基于Unity3D和PCS的虛擬化校園開發(fā)技術(shù)的研究與應(yīng)用

朱向洋　涂心浩　王華宇

摘要：該文主要介紹開發(fā)一個基于Android智能手機(jī)的虛擬化校園模擬平臺。通過虛擬化校園，新生及家長能夠通過Android手機(jī)App進(jìn)行校園環(huán)境熟悉，相比紙質(zhì)材料和新聞媒體更加直觀和全面；PCS（百度個人云存儲）可以幫助在校師生輕松進(jìn)行信息存取、共享，解決信息碎片化問題。

關(guān)鍵詞：Unity3D；PCS；虛擬化校園；Android

中圖分類號：TM83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）17-4156-03

每年各個高校為了招生宣傳、迎接新生等印制大量的紙質(zhì)宣傳手冊和指導(dǎo)手冊，不僅造成了資源的浪費，人力的損失，也造成了環(huán)境的污染。虛擬校園作為虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術(shù)應(yīng)用的一項重要領(lǐng)域，很好的解決了上述問題。目前，虛擬化校園技術(shù)成為現(xiàn)在各高校關(guān)注的焦點，在我國迅速發(fā)展。但是其多是基于 PC 機(jī)上運行的，由于 PC 機(jī)在空間和時間方面的限制，人們往往無法隨時隨地進(jìn)行虛擬校園的可視化查詢和檢索，不能獲得及時的、良好的視覺交互體驗[1]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息碎片化問題日益加劇，為了解決信息碎片化問題，諸如百度云盤、金山快盤等云盤技術(shù)迅速發(fā)展，實現(xiàn)了個人信息在“云”與“端”以及“端”和“端”之間同步的問題，它們均作為一個獨立的App安裝在手機(jī)上，靈活性較差，無法和用戶常用的App進(jìn)行集成。

本文將利用PCS（Personal Cloud Storage， 個人云存儲）技術(shù)，將云存儲服務(wù)作為一個獨立子模塊集成到虛擬化校園軟件中，實現(xiàn)信息的隨時存取和虛擬化校園瀏覽。除此之外，本軟件還添加好友聊天子模塊，方便學(xué)院官方對用戶提供咨詢服務(wù)。

1 虛擬化校園

3D 虛擬校園的概念最初由虛擬世界發(fā)展而來，虛擬世界是用戶以3D 虛擬形象參與其中，進(jìn)行創(chuàng)造、生產(chǎn)、交換、交流、娛樂與生活的桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)[2]。虛擬校園系統(tǒng)可直觀展示校園、可利于招生宣傳、方便新生提前熟悉校園環(huán)境、可方便學(xué)生學(xué)習(xí)生活、可利于優(yōu)化管理等。其直觀、立體的特點，可作為數(shù)字化校園的基礎(chǔ)平臺，成為老師、學(xué)生、家長之間三者溝通的數(shù)字化平臺。

虛擬化校園，更確切的說為全三維虛擬化校園，不同于全景圖。全三維虛擬化校園采用建模與程序驅(qū)動相結(jié)合的方法設(shè)計虛擬校園系統(tǒng)。采用建模工具，如3DMax、Maya等，對校園中的建筑物、花木等進(jìn)行真實的建模，并進(jìn)行渲染、烘焙以及貼圖制作；選用虛擬現(xiàn)實軟件，如Unity3D、Vega Primer、OpenGVS 等進(jìn)行模型驅(qū)動，結(jié)合腳本編程技術(shù)，實現(xiàn)人性化的交互。[3]

Unity3D作為一個跨平臺的全面整合的專業(yè)游戲引擎。利用交互的圖型化開發(fā)環(huán)境為首要方式的軟件。Unity3D 通過自身優(yōu)秀的粒子系統(tǒng)可以更真實的模擬現(xiàn)實世界中的物理現(xiàn)象，為全三維虛擬校園良好的現(xiàn)實感開發(fā)提供有力的技術(shù)支持，性價比較高， 開發(fā)方便，并且可以發(fā)布成網(wǎng)頁瀏覽的方式， 用戶不需要下載客戶端， 就可以直接體驗。

