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基于图像绘制的虚拟漫游系统的研究的中期报告
摘要
本报告介绍了针对基于图像绘制的虚拟漫游系统的研究的中期进展。本研究旨在开发一种新型的虚拟漫游系统，可以基于图像绘制技术实现真实感观的场景呈现和用户导航。本报告涵盖了系统设计、实现和测试等三个方面的工作。其中，系统设计包括架构设计、场景绘制方案设计和用户交互设计；系统实现包括场景模型生成、导航算法实现和用户界面开发；测试方面包括场景真实性验证和系统功能测试。初步测试结果表明，系统能够实现良好的虚拟漫游体验，但仍有一些问题需要进一步完善。
关键词：基于图像绘制，虚拟漫游，场景呈现，用户导航
1、研究背景及意义
虚拟现实技术是一种将计算机生成的虚拟世界融入到现实场景中，达到沉浸式交互体验的技术。虚拟现实技术可以为许多领域带来显著的效益，比如娱乐、教育、建筑等。其中，虚拟漫游是虚拟现实技术的一种重要应用，它可以使用户在虚拟环境中感受到真实的环境和场景，具有较高的沉浸式交互体验。因此，虚拟漫游技术在旅游、学校和商业等领域得到广泛应用。
传统的虚拟漫游系统需要使用三维建模技术生成场景模型，但这种方法需要大量的人力和时间成本，并且很难保证场景的真实性。因此，本研究针对基于图像绘制的虚拟漫游系统进行了研究，旨在开发一种新型的虚拟漫游系统，可以基于图像绘制技术实现真实感观的场景呈现和用户导航。
2、系统设计
2.1系统架构设计
系统架构由输入处理模块、场景生成模块、导航算法模块和标注生成模块组成。其中，输入处理模块用于处理输入图片、平面图和顶视图，生成场景模型。场景生成模块用于将输入图片转换为模型，并生成场景模型。导航算法模块用于计算可行路径和引导用户进行虚拟漫游。标注生成模块用于生成场景中的标注信息。
2.2场景绘制方案设计
本研究采用基于图像绘制的场景绘制方案。该方案通过将输入图片转换为模型，可以实现真实感观的场景呈现。场景绘制过程分为三个阶段，分别是场景分割、模型生成和模型贴图。场景分割阶段将输入图片分割为多个区域，并确定每个区域的材质和纹理。模型生成阶段将每个区域转换为模型，并生成场景模型。模型贴图阶段将纹理应用到模型上，生成真实感观的场景呈现。
2.3用户交互设计
系统的用户交互设计主要包括用户视图、历史记录、搜索和标注四个功能模块。其中，用户视图模块用于展示虚拟漫游场景；历史记录模块用于记录用户的访问历史；搜索模块用于帮助用户查找感兴趣的地点；标注模块用于在场景中生成标注信息，帮助用户理解场景。
3、系统实现
本研究使用Unity作为虚拟漫游系统的开发工具。系统实现包括场景模型生成、导航算法实现和用户界面开发三个部分。
3.1场景模型生成
场景模型生成主要包括输入处理和图像分割两个阶段。输入处理阶段将输入图片转换为Unity中的纹理，图像分割阶段将纹理转换为模型，并生成场景模型。本研究使用了开源的图像分割工具MaskR-CNN实现场景分割功能。此外，本研究还实现了一个自适应材质生成算法，可以根据输入图片的纹理自动生成材质。
3.2导航算法实现
本研究实现了基于A*算法的导航算法，用于计算出从起点到终点的最短路径。导航算法使用场景模型中的可行走区域作为约束条件，保证用户不会穿墙而过。
3.3用户界面开发
系统的用户界面设计主要采用了Unity的UI系统。用户可以通过界面选择起点和终点，并可以查看历史记录、搜索和标注信息。
4、测试与结果分析
本研究对系统进行了场景真实性验证和系统功能测试。场景真实性验证主要通过和实际场景对比来进行。系统功能测试主要包括导航功能、搜索功能和标注功能等方面。
初步测试结果表明，系统能够实现良好的虚拟漫游体验，场景真实性和用户交互性得到了有效的保障。但仍有一些问题需要进一步完善，比如系统的性能和稳定性需要进一步提升。
5、结论与展望
本研究针对基于图像绘制的虚拟漫游系统进行了研究，并取得了初步的进展。本系统能够实现良好的虚拟漫游体验，但仍有一些问题需要进一步完善。我们将继续改进系统的性能和稳定性，并且探索更多的场景绘制技术，以进一步提升系统的性能和用户体验。