基于Photon的校园虚拟漫游系统的设计与实现-毕业论文.doc

毕业论文 基于 Photon 的校园虚拟漫游系统的 设计与实现 学 院经贸学院 专业名称信息管理与信息系统 班级学号 学生姓名 指导教师 年 月 日 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 I 页 基于 Photon 的校园虚拟漫游系统的设计与实现 摘 要 近年来 虚拟现实技术 Virtual Reality 英文简称 VR 在城市规划 工 程设计 旅游 教育等领域都有着极为广泛的应用 而随着计算机网络技术的 不断发展 单机版的虚拟漫游系统已经不能满足人们的需求 将网络技术应用 到虚拟漫游系统中已经成为一个热门话题 本文以东北大学秦皇岛分校单机版 校园虚拟漫游为基础 设计并实现了基于 Photon 技术的东北大学秦皇岛分校校 园虚拟漫游系统 简称东秦 VRS 本论文首先探讨了 Photon 和 Unity3D 网络游戏开发技术 而后深入分析了 东秦漫游系统的需求并对系统的设计进行了详细的阐述 最后论文结合当下流 行的游戏优化技术着重介绍了客户端程序的优化技巧 本系统使用 C 语言开发 主要采用了 Photon 和 Unity3D 网络游戏开发工具 完成了用户注册 登陆 聊 天 移动 断线控制等功能 关键词 虚拟漫游 Photon Unity3D 校园漫游 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 II 页 Design and Realization of the Campus Virtual Roaming System Based On Photon Abstract In recent years virtual reality technology Virtual Reality the abbreviation VR in the field of urban planning engineering tourism and education have a very wide range of applications With the continuous development of computer network technology the stand alone version of the virtual roaming system can not meet people s needs network technology will be applied to the virtual roaming system has become a hot topic In this paper Northeastern University Campus Virtual Tour standalone version of the program based on the design and implementation of research based online game Photon Technology Northeastern University at Qinhuangdao Campus Virtual Roaming system referred to as the Dong Qin VRS for This paper first discusses the Photon and in Unity3D online game development technology and then analyzes the East Qin roaming system design requirements of the system were explained in detail the final paper combines contemporary popular game optimization techniques focus on optimizing the client program The system uses C language development the main use of the Photon and Unity3D online game development tool completed the user registration login chat move break control Key Works Virtual Roaming Photon Unity3D Campus Roaming 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 III 页 目 录 1 绪论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究现状 2 1 3 研究研究的目的与意义 3 1 4 研究的主要内容 3 1 5 本章小结 3 2 相关技术简介 4 2 1 Photon 网络游戏引擎简介 4 2 2 Unity3D 游戏引擎简介 5 2 3 Unity3D 与 Photon 的关系 7 2 4 Unity3D 和 Photon 交互方式 7 2 5 本章小结 8 3 东秦 VRS 的系统分析 9 3 1 需求分析 9 3 2 系统设计目标 10 3 3 系统功能结构 10 3 3 1 系统总体功能结构 11 3 3 2 系统网络结构 12 3 4 本章小结 12 4 东秦 VRS 的系统设计 13 4 1 系统整体设计 13 4 2 服务器程序架构 13 4 3 客户端架构 15 4 3 1 客户端总体结构 15 4 3 2 状态模式简介 16 4 3 3 中间件结构 18 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 IV 页 4 4 本章小结 22 5 东秦 VRS 的系统实现 23 5 1 注册及登陆功能 23 5 2 人物移动功能 25 5 3 断线状态机 27 5 4 配置文件加密 29 5 5 本章小结 30 6 