郭亮，劉書廷

（1.長春光華學(xué)院，吉林長春 130031；2.長春市第一實驗銀河小學(xué)，吉林長春 130031）

為了培養(yǎng)青年學(xué)術(shù)骨干和創(chuàng)新團(tuán)隊， 加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)，增強(qiáng)科學(xué)研究能力，提升學(xué)校綜合競爭力，長春光華學(xué)院校特設(shè)立了青年科研基金項目。 該項目是以學(xué)校專項經(jīng)費資助，側(cè)重科學(xué)研究，主要圍繞學(xué)科建設(shè)和學(xué)校發(fā)展過程中需要解決的難點問題進(jìn)行選題和立項，由科研處負(fù)責(zé)組織和管理，面向全校從事教育教學(xué)和管理工作的現(xiàn)崗青年教職工，對年齡的要求為40 周歲以下，具有較強(qiáng)意識和創(chuàng)新精神的青年教師。在了解以上幾點要求的情況下，筆者嘗試申請了該次科研基金項目，在后續(xù)為期一年的不懈努力下，將所預(yù)期的科研內(nèi)容保質(zhì)保量的提前完成，以下是該項目的技術(shù)報告。

1 技術(shù)方法與技術(shù)方案

1.1 技術(shù)方法

（1）采用“資料搜集法”來搜集與虛擬現(xiàn)實相關(guān)的國內(nèi)外資料與文獻(xiàn)。

（2）采用“經(jīng)驗總結(jié)法”來總結(jié)國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實項目的成功案例，參加行業(yè)相關(guān)培訓(xùn)，關(guān)注資訊消息。

（3）采用“實驗研究法”來進(jìn)行實際操作，并且針對在項目制作中出現(xiàn)的各類問題， 根據(jù)一定的理論知識進(jìn)行有計劃的修改，從而得到解決。用實驗進(jìn)一步完善虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可行性。

1.2 技術(shù)方案

（1）首先要充分搜集篩選相關(guān)內(nèi)容資料。

（2）在實際操作的基礎(chǔ)上不斷豐富理論內(nèi)容，盡量做到理論與實踐相結(jié)合的目的。

（3）對建筑物內(nèi)部細(xì)節(jié)深入了解，精確模擬尺寸大小。 重點零件甚至需要分解開。

（4）利用Maya、3DMAX 等三維軟件制作場景模型。 注意模型面數(shù)，同時不能有穿插。

（5）通過繪圖軟件，盡可能還原建筑材質(zhì)與明暗效果。

（6）與Unity 2018 軟件對接，實現(xiàn)人機(jī)一體化。

（7）增強(qiáng)互動性，添加互動選項及操作面板，修改毛病。

2 具體研究實驗內(nèi)容

2.1 前期階段

前期階段包括題目構(gòu)思、情節(jié)設(shè)計、美術(shù)風(fēng)格、素材搜集。

題目構(gòu)思：在前文中已經(jīng)說明，主要是還原“長春光華學(xué)院”兩個校區(qū)的所有建筑物模型。其目的是為了使參觀該校整體建設(shè)風(fēng)貌更加快捷方便和實現(xiàn)人人交互、人機(jī)交互等目的，從而增加娛樂性和趣味性，體驗方式更偏向第一視角游戲的感受。

情節(jié)設(shè)計：主要是設(shè)計整個瀏覽游戲的運行方式、游戲關(guān)卡等內(nèi)容，包括角色的視角定位、移動方式、人機(jī)交互設(shè)計、人人交互設(shè)計等，最終目的就是為了保證游戲能夠順利運行下去。

美術(shù)風(fēng)格：是整個作品的主要設(shè)計風(fēng)格，該作品的美術(shù)風(fēng)格偏向?qū)憣嵭Ч?主要是為了體現(xiàn)兩個校區(qū)的真實環(huán)境，其中也包含了校園周邊的自然環(huán)境、風(fēng)雨雷電效果模擬、大氣光照模擬、陰影效果模擬等內(nèi)容。

素材搜集：指真實場景的視頻與照片取材，項目中包括了第一教學(xué)樓、第二教學(xué)樓、行政樓、圖書館、A 食堂、B 食堂、AB 校區(qū)所有學(xué)生寢室、 四座門樓建筑、計算機(jī)實驗樓、光華會館等筑物共計14 座。 以及所有場景建筑物的真實尺寸比例數(shù)據(jù)， 所有樓體的材質(zhì)貼圖效果（光線充足情況下拍攝），所有展示牌的文字信息與照片信息，所有植被覆蓋位置等。

2.2 中期階段

中期階段包括建筑物模型制作、材質(zhì)貼圖繪制。其中建筑模型制作方面，所有模型使用Maya2016 軟件中的多邊形建模技術(shù)，通過調(diào)節(jié)三維空間視圖中的“點、線、面”位置來塑造物體，制作中不僅要考慮模型的真實度，還要考慮面數(shù)的合理性，過多的面數(shù)會嚴(yán)重影響產(chǎn)品交互的流暢性，在制作該模型的時候，由于模型頂端較為復(fù)雜， 所以頂端位置的點與面數(shù)要多才能將物體的主體結(jié)構(gòu)完整地表現(xiàn)出來。

