基于Unity3d的不動(dòng)產(chǎn)虛擬展示系統(tǒng)研究

邱銀國 顧和和 張季一

摘 要：該文針對(duì)傳統(tǒng)的不動(dòng)產(chǎn)展示系統(tǒng)重可視化、輕交互的情況，以Unity3d 4.3和3ds Max 2010為工具，通過三維建模、模型優(yōu)化以及腳本設(shè)計(jì)，闡述了實(shí)現(xiàn)不動(dòng)產(chǎn)虛擬展示功能的關(guān)鍵技術(shù)。并且以某地的實(shí)際房產(chǎn)測繪數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)產(chǎn)虛擬展示、查詢、音視頻播放等人機(jī)交互功能，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞： 不動(dòng)產(chǎn)；虛擬現(xiàn)實(shí)；Unity3d；人機(jī)交互

中圖分類號(hào) TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）19-0101-04

Abstract：In view of the situation that traditional display systems of real estate emphasize visualization while lose sight of HCI，this paper describes the key technologies of realizing virtual display systems of real estate，including three dimensional modeling，model optimization and script design，taking Unity3d 4.3 and 3ds Max 2010 as tools. Finally，taking the real estate surveying and mapping data of a certain area as an example，the simulation experiment is carried out，having realized the HCI function of the virtual display，query，audio and video playback，which can verify the feasibility of the method.

Key words：Real estate；Virtual reality； Unity3d； HCI

傳統(tǒng)的不動(dòng)產(chǎn)登記工作，按照不動(dòng)產(chǎn)管理部門的不同，分別由不同的部門實(shí)施，處于分散化管理的狀態(tài)，基本屬于基于二維平面的管理體系[1]。為進(jìn)一步規(guī)范房地產(chǎn)市場和相關(guān)的不動(dòng)產(chǎn)管理，我國一直推行統(tǒng)一的不動(dòng)產(chǎn)登記制度。2013年，根據(jù)國務(wù)院機(jī)構(gòu)改革和職能轉(zhuǎn)變方案，由國土資源部負(fù)責(zé)指導(dǎo)監(jiān)督全國土地、房屋、草原、林地、海域等不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記職責(zé)，基本做到了登記機(jī)構(gòu)、登記簿冊(cè)、登記依據(jù)以及信息平臺(tái)的“四統(tǒng)一”[2]。

不動(dòng)產(chǎn)權(quán)利包括土地所有權(quán)、土地使用權(quán)、建筑物所有權(quán)等眾多權(quán)利，種類繁多、權(quán)屬復(fù)雜、權(quán)益爭議多是當(dāng)前不動(dòng)產(chǎn)登記工作中廣泛存在的問題。其根本原因在于當(dāng)前的不動(dòng)產(chǎn)展示技術(shù)落后，難以展示復(fù)雜的權(quán)屬關(guān)系，如多層空間權(quán)屬、交錯(cuò)空間權(quán)屬等。為提高不動(dòng)產(chǎn)的展示效果，杜絕不動(dòng)產(chǎn)權(quán)屬爭議事件的發(fā)生，越來越多的研究人員傾向于使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行不動(dòng)產(chǎn)的三維展示。邵開宇[3]設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于VR-Platform平臺(tái)的三維虛擬樓盤展示系統(tǒng)，有效地提高了樓盤的展示效果。李瑩[4]基于三維建模軟件MultiGen Creator和MultiGen Vega仿真平臺(tái)，建立了三維房地產(chǎn)小區(qū)景觀模型，并基于VC++6.0平臺(tái)開發(fā)實(shí)現(xiàn)了虛擬房地產(chǎn)展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了漫游和交互的功能。常洋等[5]和金國煜[6]基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬房地產(chǎn)展示系統(tǒng)，提升了房產(chǎn)的展示效果，改善了傳統(tǒng)的房地產(chǎn)銷售模式。

