王歡，米憲儒，何琳玨，羅信君，曹旺財(cái)

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽 618000)

引言

創(chuàng)新是一個(gè)國家、一個(gè)民族不斷進(jìn)步、發(fā)展的動(dòng)力，習(xí)總書記強(qiáng)調(diào)，人才人才是創(chuàng)新的根基，是創(chuàng)新的核心要素。高校作為培養(yǎng)國家創(chuàng)新人才的基地和搖籃，已經(jīng)開始從傳統(tǒng)教育向創(chuàng)新教育轉(zhuǎn)型，但是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、塑造大學(xué)生創(chuàng)新思維、提高大學(xué)生創(chuàng)新能力是一個(gè)長期、系統(tǒng)且復(fù)雜的過程。

“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”(以下簡稱“大創(chuàng)項(xiàng)目”)是“十二五”期間教育部面向大學(xué)生實(shí)施的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練[1]，其目的主要是讓大學(xué)生在校期間通過實(shí)踐模式提前感受就業(yè)發(fā)展形式，并對自身的綜合能力進(jìn)行充分鍛煉，幫助大學(xué)生通過實(shí)踐實(shí)現(xiàn)自我競爭力的提升[2,3]。在此背景下，現(xiàn)代高校將“大創(chuàng)項(xiàng)目”作為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的一個(gè)重要途徑，四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院(以下簡稱“學(xué)院”)積極開展“大創(chuàng)項(xiàng)目”。

1 創(chuàng)新訓(xùn)練實(shí)踐的選題和意義

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡稱VR)將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)結(jié)合為一體，把操作者與計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬環(huán)境連結(jié)在一起，具有多感知性、浸沒感及交互性的特點(diǎn)[4]。在推進(jìn)校園數(shù)字化背景下，將VR技術(shù)應(yīng)用到學(xué)院形象建設(shè)是很有必要的。創(chuàng)新訓(xùn)練實(shí)踐依托學(xué)院材料成型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心。材料成型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心目前擁有熔煉生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)、鍛壓工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真軟件、華鑄CAE鑄造模擬軟件等，建成了虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室、虛擬仿真云平臺(tái)等。并在云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，聯(lián)合企業(yè)、校企共同開發(fā)了一系列生產(chǎn)虛擬仿真系統(tǒng)，搭建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理和共享平臺(tái)，組建師資隊(duì)伍，制定管理規(guī)范制度。目前，材料成型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心已具備一定規(guī)模，具有服務(wù)社會(huì)能力?；诖?，確定組建團(tuán)隊(duì)開展“基于Unity3D的虛擬校園漫游系統(tǒng)”的“大創(chuàng)項(xiàng)目”實(shí)踐，項(xiàng)目開展具有以下重要意義：

1.1 直觀宣傳校園文化與良好形象，提升學(xué)校知名度

虛擬校園漫游系統(tǒng)的建立，除去傳統(tǒng)的以文字及圖片進(jìn)行宣傳的方式外，為學(xué)校宣傳提供了另一種高效的、新穎的方法。行走在虛擬漫游的校園中，學(xué)校的各個(gè)教學(xué)區(qū)、住宿區(qū)及不同院系的文化特色都能直觀且清晰地展現(xiàn)在用戶眼前。一方面縮短了了解校園的時(shí)間，節(jié)省了體力；另一方面，為外地生源了解學(xué)校提供了一種有效的、便捷的途徑，身臨其境的體驗(yàn)校園的美麗風(fēng)光，有助于擴(kuò)大生源，促進(jìn)學(xué)校的發(fā)展。

1.2 促進(jìn)校園數(shù)字化、信息化建設(shè)發(fā)展

虛擬校園是在傳統(tǒng)校園的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)，將現(xiàn)實(shí)校園的各項(xiàng)具體資料數(shù)字化，變?yōu)榭晒┙逃l(fā)展所利用的信息資源，是校園信息化平臺(tái)建設(shè)的重要組成部分。隨著學(xué)校發(fā)展，將來的建設(shè)有可能涉及到新樓位置規(guī)劃和舊樓的拆遷、擴(kuò)建、綠化等，急需對校園整體布局最直觀的呈現(xiàn)，這時(shí)就可依托虛擬校園系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)和方案評審。同時(shí)，教職員工及學(xué)生也可通過虛擬校園對校園規(guī)劃提出自己的建議，更好地參與到校園的建設(shè)發(fā)展過程中來，提高校園規(guī)劃管理的現(xiàn)代化、數(shù)字化水平。

