景立体化真实化,那么就需要有一些基本的布置,比如地面、草坪、路面、天空、树木等的添加,为校园增添一抹生机。之后,开始场景的核心部分的布置,首先是湖泊的建立,然后在湖泊外建立山丘,并且在场景中添加阴影。最后导入第二章中的模型,导入后把小桥放在湖泊上,八栋楼房分别伫立在湖的周围与山脚下,木凳放置在湖边,路灯摆在路的两边,花朵放在草丛中。此时,在Unity中看到的场景已经成型,只需要调整一下位置,使画面看起来更加美观。具体的实施步骤下面详细介绍。

3.1 添加地面

首先打开unity4.5,在Game Object>Create Other>Terrain下创建一个地面,然后在Transform>position中修改X轴坐标为-1000,Z轴坐标为-1000。然后把地面抬高一米。见图3-1所示为地面效果图[6]。

图3-1 地面效果图

3.2 添加草坪

双击地面,点击右侧Edit Texture?>Add Textures?,然后选择一种草种在地面上。见图3-2所示、图3-3所示。

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-2 添加草

图3-3 草坪效果图

3.3 添加路面

双击地面,点击右侧Edit Texture?>Add Textures?,然后选择一种路面,见图3-4、图3-5所示。

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-4 添加路面

图3-5 路面效果图

3.4 添加天空

在这里还需要导入天空盒子,给场景加一片天空,打开Unity点击Assets>Import Package>Skyboxes>Import>Sunny2 Skybox.mat.此时,场景中就有了天空,非常的美丽。见图3-6所示天空效果图所示[7]。

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-6 天空效果图

3.5 添加树木

点击Assets>Import package>Tree Creator,然后在右边Terrain(Script)目录下选择第五个图标种树工具,在场景中选择适当的位置按住鼠标左键种树。见图3-7所示、图3-8所示。

图3-7 添加树木

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-8 树木效果图

3.6 添加湖泊

(1)在unity右侧Terrain(Script)中点击第一个图标,这是画山的工具,然后就可以在地面上画山丘,此次设计想要建的湖泊是居于地面中间,那么按住shift键并拖动鼠标左键下压,就可以看到在场景中已经形成一个洼地,此时可以根据实际情况构造湖泊的大小及形状。

(2)为了湖泊显示的更加真实,需要导入标准水,在Assets>Import Package>Water(Pro Only) ,然后把水直接拖进场景中,调整尺寸大小,让它大于挖的湖面,这样一个湖泊就创建完成,点击保存。见图3-9所示的湖泊的效果图[8]。

图3-9 湖泊效果图

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

3.7 添加山丘

打开Unity在Inspector菜单下的Terrain(Script)中,点击第一个图表,在Brushes中选择想画的模板,在Settings中设置尺寸及密度,然后就可以在场景中需要的地方画上山丘,可以种一些树木在山上,景色非常的怡人。见图3-10、图3-11所示效果图。

图3-10 添加山丘

图3-11 山丘效果图

如果场景中不加入光源的话就会很暗,那么景色就看着不是很真实,所以需要加光源。单击创建命名面板中“灯光”按钮,将灯光的类型设置为自由灯光,然后根据需要设置合理的参数。

3.8 添加阴影

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

在右面的菜单栏中调整Shadow Strength,可以调节影子的亮度。见图3-12、图3-13所示阴影的效果。

图3-12 添加阴影

图3-13 阴影效果图

上面的这些景物是可以在Unity中直接完成的,有一些则需要将3ds Max中的模型导入,下面就看看怎么导入模型。

3.9 导入模型并布置

首先打开3ds Max,将3D MAX场景中的楼房、桥、路灯、花、长凳依次导入unity。方法如下:首先在D盘新建一个Graduation Paper,在Graduation Paper下建两个新的文件夹,先打开unity新建一个工程,工程路径选为D:\\Graduation Paper\\City。再打开Graduation Paper文件夹时发现在它的下面多了几个文件夹,其中有一个名为Assets的文件夹,在这里这个文件夹也是最有用的, 这时在Assets再下新建一个名为.fbx的文件夹,该文件夹用来装所有的.fbx文件。在3DMax中打开所建好的

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

楼房、小桥等,然后选择最左上角的按钮并点击——导出,之后可以选择导出当前选定对象,也可以直接选择导出,如果选择的是导出选定对象,则在导出之前必须把所要导出的对象选定。

