三維模型與智能設(shè)備實(shí)時(shí)交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜乃瀚

(連云港杰瑞深軟科技有限公司，江蘇 連云港 222006)

三維模型與智能設(shè)備實(shí)時(shí)交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜乃瀚

(連云港杰瑞深軟科技有限公司，江蘇 連云港 222006)

將三維場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)生活中的智能設(shè)備結(jié)合起來(lái)，建立用戶體驗(yàn)極高的應(yīng)用管理系統(tǒng)，使用戶直觀的感受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，不僅僅可以遠(yuǎn)程瀏覽現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，還可以遠(yuǎn)程操控智能設(shè)備，控制其運(yùn)行狀態(tài)。三維智能應(yīng)用系統(tǒng)同時(shí)能夠提供接口與其他外部系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)資源共享，豐富的功能展示，并將場(chǎng)景與真實(shí)世界緊密聯(lián)系在一起。

自動(dòng)尋路；動(dòng)畫；通信；模型狀態(tài)管理；場(chǎng)景切換；特效

0 引言

隨著用戶體驗(yàn)需求的不斷提升，二維操作與展示已經(jīng)不能滿足大眾的口味。一般提升用戶體驗(yàn)的方式是設(shè)計(jì)界面樣式，調(diào)整界面布局等一些常規(guī)手段，沒(méi)有跨越式的突破。當(dāng)今比較流行的虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用則給用戶帶來(lái)了全新的視覺(jué)震撼。通過(guò)驅(qū)動(dòng)三維模型[1,2]模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，并給模型附加觸發(fā)事件、屬性等與現(xiàn)實(shí)物體緊密關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)在很多智能設(shè)備能夠傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、故障代碼等設(shè)備信息。將三維模型與智能設(shè)備結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)三維可視化智能管控系統(tǒng)不僅能夠飛躍式的提升用戶體驗(yàn)，同時(shí)可以直觀的監(jiān)控現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。對(duì)緊急救援、城市規(guī)劃提供快速高效的操作方案。本文介紹了基于unity3d和C#開(kāi)發(fā)三維模型展示、驅(qū)動(dòng)和智能設(shè)備實(shí)時(shí)交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于unity3d引擎可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)[3,4]運(yùn)行，并支持C/S、B/S架構(gòu)，所以本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，能夠在眾多主流操作系統(tǒng)中應(yīng)用。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要unity3d、.net等開(kāi)發(fā)環(huán)境以及三維場(chǎng)景模型[5,6]和智能設(shè)備接口。本系統(tǒng)應(yīng)用的模型格式為fbx，系統(tǒng)支持Maya的.mb和.mal格式、3dmax的.max格式等等。系統(tǒng)以第一人稱視角[7]操控三維模型，系統(tǒng)提供全方位觀看三維模型，同時(shí)提供自動(dòng)尋路功能，鼠標(biāo)點(diǎn)擊地面、水平面，視角隨之切換移動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)提供模擬搖桿操作三維模型。模型的展示可以根據(jù)特定需求設(shè)計(jì)不同的顯示風(fēng)格。在展示之外，模型需要與外界進(jìn)行交互，響應(yīng)多種事件。運(yùn)用C#語(yǔ)言編輯事件腳本，不同的物體、設(shè)備綁定不同的事件腳本，通用事件可以批量綁定降低操作復(fù)雜度。點(diǎn)擊物體或者達(dá)到觸發(fā)條件時(shí)系統(tǒng)調(diào)用指定腳本執(zhí)行特定操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制。系統(tǒng)提供與外部系統(tǒng)的通信接口，可以輕松實(shí)現(xiàn)二三維聯(lián)動(dòng)，豐富系統(tǒng)的展示方式。目前多種電器設(shè)備都能夠提供數(shù)據(jù)接口，通過(guò)智能設(shè)備接口捕獲實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并反饋到三維場(chǎng)景中即可實(shí)現(xiàn)三維模型與智能設(shè)備的實(shí)時(shí)交互。譬如智能攝像頭、智能空調(diào)、智能照明等等智能設(shè)備?？梢栽谌S場(chǎng)景中觀看實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻[8,9]、顯示空調(diào)溫度、故障、照明、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等等。根據(jù)用戶的展示需要，系統(tǒng)提供場(chǎng)景的快速切換功能，可以添加多個(gè)三維場(chǎng)景、多個(gè)攝像機(jī)，清晰的顯示各個(gè)地物、設(shè)備的詳細(xì)信息，對(duì)于預(yù)警設(shè)備可以快速定位。并且unity3d提供了豐富的粒子系統(tǒng)，如噴泉、雨滴、煙霧、彩光等等可以酷炫的模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景變化[10-11]。

