宋姍姍

[摘 要]在數(shù)字校園建設(shè)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是進(jìn)行校園規(guī)劃和設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。本文以某大學(xué)校園環(huán)境為虛擬空間，以Unity3D為開發(fā)平臺(tái)，采用場(chǎng)景建模軟件，結(jié)合使用編程語(yǔ)言進(jìn)行交互，并與HTML進(jìn)行整合，共同開發(fā)完成虛擬校園。

[關(guān)鍵詞]Unity3D；三維；數(shù)字校園；漫游系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）21-0245-01

1 前言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以利用計(jì)算機(jī)生成比較真實(shí)的模擬環(huán)境，用戶仿佛置身于真實(shí)的環(huán)境中，用戶通過接口與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，具有用戶渲染感、交互性以及實(shí)時(shí)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是信息科學(xué)的一門新的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于軍事、娛樂、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。三維數(shù)字校園漫游系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能，可以直觀地展現(xiàn)校園全景，用戶產(chǎn)生置身于真實(shí)校園的感覺，對(duì)學(xué)校的規(guī)劃和設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。現(xiàn)在很多高等院校都在利用不同的軟件來進(jìn)行數(shù)字校園建設(shè)。本文介紹了Unity3D游戲開發(fā)技術(shù)在三維數(shù)字校園漫游系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，校園漫游系統(tǒng)可以讓用戶對(duì)學(xué)校有更形象直觀的了解。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

三維數(shù)字校園漫游系統(tǒng)是三維形式的校園系統(tǒng)，主要是將校園的信息進(jìn)行三維形式的展示。該系統(tǒng)采用三維可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并借助三維建模軟件模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使系統(tǒng)實(shí)時(shí)可交互。Unity3D是實(shí)現(xiàn)校園漫游系統(tǒng)的游戲型軟件，系統(tǒng)可以在網(wǎng)頁(yè)上直接運(yùn)行，用戶的體驗(yàn)比較直觀。

現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)校園漫游的系統(tǒng)軟件很多，最早的語(yǔ)言是VRML語(yǔ)言，以后又出現(xiàn)VRP，這是一款國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)頂尖的虛擬漫游引擎，在設(shè)計(jì)虛擬產(chǎn)品方面Cult3D非常的便捷，在國(guó)內(nèi)外享有盛譽(yù)的是Unity3D軟件。

3 Unity3D平臺(tái)介紹

Unity3D是一款跨平臺(tái)游戲開發(fā)軟件，可以直觀的對(duì)游戲進(jìn)行編輯。Unity3D由Unity？Technologies進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)開發(fā)，可以輕松創(chuàng)建三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫等類型的互動(dòng)內(nèi)容，是一個(gè)多平臺(tái)的綜合型游戲開發(fā)工具，可以進(jìn)行全面的游戲引擎。其優(yōu)勢(shì)在于性價(jià)比高，用戶不用下載客戶端，直接進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)效果瀏覽進(jìn)行體驗(yàn)。Unity3D支持各類腳本語(yǔ)言，兼容性較強(qiáng)。通過Unity簡(jiǎn)單的用戶界面，可以輕松的完成任何工作，不但節(jié)省大量的時(shí)間， 還可以進(jìn)行綜合編輯，同時(shí)具有高優(yōu)化的圖形渲染管道。

3.1 開發(fā)流程

在進(jìn)行校園漫游系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)，利用CAD平面圖以及數(shù)據(jù)來確定虛擬校園的地理布置，用三維建模軟件建立校園內(nèi)的各個(gè)模型，模型經(jīng)過轉(zhuǎn)化成為Unity3D兼容的形式。構(gòu)建場(chǎng)景之后進(jìn)行系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)，交互設(shè)計(jì)包括漫游行走與界面菜單的交互、性能測(cè)試、生成文件。

校園漫游系統(tǒng)的開發(fā)流程如下：對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三維矢量數(shù)據(jù)處理后，導(dǎo)入3Dmax系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，然后建模，用PhotoShop進(jìn)行貼圖處理，對(duì)貼圖效果進(jìn)行檢測(cè)，如果質(zhì)量通過檢查，如果質(zhì)量未通過檢查，進(jìn)行貼圖預(yù)處理后再進(jìn)行貼圖操作和質(zhì)量檢查，對(duì)建模進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)出三維模型。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

一是場(chǎng)景建模技術(shù)，可以利用Unity3D的自帶功能，也可以導(dǎo)入模型，一種方法是將模型文件導(dǎo)入項(xiàng)目文件夾，另一種是導(dǎo)出為fbx的格式。導(dǎo)入信息包括物體的空間位置、材質(zhì)、動(dòng)畫等。

二是交互技術(shù)，交互性是虛擬校園漫游系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，如果是簡(jiǎn)單的交互用JavaScript語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，并且界面采用的是GUI設(shè)計(jì)，在校園漫游系統(tǒng)中用戶可以進(jìn)行選擇是自動(dòng)導(dǎo)航還是手動(dòng)導(dǎo)航，選擇后就進(jìn)進(jìn)入相應(yīng)的漫游模式，并且可以跳轉(zhuǎn)場(chǎng)景。

三是碰撞檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)物體遇到障礙物時(shí)發(fā)生的物理反應(yīng)進(jìn)行模擬，碰撞檢測(cè)是漫游系統(tǒng)的基本功能，Unity3D中可以通過腳本語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)。

