虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

秦傳文，李闖吉林建筑大學(xué)

虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

秦傳文，李闖
吉林建筑大學(xué)

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來得到飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。本文以吉林建筑大學(xué)為例，探討了基于Unity3D的虛擬三維校園漫游系統(tǒng)的創(chuàng)建流程，探討了建設(shè)多虛擬數(shù)字化校園系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)。意在建立一個虛擬校園交互系統(tǒng)，展示校風(fēng)校貌、豐富校園文化。

前言

隨著計算機(jī)技術(shù)的普及，校園信息化建設(shè)步伐也不斷加快，虛擬校園漫游系統(tǒng)作為校園信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，具有很強(qiáng)的開發(fā)潛力?，F(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上所運(yùn)營的虛擬校園系統(tǒng)緊緊停留在2.5維的層面上，瀏覽視角無法自由轉(zhuǎn)動，達(dá)不到預(yù)期宣傳效果。隨著計算機(jī)硬件、軟件的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了三維虛擬校園漫游系統(tǒng)。

三維比二維平面更直觀形象，更逼近校園的實(shí)景，這樣虛擬校園漫游系統(tǒng)就可以幫助廣大異地考生在志愿填報的過程中，及時、快速、直觀了解校園風(fēng)采，也符合我們國家目前正大力倡導(dǎo)的“互聯(lián)網(wǎng)+”策略。虛擬校園漫游系統(tǒng)在學(xué)校對外招生、宣傳的過程中都可以扮演重要的作用，將集成校園導(dǎo)航、校容校貌展示、對外招生宣傳于一體，這也是傳統(tǒng)的二維校園導(dǎo)航所不能比擬的。虛擬校園漫游系統(tǒng)將成為校園門戶網(wǎng)站中不可缺少的部分，對擴(kuò)大學(xué)校知名度產(chǎn)生積極重要的作用。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計流程

系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：建筑模型及環(huán)境制作、lumion實(shí)時渲染，創(chuàng)建Unity3D漫游空間，服務(wù)器配置。

2　建筑模型及環(huán)境制作

2.1數(shù)據(jù)采集

主要包括各建筑平面圖、規(guī)劃圖、地形圖及紋理貼圖。通過CAD圖紙以及谷歌地圖來進(jìn)行參考，解決了原始施工圖與竣工項目存在差異的問題。建筑紋理貼圖則需要進(jìn)行實(shí)景拍攝，獲得高清圖片，通過圖像軟件進(jìn)行編輯整理。

2.2三維建模技術(shù)

國內(nèi)大多數(shù)虛擬校園漫游制作案例，往往側(cè)重于后期網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)，由于開發(fā)者多出身于軟件工程方向，忽略了前期的虛擬場景模擬的工作。然而，虛擬校園漫游系統(tǒng)能否帶給人們極佳的體驗(yàn)，很大程度上取決于虛擬場景模型的精細(xì)度和實(shí)時渲染效果。建模軟件方面，目前可采用的建模軟件有很多種類，主流的建模軟件包括maya、3DsMax、SketchUp、犀牛等軟件，每個軟件都有其強(qiáng)項，以下是筆者深入了解后進(jìn)行的分析。

2.2.1maya

Maya多應(yīng)用于游戲、動漫人物的三維制作方面，曲面建模功能強(qiáng)大，但其本身操作復(fù)雜，需要長時間的專業(yè)訓(xùn)練才能操作，且建筑模型方面的應(yīng)用有所欠缺。

2.2.23ds max

3DsMax運(yùn)用領(lǐng)域廣泛，功能全面，適用于各種建筑、工業(yè)、人物設(shè)計等各領(lǐng)域，普及廣泛。但軟件消耗內(nèi)存大，操作復(fù)雜且模型效果不過直觀，運(yùn)行大場景組合模型，對電腦要求很高。

2.2.3SketchUp

SketchUp多運(yùn)用于建筑、景觀、室內(nèi)設(shè)計等領(lǐng)域，因其直觀的建模方法被廣泛運(yùn)用，運(yùn)行內(nèi)存小，操作簡單易懂。但是它的曲面建模是一大短板，不過傳統(tǒng)建筑的形態(tài)多為直線平面，不規(guī)則曲面較少，針對曲面復(fù)雜的模型該軟件則無法勝任。

2.2.4Rhino

目前多運(yùn)用在建筑、景觀、工業(yè)，人物造型等領(lǐng)域，優(yōu)點(diǎn)是軟件占用內(nèi)存小，靈活流暢，操作界面與3DsMax相似，曲面建模功能非常強(qiáng)大。缺點(diǎn)是操作比較繁瑣，對于建筑形態(tài)簡單的模型沒有必要使用。

通過對目前幾個主流軟件的分析，根據(jù)我們所要建立的場景內(nèi)，建筑內(nèi)的不規(guī)則曲面幾乎沒有，所以我們得出結(jié)論，采用SketchUp進(jìn)行三維場景設(shè)計是最為合適。

根據(jù)前期收集的CAD圖紙、建筑紋理貼圖等，在SketchUp中進(jìn)行場景建模，掌握軟件操作技術(shù)，具體步驟則分為分組制作單體建筑粗模、模型細(xì)化、對建筑進(jìn)行貼圖材質(zhì)繪制、建立校園場地、各單體模型匯總、增加光影特效。