这里用的是第一种方法,将这些导出的模型转为.fbx格式,选择的路径是D:\\Graduation Paper\\City\\Assets\\fbx。见图3-14为导出过程。

图3-14 导出过程

首先导入一座桥,在unity中打开的效果见图3-15所示。

图3-15 小桥效果图

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

在Unity中对其进行适当的调整,调整成为想要的样子即可。依次还有导入的楼房、长凳、路灯、紫色的花等,都调整好位置,见图3-16、图3-17、图3-18、图3-19、图3-20、图3-21、图3-22、图3-23、图3-24、图3-25所示效果图。

图3-16 楼房的设置参数

图3-17 一号楼效果图

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-18 五号楼效果图

图3-19 七号楼效果图

图3-20 长凳的设置参数

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-21 长凳效果图

图3-22 路灯的设置参数

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-23 路灯效果图

图3-24 紫花的设置参数

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沈阳化工大学学士学位论文 第三章 数字城市漫游中的布置

图3-25 紫花效果图

这是将在3ds Max中所建的模型都导入到Unity中放置好。

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沈阳化工大学学士学位论文 第四章 地图功能的实现

第四章 地图功能的实现

4.1相机的设置

为了最后的视角较好,先要设置好摄像机,一般没有什么特殊要求,把摄像机摆在你认为合适的位置就好,高度一般为人的高度。人的视野在60°左右,也可以稍微调整,直到个人感觉合适为此,并将Audio Listener勾掉。

在此次设计中需要有两个摄像机,所以还需要加一个camera来实现功能,这个摄像机的视角应该调成鸟瞰视图,需要将Projection设置为Orthographic,size改为250,并将Viewport Rect的X坐标改为0.6,W改为0.4,H改为0.4,并且将Audio Listener勾掉。见图4-1所示相机的设置。

图4-1 相机参数

数字校园漫游实现的是设立双摄像头,并结合鼠标,来实现场景的切换。比如甲不了解这个校园,那么他就可以通过运行动画,用鼠标在右下角的小的鸟瞰地图中选择自己想要到达的地方,点击完成后,他就可以在左面的平视图中看到自己想到达的地方,并且通过键盘上的W、S、A、D键分别控制上下左右方向的移动,还可以更加熟悉所要到达地方附近的大致情况。在这三维场景中行走,和看平面图是不一样的感

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沈阳化工大学学士学位论文 第四章 地图功能的实现

觉,这里是将一切物体都真实化,让大家感受到立体美,这就是本设计所要完成的功能。

4.2 基于C#开发

本作品主要是通过编程控制楼房,就是人用鼠标点击地图就可以到想去的教学楼,然后通过控制方向可以熟悉周边环境,所以需要写入一个能将人迅速移动到目的地的程序。下面先为所要控制的楼房编写代码,代码如下[9]。

Using Unity Engine;

Using System. Collections; Public class f: MonoBehaviour {

Void OnMouseDown () {

Vector3 v = transform. Position;

Game Object me = GameObject.Find (\ me.transform.position = v; } }

4.3 地图功能

编写好之后调试没问题就在Unity中的Assets下用鼠标直接拖动到Hierarchy之下的各个loufang中,此时这个程序实现的功能就已经完成,大家可以运行一下[10]。在本次设计中是以第一人称的视角来行动的,可以通过鼠标和键盘随意移动,通过上节的写入程序,则可以实现直接到一二三四五六七八号楼的定位,还可以通过W、A、S、D四个键控制人的走向,随意浏览校园风光。做这个地图的主要作用是为了浏览者浏览校园更加方便与直观[11]。

当目的地是四号楼时,用鼠标点击右下角小地图中的四号楼,那么场景就切换到了四号楼,见图4-2所示[12]。

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沈阳化工大学学士学位论文 第四章 地图功能的实现

四号楼

图4-2 点击四号楼效果图

当目的地是五号楼时,用鼠标点击右下角地图中的五号楼,那么此时场景就切换到五号楼,见图4-3所示[13]。

五号楼

图4-3 点击五号楼效果图

当你还想观赏其他地方的景色时,可以通过W、A、S、D四个键控制上左下右的移动,例如想要在一号楼旁边浏览景色,则可以后退到桥上,也可以左走或右走沿着湖边行走,左边可以看到二号楼,右边可以看到六号楼。若是到八号楼,则可以向后走去浏览一下山丘上的美景,体会一览校园的感觉。如果还想立刻回来,就继续在小地图中点击目的地,你就可以立即回到你想要去的地方[14]。

