5-1 前言
傳統上，製作一個虛擬實境軟體需要兩個軟體，模型建構軟體(例 如3DSMAX)以及互動編輯軟體(例如 EON)。但本系統需要模擬出全 站儀內部複雜的程式運算功能，純靠互動編輯軟體仍不足以編寫出足 以模擬儀器內部的功能。因此，多增加一套物件導向程式編輯軟體(例 如VB)，可以大幅度的減輕開發人員的工作量。
本系統的建構步驟如下：
1. 模型建構：使用 3DSMAX 建立儀器、反射稜鏡、管狀水準氣泡 與圓盒水準氣泡之模型，並建立系統所需校園場景模型。
2. 基本互動功能：將建構好之模型匯入 EON 中，並使用 EON 編輯 相關之互動功能，最後建構出前章設計之操作介面。
3. 運算互動功能：使用 VB 來開發系統執行時框架，並編輯出全站 儀內部的運算功能。
圖5-1 系統建構流程
紹虛擬實境互動建構軟體EON，第四節介紹虛擬實境場景與儀器之 建構，第四節介紹「全站儀架設教學系統」之建構，第五節介紹全站 儀「座標測量教學系統」之建構。
5-2 虛擬實境模型建構軟體
市面上可見的3D 繪圖軟體種類繁多，大致上的功能皆類似，都 可即時建構出3D 的模型。但是依功能與使用領域來分類，大致可以 分為下列四種：
1. 視覺式 3D 軟體：通常此類軟體除了強大靈活的建模功能，還加 上逼真的光源運算功能。常見軟體為Maya、SoftImage、Hodini、
3DSMAX、LightWave、Cinema 等。
2. CAID-3D 軟體：可提供精確數據以利整合 CAD/CAM 量產製造前 置作業。現今的主流為Alias Studio、Rhino 等。
3. CAD/CAM-3D 工業設計軟體：用於實體產品的設計，精確的數 據便於製造，其數據化的模式與視覺式3D 軟體有著明顯分界。
常見軟體如PRO/E、UG、Catia、SolidWork、MDT 等。
4. CAD2D/3D 數據設計軟體：這類軟體的 2D 功能非常強大準確，
精確度最高可達10-16，但其3D 功能非常陽春。著名軟體有 AutoCAD、MicroStation 等。
本系統雖然著重於虛擬實境的融入度與真實性，但重點則是放在 儀器功能的擬真度與場景真實感上面，對於儀器與腳架的尺寸精度並 沒有太大的要求。遂在這的部份選擇畫面效果取向的視覺式3D 軟體 作為開發建模之用。而視覺式 3D 軟體當中，又以 3DSMAX、Maya、
SoftImage 與 LightWave 等四種最為常見，詳細介紹如表 5-1 所示。
表5-1 四種視覺式繪圖軟體
項目 3DSMAX LightWave SoftImage MAYA
開發公司 Discreet NewTek Avid Alias
性能特色 包含人物動作 工具套件、法 線貼圖和多邊 形 編 輯 修 改 器。
強 大 的 多 層 貼 圖功能，對於擁 有 多 層 光 澤 顏 色 的 生 物 而 言，是最佳的建 模軟體。
獲 奧 斯 卡 大 獎 的 渲 染 器 技 術，角色動畫工 具，全能的專業 內 建 合 成 功 能 以 及 影 片 後 製 資源。
完 整 的 建 模 系 統、强大的程序 紋 理 材 質 和 粒 子系統、出色的 角 色 動 畫 系 統 以及MEL 脚本 語言。
親合性 AutoDesk 軟體 相容度極高，
對於工程相關 學生來說，操 作並不陌生。
擁 有 近 乎 完 美 的 曲 面 建 模 系 統，是所有 3D 建構軟體中，公 認最易上手。
後 製 工 具 強 大，不過國內書 籍介紹較少。
功 能 強 悍 但 操 作複雜，常為高 階者使用。
普及性 最多 最少 第三 居次
價格 便宜 便宜 昂貴 昂貴
適合種類 建築模型 遊戲開發 電影製作 動畫製作
對於工程相關科系的學生來說，AutoCAD 向來是必修的課程，
因此對於同屬Autodesk 家族軟體的 3DSMAX 將不至於太過陌生。且 3DSMAX 在土木建築應用領域中為四套中最為廣泛的，內建有許多 建築模型，可以加快建模流程。因此選定3DSMAX 作為模型建構工 具。而選定之原因如下：
y 使用上手容易，操作簡單。
y 價格便宜，功能強大。
y 國內教育學習資源豐富。
y 接續前者研究，整合容易。
y 可與 AutoCAD 相互結合。