3　lumion實(shí)時渲染技術(shù)

lumion實(shí)時渲染技術(shù)存在于單機(jī)操作內(nèi)，還沒有連接到互聯(lián)網(wǎng)上，通過單機(jī)實(shí)時渲染，可以實(shí)現(xiàn)對虛擬校園場景的漫游觀察，此外還需要在該軟件內(nèi)進(jìn)行地形編輯，模擬天氣，種植植物，最終形成線下虛擬漫游系統(tǒng)。

3.1環(huán)境氛圍制作

3.1.1通過軟件內(nèi)的功能，模擬設(shè)置各種天氣（晴朗多云雨天風(fēng)雪大霧晝夜），實(shí)現(xiàn)真實(shí)場景下的用戶體驗(yàn)感受。

3.1.2在場景內(nèi)添加植物、人物、景觀小品（路燈、花架等），渲染生活氛圍。

3.1.3通過軟件內(nèi)的工具來建立地形，模擬真實(shí)的生態(tài)環(huán)境。

3.2優(yōu)點(diǎn)

該軟件能夠模擬真實(shí)的場景天氣變化、人物、車輛等物體，山川河流的編輯也具有很高的可操作性，模擬仿真程度極高，畫面效果好，但其缺點(diǎn)則是軟件需要電腦硬件具有很高的性能，才能流暢運(yùn)行。

利用lumion的實(shí)時渲染技術(shù)，我們注意到另一個發(fā)展方向：目前已經(jīng)被應(yīng)用在游戲、五感體驗(yàn)等方面的的虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，通過這個載體會使體驗(yàn)者的感受得到提高，能夠提供給人視覺、聽覺、觸覺等多種感官刺激，這也是我們未來的一個發(fā)展方向。

4　Unity3D漫游技術(shù)

Unity3D軟件是一個游戲開發(fā)平臺，還可以將制作內(nèi)容發(fā)布至手機(jī)平臺。將SketchUp場景模型匯總到Unity3D中，進(jìn)行進(jìn)一步的場景操作，并且Unity3D軟件支持多種模型格式互相導(dǎo)入，使虛擬場景建立更方便。Unity3D雖然沒有l(wèi)umion實(shí)時渲染的效果逼真，但是其本身要求的電腦載體配置低，運(yùn)行也較為流暢，這也是選擇其作為與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合的重要原因。在Unity3D中，我們對校園地形進(jìn)行細(xì)化，設(shè)置燈光和音效，添加天空，進(jìn)行實(shí)時渲染測試。

4.1操作內(nèi)容

4.1.1將制作好的校園模型和紋理貼圖，分別導(dǎo)入unity3d的面板中，生成模型碰撞器（模型碰撞檢測時使用）。插入并測試調(diào)整好角色視角控制器：將第一視角控制器拖入到場景中并調(diào)整角色膠囊的比例。

4.1.2為場景添加光源，并調(diào)整光源的角度和強(qiáng)度。

4.1.3調(diào)整角色的行進(jìn)速度和初始方向。運(yùn)行程序測試。

4.1.4為模型賦予紋理貼圖，進(jìn)行渲染參數(shù)設(shè)置，高光顏色設(shè)置等。

4.1.5為場景添加天空盒skybox，引入天空盒文件，進(jìn)行實(shí)時渲染測試調(diào)整。

4.2web三維場景構(gòu)建及服務(wù)器配置

Unity3D軟件的重要一點(diǎn)就是可以使用與網(wǎng)頁插件，實(shí)現(xiàn)發(fā)布網(wǎng)頁版虛擬校園漫游系統(tǒng)的目的。目前Unity3D支持Web、PC、IOS、安卓、Apps等主流操作系統(tǒng)，電腦端和移動端都可以使用。而ISS則是常用的Web應(yīng)用程序平臺，采用ISS能夠更好的與用戶的操作系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，易于后臺管理，所以本項目采用ISS搭建能夠發(fā)布unity3d的Web服務(wù)器，進(jìn)行配置IIS6.0程序，最終完成虛擬校園漫游系統(tǒng)。

5　結(jié)論與發(fā)展前景

通過采用sketchup建模，lumion、Unity3D實(shí)時渲染而實(shí)現(xiàn)的虛擬校園漫游系統(tǒng)的實(shí)踐研究，不單單可以運(yùn)用于校園這一層面，在其他虛擬現(xiàn)實(shí)的模擬中也可以得到運(yùn)用，我們通過虛擬校園漫游系統(tǒng)的制作，探索虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的發(fā)展。未來人類的生活必將邁向更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化的生活，伴隨著電腦、手機(jī)等智能終端載體的日益成熟發(fā)展，虛擬漫游系統(tǒng)的運(yùn)用也一定會更加常態(tài)化、普及化。

作者簡介：

秦傳文(1994-），男，漢族，吉林省長春人，本科，研究方向：景觀園林設(shè)計。

李闖(1984-),漢,吉林省榆樹人，研究生，講師，數(shù)字媒體。