本文論述的虛擬化校園采用模擬實體校園的設(shè)計方法，使用3D Max進(jìn)行學(xué)院樓宇的模型建設(shè)及立體模型建設(shè)，將3D max所建校園模型導(dǎo)入到Unity3D工程并對校園模型進(jìn)行加工和數(shù)據(jù)分析、細(xì)節(jié)處理及代碼的撰寫形成動態(tài)模型，通過Unity3導(dǎo)出.fbx格式，然后導(dǎo)出為Android源碼，最終Android源碼中編譯生成APK文件。

2 PCS（Personal Cloud Storage， 個人云存儲）

隨著云技術(shù)的發(fā)展，面向個人的云存儲平臺已得到用戶廣泛認(rèn)可，如國外的Dropbox、Google Drive、iCloud，國內(nèi)的百度云盤、金山快盤、115網(wǎng)盤等[4]。通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地存儲個人的資料文檔，并將其傳到云端已成為一種潮流。

隨著智能手機(jī)的性能不斷提高和移動互聯(lián)發(fā)展不斷深化，云存儲漸漸從PC端向移動終端轉(zhuǎn)移，產(chǎn)品功能的設(shè)計也越來越強(qiáng)調(diào)移動化。PCS支持多種文件類型，并根據(jù)文件格式類別分類，與移動終端的設(shè)計思路類似，讓用戶更容易管理文檔，推出一系列子應(yīng)用，增加了用戶粘性[5]。

區(qū)別于常用云盤，PCS是為開發(fā)者提供的，并不是直接面向App用戶，開發(fā)者開發(fā)的應(yīng)用（第三方應(yīng)用）訪問個人云存儲數(shù)據(jù)時，必須經(jīng)過基于OAuth2.0的百度授權(quán)和用戶認(rèn)證。授權(quán)成功后，百度PCS將用戶和數(shù)據(jù)通過非常安全的方式發(fā)送給第三方應(yīng)用。這樣，用戶就可以像使用百度官方提供的應(yīng)用一樣，方便安全的使用第三方應(yīng)用處理用戶數(shù)據(jù)。

本軟件利用PCS技術(shù)，用戶可以將自己文件同步到云端進(jìn)行存儲，實現(xiàn)私有信息保存，同時可以將同步信息設(shè)置為共享，方便其他用戶使用。

3 基于Unity3D和云計算的虛擬化校園

Google公司推出的Android智能手機(jī)平臺系統(tǒng)，以其開源、開放和優(yōu)異便捷的開發(fā)架構(gòu)，成為在移動終端搭載虛擬化校園的首選之一，下面將詳細(xì)闡述該軟件架構(gòu)及主要功能。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 登錄模塊

該軟件客戶端分為PC端和移動終端。PC端由兩類人群構(gòu)成系統(tǒng)管理員和學(xué)院工作人員。系統(tǒng)管理員，可以查看除用戶私有文件以外的所有信息，具有本系統(tǒng)的最高權(quán)限。學(xué)院工作人員由系統(tǒng)管理員分配，負(fù)責(zé)處理常見問詢工作。

移動終端共分為三種用戶，分別為游客、學(xué)生和老師。其中游客沒有云服務(wù)的功能，用戶可以虛擬校園漫游、好友聊天和向?qū)W院專用賬號進(jìn)行問詢，不能同步自己的文件到云端，但可以下載云共享的內(nèi)容。

該軟件在使用中必須在線使用，用戶需要先登錄再使用。游客需要注冊后，以游客的身份登錄。而在校師生無需注冊，由系統(tǒng)管理員統(tǒng)一按工號和學(xué)號分配，通過自己的學(xué)號或工號登錄即可。

3.2.2 全三維虛擬校園模塊

該模塊作為該軟件的重要組成部分，瀏覽方式采用菜單瀏覽和滑動瀏覽相結(jié)合的方式。用戶可以從學(xué)校大門開始逐步向校園里面走動，也可以根據(jù)需要選擇特定地點為出發(fā)點，比如圖書館、體育館等等，然后在通過滑動屏幕逐步移動。