y 內建許多建築模型，如樓梯、牆壁、窗戶等，適合場景建構。
3DSMAX 為世界上使用最普及的 3D 模型建構、動畫製作軟體，
完全滿足製作高品質動畫、最新遊戲、設計效果等領域的需求。
進行即時3D 建模和動畫設計等功能，並被廣泛應用於影視、工業設 計、多媒體製作及工程視覺化領域。
3DSMAX 的最新版本為 2006 年五月所發行的 8.0 版，此次的升
級主要是針對製作動畫部分，將舊板功能不足之處加以改進。譬如新 引進的毛髮系統，可以製作出計算重力而改變方向之頭髮，大幅增加 動畫人物的真實感。而動畫編輯功能的改進更是明顯，將允許使用者 儲存建好的角色動作軌跡，待日後搭配給其它角色使用。在應用方面，擁有強大功能的3DSMAX 被廣泛應用於電視與娛 樂業中，比如片頭動畫與遊戲製作。而在國內發展相對比較成熟的建 築繪圖和建築動畫製作中，3DSMAX 的使用率更佔據絕對優勢。
5-3 虛擬實境互動編輯軟體
當模型與場景建構完成之後，需要付予兩者與使用者互動之功 能，一個完整的虛擬實境才得以呈現，否則僅是單調的動畫、圖案，
僅能稱做是多媒體。市面上的虛擬實境編輯軟體很多，但除了遊戲公 司開發使用的客製化軟體外，編輯功能較強且最常見的就屬以下三 種： (1)Virtools Dev(2)EON Studio(3)Quest 3D。三套軟體的特性列於 表5-2。
表5-2 三種 3D/VR 軟體之特性
軟體名稱 Quest 3D Virtools Dev EON Studio
開發公司 Act-3D Virtools EONReality
編輯介面 在 Quest3D 裡，所有 的 編 輯 器 都 是 視 覺 化、圖形化的。所見 即所得，即時讓您見 到作品完成後執行的 樣子。
互動是行為模組就像 在堆積木一樣，可以 利用拖放的方式將互 動行為模組賦予在適 當 的 物 件 或 是 角 色 上。
EON Studio 提供使用 者非常容易操作的圖 形式介面，且介面本 身可以依照自己喜好 調整位置。
程式撰寫 不需寫程式，完全圖 形化介面，所有視窗 均可保持開啟狀態，
可使得編輯與執行都 容易。
包含了 SDK，可供程 式 人 員 開 發 新 的 功 能、新的硬體驅動程 式或是將內容編譯成 執行檔。
軟體本身也有考慮到 程式設計的愛好者需 求，內建的 Script 功 能 與 另 外 選 購 SDK( 搭 配 VC++) 模 組可以滿足程式設計 發展系統的慾望。
軟體特色 編寫非常容易，但功 能略嫌陽春，且相關 的硬體支援與售後支 援較為遜色，但價格 為三者之中最為便宜 的。
豐富的教材與教學資 源，在台灣為最多人 使用之3D/VR 軟體，
相關的使用說明與軟 體公司的售後服務最 為完善。價位稍貴且 過於繁瑣的功能是初 學者的夢靨。
強大的硬體支援與高 解析的畫面顯示，適 中的價位與教育版的 優惠是最大的賣點。
相 關 的 教 育 資 源 較 少 ， 但 編 寫 快 速 簡 單，功能卻意外的強 大。
適合領域 營造、建築展示。 遊戲開發。 訓練、行銷。
綜觀各家軟體之特性，可以得知這三套軟體皆能勝任開發本系統 所需之功能，但Quest 3D 對於硬體之相容性較低，未來系統的發展 性受限，因此剔除於名單中。而Virtools 與 EON 功能各有特色，並 沒有孰優孰劣的問題，但考量到購置成本與開發難易度後，最終決定 採用EON 來進行系統開發。選定之原因如下：
y 可以開發桌上型虛擬實境軟體。
y 採圖形介面的編輯模式。
y 價位符合預算。
y 可相容於前人的研究。
y 學習困難程度較低。
三套軟體的相關功能比較列於表5-3。
表5-3 三種 3D/VR 軟體之比較 軟體名稱 Quest3D Virtools EON
大型幾何物件之演算速度 3 4 4+
複雜之物件於同一場景中 3 4+ 4+
動態資料下載 3 5- 5
從伺服器端下載材質 N/A 4- 4+
高解析度材質 3 2 5
模擬真實場景之能力 3 2
5-使用之便易性 3 2 4+
多人共用 N/A N/A 4
複雜之互動功能 3+ 4 5
視覺品質 4 3- 4
壓縮幾何材質之功能 4 3 4
支援多種貼圖功能 3 4- 4
網頁發佈 3+ 4+ 4+