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與成果展示

將三維模型以拖拽方式導(dǎo)入到unity3d開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中。設(shè)置水平面，編寫自動(dòng)尋路腳本，利用unity3d提供的第一人稱腳本進(jìn)行導(dǎo)航操作的實(shí)現(xiàn)，將腳本與水平面、地物、設(shè)備等進(jìn)行對(duì)應(yīng)綁定，通過(guò)射線和旋轉(zhuǎn)攝像頭的視角控制第一人稱物體移動(dòng)。通過(guò)編寫鼠標(biāo)右鍵和滾輪的腳本事件實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的縮放和旋轉(zhuǎn)，通過(guò)制作天空盒模擬現(xiàn)實(shí)中的自然環(huán)境。結(jié)合unity3d中自帶的視角功能實(shí)現(xiàn)三維模型的展示功能如圖1。

圖1

為不同物體、設(shè)備綁定觸發(fā)腳本，設(shè)計(jì)動(dòng)畫顯示效果。制作漫游動(dòng)畫，對(duì)墻面、門窗、智能設(shè)備等物體設(shè)置剛體屬性，以此來(lái)控制物體是否能夠平滑穿透，通過(guò)創(chuàng)建子線程實(shí)時(shí)獲取智能設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)在unity3d場(chǎng)景中顯示，通過(guò)unity3d提供的文本控件、按鈕、表單顯示相應(yīng)的設(shè)備屬性。在場(chǎng)景中增加多個(gè)攝相機(jī)對(duì)應(yīng)著不同的物體，當(dāng)現(xiàn)實(shí)物體狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)根據(jù)不同需求切換不同的攝相機(jī)實(shí)時(shí)觀察三維場(chǎng)景中物體狀態(tài)的變化，同時(shí)根據(jù)不同需求導(dǎo)入多個(gè)三維模型，實(shí)現(xiàn)不同模型之間的快速切換。在場(chǎng)景中增加控制開(kāi)關(guān)，對(duì)不同設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整如圖2。

圖2

3 總結(jié)

本系統(tǒng)使用unity3d實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的建立，通過(guò)C#、JavaScript語(yǔ)言腳本建立響應(yīng)事件，通過(guò)將模型中包含的智能設(shè)備與腳本的綁定實(shí)現(xiàn)三維模型與智能設(shè)備的實(shí)時(shí)交互。目前絕大多數(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)都是二維平面設(shè)計(jì)，更多趨于扁平化，視角效果比較平常，本系統(tǒng)面向于三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)更加華麗直觀的應(yīng)用系統(tǒng)。

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[2] 張高巍, 王婷婷, 張富強(qiáng). 試驗(yàn)場(chǎng)三維GIS實(shí)現(xiàn)的新方法[J]. 軟件, 2012, 33(8): 44-47.

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3D Model and Intelligent Devices the Design and Implementation of a Real-time Interaction

DU Nai-han
(Lianyungang Jari Deepsoft Tech Ltd, Jiangsu Lianyungang 222006)

Will 3d scene with the smart devices in real life, to establish the user experience extremely high application management system, the user an intuitive feel the scene environment, not only can remote viewing reality scene, can also be remotely intelligent device, control its running state. 3d intelligent application system at the same time can provide the interface with other external connection to realize resources sharing, the function of the rich, and the scene is closely linked with the real world.

Automatic pathfinding; Animation; Communication; Model of state management; Switching; Special effects

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2016.10.027

杜乃瀚，男，(1988-），工程師，主要研究方向：軟件技術(shù)。

本文著錄格式：杜乃瀚. 三維模型與智能設(shè)備實(shí)時(shí)交互的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 軟件，2016，37（10）：121-122