在材質(zhì)貼圖的制作上， 首先需要將模型拓展UV，這里使用的工具是拓展UV 軟件headus3Dtools， 此款軟件操作簡單功能強(qiáng)大， 能夠快速將模型的UV 拆分開來， 并且可以修改坐標(biāo)與MAYA、3DMAX 等三維軟件完美的契合， 對后面繪制材質(zhì)貼圖起到了重要的鋪墊作用。

接下來是將拓?fù)浜肬V 的模型洪培成AR 環(huán)境光貼圖， 目的是將明暗關(guān)系通過Maya 軟件計算出來，具體步驟是在Maya2016 軟件中將模型粗模平滑成精模，兩種模型位置相交， 再使用MR 渲染器洪培出環(huán)境光貼圖并將貼圖導(dǎo)出。

使用了Photoshop 配合BodyPaint 3D 來完成貼圖的繪制， 具體操作步驟是將模型與貼圖導(dǎo)入到Body-Paint 3D 中進(jìn)行固有色上色。 再將固有色貼圖導(dǎo)入至Photoshop 中設(shè)置圖層混合，得出具有明暗關(guān)系的顏色貼圖。再將貼圖導(dǎo)入到BP 中繪制成最終材質(zhì)。 除此之外，部分標(biāo)志性建筑模型都是通過調(diào)整UV 拓?fù)鋱D，結(jié)合素材照片剪切修改出來的，保證了貼圖的真實性，項目中所有模型均使用以上介紹的方式制作。

2.3 后期階段

所有模型完成后， 導(dǎo)入至Unity 2018 進(jìn)行交互設(shè)置。 該軟件可以創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎，目前國內(nèi)外市場比較流行。模型導(dǎo)入后，需要在軟件中修改坐標(biāo)參數(shù)，很多材質(zhì)、明暗、光影方面的細(xì)節(jié)也需要在Unity中設(shè)置。平臺中也植入了一個籃球場投籃的小游戲，同時對車輛的移動也添加了關(guān)鍵幀動畫， 增添了些許樂趣。最后是模擬日常風(fēng)、霜、雨、雪、晝夜等自然現(xiàn)象，豐富畫面的真實感，以上設(shè)計可使用Unity 提供的自然環(huán)境資源包，美化場景。

在unity 中， 預(yù)制體對應(yīng)面向?qū)ο缶幊讨械念悾螒蛭矬w對應(yīng)面向?qū)ο缶幊讨械膶ο蟆?我們通過腳本語言編寫的是類中的方法（或稱類的行為），它是儲存在類中的函數(shù)，由引擎本身調(diào)用。 Unity 提供的函數(shù)接口有多種， 其中創(chuàng)建腳本時即給出了兩種最為簡單實用的函數(shù)。 其一是start()函數(shù)，在游戲?qū)ο蟊怀跏蓟瘯r調(diào)用。另一個是update()函數(shù)，在每個游戲循環(huán)周期調(diào)用，可以理解為每幀調(diào)用。 可以說正是腳本語言可以方便地讓引擎開發(fā)的游戲種類有了無限的可能， 不過易于開發(fā)的腳本會稍微對游戲的運行效率有一些影響。 在vr 漫游的項目中，顯示文字，更改天氣，移動物體都是通過不同的腳本函數(shù)實現(xiàn)。Unity 提供了豐富的腳本函數(shù)，通過調(diào)用這些函數(shù)可以實現(xiàn)很多功能。

3 不足之處和解決方式

3.1 與網(wǎng)站對接問題

在與網(wǎng)站進(jìn)行對接時，由于軟件的制作體積較大，在網(wǎng)頁中體現(xiàn)虛擬瀏覽時會出現(xiàn)嚴(yán)重卡頓現(xiàn)象， 所以暫時放棄了與校園網(wǎng)站對接的功能。

3.2 VR 造成的眩暈問題

用戶在長時間使用VR 設(shè)備瀏覽虛擬校園時，會出現(xiàn)短暫眩暈感， 這種眩暈感并不是單個用戶的特別事例， 而是人類本身對虛擬現(xiàn)實技術(shù)所帶來的虛擬現(xiàn)實的正常生理反應(yīng)， 目前的硬件配置解決不了此項問題，但我們可以通過在虛擬世界盡量避免加速度，移動盡量使用激光筆（傳送槍）這種瞬移傳送的方式，如果一定要平滑地移動可以在起步時和停止時增加阻尼以減小加速度帶來的不適，或者使用萬象跑步機(jī)來同步跟蹤移動信號，以上方式都會有效緩解眩暈帶來的不適。

3.3 尚需深入研究的問題

從2008年至今，VR 虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)10 個年頭，成型的產(chǎn)品早已經(jīng)融入人們?nèi)粘Ｉ钪?，流行趨勢逐漸再往AR 增強(qiáng)現(xiàn)實甚至MR 混合現(xiàn)實技術(shù)上轉(zhuǎn)變。 筆者制作該項目的初衷是想呈上虛擬現(xiàn)實技術(shù)的末班車，以虛擬現(xiàn)實為基礎(chǔ)，逐漸向著AR 增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)轉(zhuǎn)變， 畢竟AR 增強(qiáng)現(xiàn)實能夠模擬的內(nèi)容更適合技術(shù)研發(fā)，對該?？蒲许椖康纳钊胙芯科鸬酵七M(jìn)效果，同時也對促進(jìn)該校數(shù)字媒體類專業(yè)的發(fā)展以及畢業(yè)生就業(yè)有所幫助。