东秦 VRS 的性能优化 31 6 1 客户端优化技术 31 6 1 1 LOD 31 6 1 2 遮罩剔除 32 6 2 服务器端程序改进措施 34 6 3 本章小结 35 结 论 36 致 谢 37 参考文献 38 附 录 39 附录 A 39 附录 B 49 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 1 页 1 绪论 1 1 研究背景 随着计算机技术的发展 人们对信息的获取方式已经不仅仅的局限于打印输出和 屏幕显示这样浅显的层次 人们更多地渴望通过视觉 听觉 触觉 肢体语言及命令 等方式获得一个立体的综合信息 将感性知识与理性知识相结合 从而达到身临其境 之感 这些要求使得信息的处理不再是单一维度的获取 输出 而是建立在一个更高 层次的多维度信息空间之上 虚拟现实技术 Virtual Reality 英文简称VR 无疑将会 成为支撑这个多维度信息空间的关键技术 游戏产业在经历了20世纪末的初期形成阶段 于近几年呈现出井喷式的快速发展 状态 现已成为日本 美国 英国 韩国等发达国家的支柱型产业之一 当前中国游 戏产业正处于快速成长期 产业规模不断扩大 VR技术作为游戏技术的衍生品已被广 泛的应用于教育 军事 建筑 医疗 工业设计等各个领域 VR系统是以计算机技术为主体 以对现实世界的抽象研究调查数据为依据 以人 的参与为核心 从而形成的一种可以人机互动的高技术模拟系统 虚拟校园 是虚拟 现实技术在现代教育中最早的应用 它实现了对校园三维景观和教学环境的数字化和 虚拟化 在学校的教学资源管理 环境规划和学校发展等许多方面发挥了重要的作用 1 校园虚拟漫游系统的研究对校园建设具有重要意义 以VR技术为支撑 将学校风 光通过虚拟仿真实现 既可以为学校树立良好的形象 提高学校的知名度 宣传校园 文化 还可以作为校园规划的辅助工具 提高校园现代化管理水平 将校园虚拟漫游 系统与学校的有关信息相结合后 可以提供给师生一个三维可视化的信息介绍与查询 环境 同时它还可以促进远程教学的发展 为数字校园的建设提供一个良好的平台 目前 校园虚拟漫游系统大多是以VR技术为支撑的单机版漫游系统 这类系统虽 然可以很好的模拟校园环境 为校园发展提供宣传规划服务 但因为用户功能缺少粘 性导致这类系统难以牢牢的吸引用户人群 用户往往在体验一次之后就对这类单机系 统失去了兴趣 网络社区和网络游戏作为互联网飞速发展的主流推动力量 他们对用 户的吸附能力是有目共睹的 因此将网络功能引入校园虚拟漫游系统中 利用网络互 动的魅力增加虚拟漫游系统的用户吸附能力 成为了一个值得研究和探讨的问题 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 2 页 1 2 研究现状 对于VR技术的研究国外大学及科研机构相对起步要早 其中美国加州大学北卡分 校及伯克利分校在这方面走在了世界前沿 他们拥有世界一流的漫游技术研究室 研 究室里配有许多前沿的虚拟现实技术相关设备 研究室把建筑漫游作为自己的主要研 究方向 到目前为止 他们完成的实时漫游大型建筑己达十个以上 其中至少有三项 是在建筑施工前进行的事前仿真 让用户和设计者在工程开始之前 就可以对整个设 计做出评估并反复修正设计方案 2 早在1977年 北卡分校就实现了由一亿三千万个三角形构造的电厂模型的实时交 互漫游 他们采用的纹理盒消除模型 多细节层次模型 可见区预计算等算法大大提 高了场景渲染的效率 1996年 加州伯克利分校在SGI工作站也实现了本校新楼Soda Hall的实时漫游 Soda Hall模型由1418807个多边形构成 由于研究小组采用了高效的 数据存储结构 多级动态LOD技术 场景调度算法 实时可视区域判定算法及计算处 理等多种技术使得Soda Hall的实时仿真率 每秒钟刷新频率 恒定在每秒20帧左右 3 在我国 清华 武大 北航 浙大 西南交大等许多大学都己经开展了虚拟场景 漫游技术的研究 武汉理工大学开发出了一套校园虚拟全景漫游系统 横跨余家头及 东 西院三个校区 上海大学也实现了宁波科技园区实时漫游系统 清华大学土木工 程系的 RGROUP 小组使用SPuerscPae公司的VRT虚拟环境软件包于1998年开发了 清华北大蓝旗营教师住宅小区 虚拟环境漫游系统 2010年 北京大学在给每个新生录取通知书的时候附带了一张名为 北大英雄 的光盘 光盘以2D游戏的形式介绍了北京大学各个场地的用处 让新生未到校之前即 通过计算机了解学校 北大英雄 给北大的数字化建设带来了巨大的推动作用 也 带来了校园宣传的新途径 4 Web 3 0的时代即将到来 有专业人士预测 Web 3 0的 时代即Web 3D时代 3D漫游系统将会受到企业和社会各界的青睐 综上 我们可以看到对于虚拟校园系统的研究国内外大学早在很久以前就已经开 展了 而且随着VR技术的进步及计算机软硬件的发展 目前虚拟校园系统已经可以实 现仿真度达90 以上的仿真建模及漫游工作 但是对于网络虚拟校园的研究工作 国内 外高校及研究机构涉足较少 以校园为社区平台 运用VR技术 将场景仿真化 运用 网络游戏 网络社区技术 让虚拟校园系统内容丰富化将成为未来虚拟校园系统研究 东北大学秦皇岛分校毕业设计 论文 第 3 页 的主流 1 3 研究研究的目的与意义 本论文主要研究了如何将网络游戏技术运用到校园虚拟漫游系统中 以学校真实 场景为原型进行建模工作 同时加入网络功能 让用户除了可以进行人机互动以外还 可以通过网络进行人人互动 东北大学秦皇岛分校校园虚拟漫游系统采用3Ds Max进 行3D建模 使用Unity3D游戏开发引擎搭建校园场景 利用Photon网络游戏引擎实现网 络功能 3种工具配合使用 采用C 语言编程实现网络虚拟校园系统整个开发工作 由 于时间和精力有限 本论文主要阐述客户端程序和服务器端程序的架构设计 以期获 得一个可方便修改 扩充的C S结构系统 1 4 研究的主要内容 本论文以东北大学秦皇岛分校网络虚拟漫游系统 简称东秦VRS 为例 在进行 了充分的需求分析和设计后主要研究了如何使用Unity3D Photon来完成网络虚拟校园 的建设工作 本论文主要分为六个章节 各章节主要内。