1.3 塑造和提高學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力

由于大學(xué)生項(xiàng)目實(shí)踐機(jī)會(huì)普遍較少，創(chuàng)新能力不足，往往不能利用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立解決實(shí)際工程問題。通過參加“大創(chuàng)項(xiàng)目”，學(xué)生作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和參與人，可在理論課堂之外自主探索、協(xié)同合作、積極思考，充分調(diào)動(dòng)其主觀能動(dòng)性，在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中潛移默化塑造和提高自身實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。并且，依托學(xué)院虛擬仿真中心開展虛擬仿真創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，學(xué)生可充分利用中心相關(guān)軟硬件，提高其實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

2 創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的實(shí)踐和分析

2.1 組建團(tuán)隊(duì)

“基于Unity3D的虛擬校園漫游系統(tǒng)”創(chuàng)新項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由6位成員組成，其中包括4名學(xué)生和2名指導(dǎo)教師。學(xué)生均來自大二年級(jí)，選修過《VR作品技術(shù)開發(fā)》課程，掌握了VR產(chǎn)品開發(fā)基本知識(shí)和能力，且均具備Sketch Up、3Dmax、Inventor等三維建模技能。兩位指導(dǎo)老師均為材料成型虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)人員，經(jīng)過了數(shù)次Unity3D平臺(tái)應(yīng)用培訓(xùn)并取得了萬維引擎虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工程師證件，承擔(dān)了多學(xué)科虛擬仿真軟件開發(fā)項(xiàng)目。

2.2 項(xiàng)目實(shí)施方案擬定

“大創(chuàng)項(xiàng)目”實(shí)踐團(tuán)隊(duì)成員在老師指導(dǎo)下，針對項(xiàng)目需要進(jìn)一步基于杭州萬維鏡像科技有限公司二次開發(fā)的Unity3D平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)培訓(xùn)，掌握Unity3D平臺(tái)應(yīng)用，并進(jìn)行合理的項(xiàng)目分工，完成項(xiàng)目前期調(diào)研，擬訂了以下項(xiàng)目實(shí)施路線：

首先根據(jù)學(xué)校建設(shè)地圖和地球衛(wèi)星圖等資料確定校園平面地圖，同時(shí)通過拍照、測繪等手段完成校園建筑物外觀紋理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尺寸及其他場景的信息采集工作。采用Sketch Up、3Dmax、Inventor等三維建模軟件[5]對校園建筑物、地形植被等進(jìn)行建模和渲染；利用基于杭州萬維鏡像科技有限公司二次開發(fā)的Unity3D平臺(tái)實(shí)現(xiàn)虛擬校園漫游，最后測試與發(fā)布虛擬校園系統(tǒng)，并提供虛擬軟件開發(fā)培訓(xùn)教程供對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)感興趣的在校學(xué)生學(xué)習(xí)。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施

2.3.1 信息采集及建模

結(jié)合校園規(guī)劃圖、地球衛(wèi)星圖及實(shí)地測量，根據(jù)對校園建筑的信息采集，采用Sketch Up、3Dmax、Inventor等免費(fèi)三維建模軟件對校園的主要建筑物進(jìn)行建模，建筑物模型外觀見圖1。

對整個(gè)學(xué)院進(jìn)行場景建模，工作量巨大，所以團(tuán)隊(duì)成員采取區(qū)域負(fù)責(zé)制，每人負(fù)責(zé)一部分區(qū)域的建模工作，分工合作后再進(jìn)行整合。同時(shí)，為了減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，建模時(shí)將實(shí)際建筑和地形較為復(fù)雜的細(xì)節(jié)忽略掉。

建模后進(jìn)行模型渲染，簡單來說就是對三維軟件搭建好的模型進(jìn)行貼圖和著色，使模型產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)實(shí)物一樣逼真的視覺效果，包括了燈光效果、材質(zhì)效果、物體表面顏色效果、物體光滑與反射效果、物體透明與折射效果等。這個(gè)過程對于虛擬仿真來說，也是必不可少的一個(gè)步驟，試想如果仿真對象只是一個(gè)簡單的模型，而外觀沒有任何視覺效果，那我們仿真出來的作品就直接失去了“仿真”的意義了。

2.3.2 Unity3D平臺(tái)三維場景構(gòu)建

通過Basic VeryEngine開發(fā)引擎將建好的校園建筑及地形植被等模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D平臺(tái)，由于Basic VeryEngine所兼容的常用3D模型是通過三維建模軟件導(dǎo)出成FBX后綴格式的文件，這種格式的模型可以直接將其放置到Basic VeryEngine工程里，放置路徑是在工程的Assets目錄下，最好是在該目錄下新建一個(gè)文件夾，然后再將該模型放置到該文件夾中，方便管理查看。如果模型已經(jīng)做好了貼圖渲染，則該3D模型不僅包含模型文件，還包括貼圖文件(貼圖文件包括材質(zhì)球和圖片素材)，那么放置的時(shí)候，需要連帶這些貼圖文件一同放置到工程當(dāng)中[6,7]。