3.2.3 好友聊天模塊

好友聊天模塊顯示的分組默認(rèn)包括學(xué)院的專用賬號，提供廣大師生及游客的問詢工作，此分組不允許用戶修改或刪除。除此之外，允許用戶進(jìn)行創(chuàng)建分組、刪除分組、添加好友、刪除好友。添加好友是時既可以通過賬號添加，又可以通過掃描二維碼添加。

好友聊天分為一對一和群組聊天。學(xué)院專有賬號可以進(jìn)行學(xué)院官方信息廣播，一般用于學(xué)校通知或公告等。該功能如果和學(xué)校的數(shù)字化校園信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)接口互聯(lián)，可實現(xiàn)數(shù)字化校園中的消息推送功能。

3.2.4 PCS云服務(wù)模塊

PCS提供公有云服務(wù)，除游客以外的移動終端用戶可以編寫自己文件，并將其同步到云端進(jìn)行托管數(shù)據(jù)保存，還可以將一些共享資料或文件上傳到對于其他用戶可見的公有云端，提供他們下載使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

4 對Android平臺下校園交流軟件開發(fā)引起的思考

4.1 Android平臺本身存在的問題

Android憑借著自身的五大優(yōu)勢：開放性、掙脫運營商的束縛、豐富的硬件選擇、不受任何限制的開發(fā)商、無縫結(jié)合的Google應(yīng)用，在短短的幾年內(nèi)占據(jù)了近八成的手機(jī)市場，然而正是它自身的優(yōu)勢阻礙了自己的長遠(yuǎn)發(fā)展，碎片化嚴(yán)重、Android版本的問題、在廠商定制系統(tǒng)上運行的應(yīng)用兼容性問題成為了當(dāng)前Android開發(fā)者們關(guān)注的熱點。

4.2 Android平臺的處理速度問題

該軟件的模型數(shù)據(jù)通過建模軟件直接寫在程序中，渲染產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，對硬件條件的要求較高，目前高校部分學(xué)生，特別是新生手機(jī)的配置普遍低于軟件配置要求。使得學(xué)生使用虛擬校園的效果受到不同程度的影響，特別是圖像的顯示質(zhì)量及效率上。所以，需要在計算機(jī)的價格與使用效果之間做一個平衡。

5 結(jié)束語

本文較為詳細(xì)的闡述了基于Unity3D和云計算的虛擬化校園的關(guān)鍵技術(shù)和工作流程，虛擬校園模塊同過3D Max和Unity3D聯(lián)合建模的方式進(jìn)行校園模型建立，通過Unity3D引擎實現(xiàn)可視化的交互的體驗。云服務(wù)模塊較為方便進(jìn)行私人信息存儲和資源共享，托管服務(wù)，簡答便捷。好友聊天和學(xué)院專用賬號問詢可以較為方便用戶之間聯(lián)系，對于游客及新生提前熟悉校園環(huán)境起到重要作用。

隨著移動互聯(lián)的發(fā)展和3D虛擬校園研究的進(jìn)一步深入，將會有越來越多的高校加入其中，虛擬化校園也從起初的靜態(tài)校園環(huán)境虛擬向教學(xué)活動上轉(zhuǎn)移，3D課堂、支持合作化的團(tuán)隊學(xué)習(xí)功能、虛擬化講座等等將不斷呈現(xiàn)在我們大學(xué)的學(xué)習(xí)生活中。虛擬化校園也會迎來移動終端占據(jù)主流的時代，這同時也需要虛擬化校園建模時要簡化圖形和導(dǎo)航、交流工具及交互形式等從而適應(yīng)手機(jī)等移動設(shè)備的技術(shù)特點。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王運.基于手機(jī) Android 平臺的虛擬校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2013.

[2] A. J. Kelton.Second Life： Reaching into the Virtual World for Real -World Learning[J].ECAR Research Bulletin，2007（17）.

[3] 蔡興泉，李杰，李晉宏.虛擬校園在線系統(tǒng)中的導(dǎo)航技術(shù)[J].Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Computational Intelligence and Industrial Application（Volume 9） 2010.

[4] 賀博，王欣.個人云存儲市場發(fā)展?fàn)顩r分析[J].現(xiàn)代電信科技，2012（8）：11-14，19.

[5] 楊鎰菲.基于云存儲的分布式全文檢索系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].華南理工大學(xué)，2012.