相關硬體之相容性 N/A 4 5
可接受之輸入格式 3 3 4
與其它多媒體之整合性 3 3 4
與微軟ActiveX 之整合 3 N/A 5
網頁全螢幕功能 N/A 5 5
支援影音檔 N/A 4 5
支援3D 音效 N/A 4+ 4
立體顯像功能 3 4 5
EON 是由瑞典 Eon Reality 公司所開發出來的，為一種利用圖形 使用者介面，研發即時3D 多媒體應用的工具程式。強調易學易用、
表現逼真、整合性強與完成檔案容量小，可輕易結合網際網路或硬體 設備等特性。主要應用在電子商務/電子行銷/數位學習/教育訓練與建 築空間等領域。適合工商業、學術界或軍事單位製作多功能虛擬實境 整合套件。這套工具可以整合應用設計、行銷與教育訓練等多方面的
資源。
EON 根據不同用途區分成 Professional、Studio 兩個等級，這二 個不同的等級再根據市場需求又區分成商業、教育兩種版本。所以在 價格上較其他互動編輯軟體有彈性，讓原本屬於公司行號才有能力負 擔的虛擬實境教育訓練應用，也可以應用在校園內的教學。
Professional 與 Studio 不同的地方在於前者擁有四種特殊開發套 件，可以開發出更逼真的虛擬實境場景。分別為CG 模組、Human 模組、Physic 模組與 CAD 模組，除了將 Studio 版中不足功能的地方 加以補強外，還可以開發以往需要複雜運算才可以完成的CG 貼圖場 景、需要特殊設備才可開發出來的生物動態與真實物理動態模擬，並 大幅增加EON 的檔案支援度，將虛擬實境編輯軟體的實用性增加到 另一個等級。
EON 針對高階使用者的不同需求，推出了許多專門的開發套件 如Raptor、ICatcher 與 ICube 等，可以讓使用者將所開發的虛擬實境 系統，更輕易的整合在網路與無線通訊應用與大型虛擬實境投影設備 上。
EON 的操控介面是所有虛擬實境編輯軟體中最具親和力的，經 由拖曳的方式便可輕鬆開發過去需要撰寫數以千行複雜程式才可完 成的功能。而超過上百種的功能節點(Nodes)、樹狀架構管理模式 (Simulation Tree)與行為控制(Routes)讓現使用者可以輕輕鬆鬆地建構 複雜的虛擬環境。
整體來說，EON 的優點可以歸納如下：
1. 場景與物件表現逼真，網路上的檔案可以非常的小，不需要手動 安裝外掛程式，很適合工商業研發、行銷與教學應用。
2. 與市面上 90%的 3D/CAD/動畫/多媒體/資料庫系統相容，整合性
強，支援的格式最多種，可延展原購置軟體的效益，經濟效益提 高。
3. 可與 90%的虛擬實境硬體週邊整合，包括頭盔(H.M.D)、數位手 套(Data Glove)、6D 滑鼠(Space Controler)、位置追蹤器(Tracking System)等。
4. 支援 90%標準開發與應用程式(如 C++、VBScript、JavaScript 等)，
可針對不同的市場與應用開發高效能的系統。
5. 可與 PDM(產品資料管理)、ERP(企業資源管理)、CRM(客戶關係 管理)、KM(知識管理)、SCM(供應鏈管理)結合。
5-4 虛擬實境物件之建構
在進行虛擬實境互動建構前，並須先將所需的虛擬模型建構完 成，才可以編輯模型與模型之間、模型與使用者之間的互動程式。一 個虛擬實境的融入度完全取決於操作、場景的擬真度，因此模型必須 讓使用者擁有似真的感受。系統所需建構之元件列於表5-4。
表5-4 系統所需建構元件
元件名稱 功能 建構軟體
全站儀本體 系統中操作全站儀的本體。 3DSMAX
反射稜鏡組 系統中照準用之反射稜鏡含腳架。 3DSMAX
腳架 系統中用以置放全站儀與概略定心用。 3DSMAX
圓盒水準氣泡 系統中用以操作之圓盒水準氣泡。 3DSMAX
管狀水準氣泡 系統中用以操作之管狀水準氣泡。 3DSMAX
3D 地形 依照學校南區地形所建構成之立體地形。 3DSMAX
3D 建物 依照現地測量場景建構五棟建物，分別為中華大
學活動中心、中華大學國際會議廳、中華大學圖 書館、工學院大樓與設計學院大樓。
3DSMAX
地形地物貼圖 使建物與地形更為逼真。 Photoshop
本系統建構之虛擬模型與實物之比較圖詳列於下，地形地物之貼