4校園漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 總體規(guī)劃

校園漫游系統(tǒng)具有三維瀏覽功能，用戶可以直接獲得校園信息，校園場(chǎng)景都是真實(shí)再現(xiàn)，用戶可以對(duì)觀察角度以及方向進(jìn)行控制。系統(tǒng)的硬件設(shè)置包括數(shù)碼相機(jī)、雙核CPU、電腦和CAD平面圖，用到的軟件包括CAD、3Dmax、Photoshop和Unity3D。校園漫游系統(tǒng)的主要功能為：

一是網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能，二是真實(shí)的對(duì)實(shí)體校園進(jìn)行縮小再現(xiàn)，三是GUI界面比較人性化，操作簡(jiǎn)單，四是提供用戶瀏覽模式，五是設(shè)置了導(dǎo)航圖，用戶可以了解校園的布局，六是設(shè)置了背景音樂，七是設(shè)置了學(xué)校網(wǎng)站的鏈接導(dǎo)航。

4.2 構(gòu)建虛擬場(chǎng)景

構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景包括建筑和環(huán)境兩個(gè)方面，構(gòu)建環(huán)境時(shí)借助于CAD規(guī)劃平面圖和從數(shù)據(jù)相機(jī)兒得的建筑數(shù)據(jù)，Unity3D使用系統(tǒng)自帶的模型。

第一步是獲取信息，獲取的信息要通過軟件進(jìn)行處理，最終要得到系統(tǒng)所需的空間數(shù)據(jù)，獲取信息時(shí)要得到相關(guān)部門的支持，可以幫助提供學(xué)校的CAD規(guī)劃圖，要仔細(xì)研究學(xué)校的沙盤，方便對(duì)信息進(jìn)行收集，一些標(biāo)示不清的地點(diǎn)要進(jìn)行重新測(cè)量，對(duì)學(xué)校的全部建筑進(jìn)行拍攝，用Photoshop獲得材質(zhì)，供模型貼圖用。

第二步是構(gòu)建模型，主要是構(gòu)建學(xué)校里的地形、建筑物和環(huán)境，其中地形和建筑可以在獲得高程數(shù)據(jù)后用3Dmax構(gòu)建，環(huán)境可以用Unity3D的自帶模型進(jìn)行選擇。在構(gòu)建模型時(shí)要特別注意優(yōu)化多邊形模型的面數(shù)，優(yōu)化后可以壓縮網(wǎng)絡(luò)文件，便于用戶瀏覽。貼圖要盡量真實(shí)，文件不宜過大以免影響系統(tǒng)運(yùn)行。

第三步是進(jìn)行交互性設(shè)計(jì)，人機(jī)交互是三維數(shù)字校園漫游系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，利用計(jì)算機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)人和計(jì)算機(jī)的信息傳遞。人機(jī)交互技術(shù)包括GUI界面和漫游功能實(shí)現(xiàn)，用戶可以找開漫游系統(tǒng)，可以自由選擇漫游模式，如自動(dòng)漫游、手動(dòng)漫游、導(dǎo)航等。如果選擇的是自動(dòng)漫游，用戶可以按照規(guī)定好的路線對(duì)校園進(jìn)行參觀，界面左上角的小地圖上就會(huì)出現(xiàn)校園概況；如果選擇手動(dòng)漫游，用戶可以通過按鍵來改變觀測(cè)點(diǎn)，可以在小地圖上選擇想要看的區(qū)域，在大地圖上進(jìn)行局部觀看 。系統(tǒng)還具有碰撞檢測(cè)功能，設(shè)置一些障礙物阻礙通過，具有場(chǎng)景的真實(shí)再現(xiàn)功能。

5 軟件優(yōu)化

校園漫游系統(tǒng)要在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行瀏覽，對(duì)軟件容量具有很高的要求，如果系統(tǒng)運(yùn)行不暢會(huì)影響用戶的體驗(yàn)效果，所以軟件優(yōu)化非常的重要，主要表現(xiàn)在物體建模和腳本兩個(gè)方面。

三維模型越多，對(duì)其進(jìn)行渲染時(shí)就會(huì)占用很多系統(tǒng)資源，如果將不看到的面線去掉，用同一種材質(zhì)來表現(xiàn)合并物體，就會(huì)使渲染的速度加快。要對(duì)燈光進(jìn)行優(yōu)化，Unity3D設(shè)置了頂點(diǎn)燈光、像素?zé)艄?，其中頂點(diǎn)燈光可以實(shí)現(xiàn)在每一幀都渲染物體，像素?zé)艄庵荒茕秩颈粺艄庹丈涞降奈矬w，因此可以利用兩種燈光的區(qū)別，用頂點(diǎn)燈來渲染整個(gè)漫游畫面，這樣如果計(jì)算機(jī)的配置不是很高，也可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行。

5.2 優(yōu)化腳本

腳本編寫時(shí)首先要保證邏輯正確，如果Unity3D支持靜態(tài)變量，可以使運(yùn)行效率更高。如果在Assets目錄創(chuàng)建新的腳本，要將里面的Update方法刪除。

6 小結(jié)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使軟件系統(tǒng)更加人性化，進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)時(shí)都以用戶方便為出發(fā)點(diǎn)，要保證讓用戶在使用系統(tǒng)時(shí)可以獲得更多需要的信息。本文通過介紹基于Unity3D的三維數(shù)字校園漫游系統(tǒng)，為用戶提供了一個(gè)了解校園場(chǎng)景的窗口，可以促進(jìn)行學(xué)校的宣傳和規(guī)劃。通過進(jìn)行系統(tǒng)介紹我們可以看出Unity3D軟件對(duì)于虛擬環(huán)境的創(chuàng)建非常實(shí)用，其優(yōu)勢(shì)在于三維建模方便，交互性強(qiáng)，很多關(guān)鍵技術(shù)可以推廣到仿真項(xiàng)目和小區(qū)和其他領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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