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沈阳化工大学学士学位论文 第五章 结论

第五章 结论

本文着重研究的是数字漫游城市之校园漫游建设中的几个关键技术,主要有建模技术,包括楼房的建模以及其他一些景物的建模技术,还有Unity场景中各个景物的添加以及双摄像机的使用技术。所做的工作总结如下:

(1)实现了数字城市漫游系统的三维建模。其中有楼房、小桥、长凳等的建模,使物体更加立体化,给人真实化的感觉。

(2)实现了数字城市漫游中的虚拟场景建设。以第一人称的视角来浏览校园的风景,通过控制WSAD四个键可以控制人上下左右移动,更加全面的了解学校的整体布局。

(3)实现了双摄像机的应用。在Unity中通过添加一个相机并设置参数,运行时能够看到两个视图,可以多视角了解学校。

(4)实现了地图功能。通过把写入的程序拖入到楼房,就可以利用鼠标点击目的地,浏览者就可以立即到达目的地。

(5)运行工程,就可以实现校园漫游的浏览。

总之,本次设计完成了数字城市漫游系统的开发,并且实现了地图的功能,可以让浏览者体会到身临其境的感觉,感受优美的校园带来的美好,更加直观的浏览校园的结构构造,而且能够更快的找到目的地,更好更准的完成浏览。

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沈阳化工大学学士学位论文 参考文献

参考文献

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[5] 陈竹安,张立亭,王静.三维校园地理信息系统的设计与实现[J].安庆师范学院学报.2006,25-30.

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[7] 陈华斌,王彤.虚拟建筑环境实时漫游系统的设计和实现[J].西南交通大学学报,2001,36(1):53-56.

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[9] 孙晓非, 牛小平, 冯冠, 李乃文. C#程序设计. 北京:清华大学出版社, 2012,179-300.

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[14] 思雨工作室. 3ds Max完美表现. 北京:中国铁道出版社, 2011,266-300.

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沈阳化工大学学士学位论文 致谢

致谢

在本文的撰写过程中,经历了从写稿到反复的修改,通过指导教师郭仁春给予了悉心的指导和关心,还有大量的搜集相关资料,使我克服了众多困难终于完成了论文的撰写工作。老师渊博的知识、随和的为人及敬业精神,给我留下了深刻的印象,并经常鼓励我,使我有信心克服困难。正是有导师的无私帮助与热忱鼓励,我的论文才能顺利完成,所以向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!同时,在我完成毕业论文的过程中,教研室的老师、辅导员老师以及同学们也给予了我许多宝贵的意见和建议,对他们的关心、帮助我深表感谢!四年间,每次走进电子信息工程希教研室都会让我感受到一种亲切热情的氛围,无论是学习、工作还是生活上的问题,恩师们都会悉心以指导解答,非常感谢这四年间恩师们的无私帮助,是他们用渊博的知识教育我们,才使我们更好的成长。即将走出校园,将要步入社会的我衷心的祝福恩师们同学们前程似锦!

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沈阳化工大学学士学位论文 致谢

致谢

在本文的撰写过程中,经历了从写稿到反复的修改,通过指导教师郭仁春给予了悉心的指导和关心,还有大量的搜集相关资料,使我克服了众多困难终于完成了论文的撰写工作。老师渊博的知识、随和的为人及敬业精神,给我留下了深刻的印象,并经常鼓励我,使我有信心克服困难。正是有导师的无私帮助与热忱鼓励,我的论文才能顺利完成,所以向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!同时,在我完成毕业论文的过程中,教研室的老师、辅导员老师以及同学们也给予了我许多宝贵的意见和建议,对他们的关心、帮助我深表感谢!四年间,每次走进电子信息工程希教研室都会让我感受到一种亲切热情的氛围,无论是学习、工作还是生活上的问题,恩师们都会悉心以指导解答,非常感谢这四年间恩师们的无私帮助,是他们用渊博的知识教育我们,才使我们更好的成长。即将走出校园,将要步入社会的我衷心的祝福恩师们同学们前程似锦!

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/zuqo.html

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