主要建筑物導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D平臺(tái)后，對其他地面設(shè)施、天空等環(huán)境細(xì)節(jié)進(jìn)行添加補(bǔ)充，搭建校園三維場景。

2.3.3 虛擬校園漫游實(shí)現(xiàn)

在Unity3D平臺(tái)創(chuàng)建第一人稱視角模擬器，通過編寫腳本，設(shè)置好模擬器的行走速度、視角高度等屬性，可實(shí)現(xiàn)模擬角色在虛擬校園自由行走、觀察、停留。

2.4 項(xiàng)目效果分析

2.4.1 豐富學(xué)院數(shù)字化資源

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練實(shí)踐項(xiàng)目測試發(fā)布了PC版虛擬校園漫游軟件，使用戶能通過操作設(shè)備(鼠標(biāo)、鍵盤等)漫游整個(gè)校園，為社會(huì)各界參觀、了解學(xué)校增加了一種有效的、便捷的途徑，且將現(xiàn)實(shí)校園的各項(xiàng)具體資料數(shù)字化，豐富了學(xué)院數(shù)字化資源。

同時(shí)在項(xiàng)目進(jìn)行期間，團(tuán)隊(duì)成員編寫了虛擬軟件開發(fā)培訓(xùn)教程，為對虛擬仿真技術(shù)有興趣、想學(xué)習(xí)虛擬仿真技術(shù)的在校學(xué)生提供有效的指導(dǎo)。

2.4.2 學(xué)生個(gè)人綜合能力提升。

整個(gè)項(xiàng)目過程以學(xué)生為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，老師輔助指導(dǎo)。學(xué)生全程參與項(xiàng)目選題、項(xiàng)目調(diào)研、可行性分析及項(xiàng)目具體實(shí)施，通過虛擬仿真這些前沿技術(shù)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生思維，提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的能力，塑造和提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

擬定項(xiàng)目實(shí)踐方案前，學(xué)生自發(fā)查閱了大量文獻(xiàn)，在此期間，能熟練利用各種中文數(shù)據(jù)庫搜集資料，增強(qiáng)了個(gè)人的文獻(xiàn)調(diào)研能力。學(xué)生結(jié)合學(xué)院實(shí)際情況，提出學(xué)院建筑物建模主要利用“草圖大師”Sketch Up，并運(yùn)用其他三維軟件輔助設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)成員雖然都具備使用三維建模軟件技能，但是大家平常常用的三維軟件各異，不利于模型的整合，而Sketch Up操作簡便，在有其他三維軟件操作技能的基礎(chǔ)上，易于上手，并且可以直接將校園地圖CAD版及谷歌地圖影像直接導(dǎo)入，再采用軟件的推拉功能就可以進(jìn)行建模了，極大縮減了建模的工作量。

項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生每周定期進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度匯報(bào)和交流，在此期間大家一起討論，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題、撰寫論文，學(xué)生組織管理能力、撰寫匯報(bào)材料能力、溝通能力及思考探索能力都得到了很好的鍛煉。

通過項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)過程，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題能力、文獻(xiàn)研究能力、分析設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作等綜合能力都有顯著提升。

2.4.3 學(xué)生對前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣受到激發(fā)

學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)施，對虛擬仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程等有了深入了解，并激發(fā)其對這些前沿技術(shù)更深入學(xué)習(xí)的興趣。由于項(xiàng)目實(shí)踐后期處于疫情最嚴(yán)重的時(shí)期，學(xué)生不能返校，導(dǎo)致虛擬校園漫游場地很多細(xì)節(jié)不得已被忽略掉。項(xiàng)目結(jié)束后，學(xué)生仍然做好計(jì)劃進(jìn)一步完善軟件細(xì)節(jié)，完善各建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和漫游功能，更進(jìn)一步豐富軟件內(nèi)容。項(xiàng)目實(shí)踐豐富了學(xué)生的課外生活，并提升了個(gè)人擇業(yè)競爭力。

總結(jié)

本文通過“大創(chuàng)項(xiàng)目”——基于Unity3D的虛擬校園漫游系統(tǒng)實(shí)踐案例，圍繞項(xiàng)目選題、項(xiàng)目意義及實(shí)施等方面，對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、綜合能力提升效果進(jìn)行分析，通過此次“大創(chuàng)項(xiàng)目”實(shí)踐，一是豐富了學(xué)院數(shù)字化資源，二是學(xué)生分析問題、解決問題的綜合實(shí)踐技能得到切實(shí)提高，達(dá)到了“大創(chuàng)項(xiàng)目”開展的目的。