總體看來，現(xiàn)有的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的不動(dòng)產(chǎn)展示系統(tǒng)主要用于三維可視化，而不注重人機(jī)交互功能，如屬性查詢、不動(dòng)產(chǎn)空間查詢、室內(nèi)漫游、音視頻文件播放等，這在很大程度上限制了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不動(dòng)產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，進(jìn)一步提升虛擬展示效果、增強(qiáng)人機(jī)交互功能成為了當(dāng)前不動(dòng)產(chǎn)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。

1 不動(dòng)產(chǎn)與虛擬現(xiàn)實(shí)

1.1 不動(dòng)產(chǎn)的定義 不動(dòng)產(chǎn)是指依自然性質(zhì)或法律規(guī)定不可移動(dòng)的財(cái)產(chǎn)，如土地、房屋、探礦權(quán)、采礦權(quán)等土地定著物、與土地尚未脫離的土地生成物、因自然或者人力添附于土地并且不能分離的其他物[7]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，不動(dòng)產(chǎn)的類型越來越多元，結(jié)構(gòu)越來越錯(cuò)綜、權(quán)屬越來越復(fù)雜，這就對(duì)不動(dòng)產(chǎn)的展示手段提出了更高的要求。很多特殊類型的不動(dòng)產(chǎn)，如過街天橋、橫跨隧道的建筑、地下多層空間建筑、礦產(chǎn)等，采用傳統(tǒng)的平面方式難以明確表達(dá)不動(dòng)產(chǎn)的權(quán)屬關(guān)系，容易引起權(quán)屬糾紛。圖1所示的為兩種具有代表性的復(fù)雜權(quán)屬的不動(dòng)產(chǎn)類型?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不動(dòng)產(chǎn)展示方案能夠?yàn)樾滦蝿菹碌牟粍?dòng)產(chǎn)登記與展示提供技術(shù)支持，也可為解決產(chǎn)權(quán)糾紛事件提供證據(jù)。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)特征 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Realty，簡稱VR）技術(shù)，又稱“靈境技術(shù)”“虛擬環(huán)境”“賽博空間”等[8]，具有3個(gè)特征：沉浸性、交互性和想象性。其中，沉浸性是指用戶“進(jìn)入”到計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬空間中，所聽、所視、所感、所嗅均如同真實(shí)世界一般，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺；交互性是指在產(chǎn)生沉浸性的基礎(chǔ)之上，用戶可以主動(dòng)地對(duì)虛擬空間中的人或物進(jìn)行操作，如敲門時(shí)可以聽到真實(shí)的敲門聲、感受到門對(duì)手產(chǎn)生的反作用力，推動(dòng)桌子可以感受到地面產(chǎn)生的摩擦阻力，烹飪時(shí)可以嗅到特殊的飯菜香味等；想象性，又稱構(gòu)想性，實(shí)際上是在沉浸性和交互性的基礎(chǔ)上，對(duì)未發(fā)生的情況自然而然地產(chǎn)生設(shè)想的情況，是系統(tǒng)良好的沉浸性和交互性的體現(xiàn)。

2 開發(fā)工具選取與技術(shù)路線

三維模型是VR系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是材質(zhì)、貼圖與腳本的載體[9]。3ds Max是Autodesk公司開發(fā)的基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件，是三維建模、動(dòng)畫及影視特效制作軟件中的佼佼者，被廣泛應(yīng)用于城市建模、地理信息系統(tǒng)、地質(zhì)建模、景觀三維可視化、影視特效制作等領(lǐng)域。Unity3d是一種新興的VR引擎，它能夠?qū)崿F(xiàn)一次開發(fā)、跨平臺(tái)發(fā)布的效果，其內(nèi)置的API函數(shù)與Microsoft公司的通用開發(fā)工具Visual Studio可有效結(jié)合，并能夠高效地開發(fā)出虛擬旅游、地學(xué)可視化、不動(dòng)產(chǎn)展示等系統(tǒng)[10]。與其他的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎相比，Unity3d具有很多優(yōu)勢，包括：支持中文、腳本兼容多種語言、GUI類庫資源豐富、產(chǎn)品支持多種平臺(tái)運(yùn)行、價(jià)格低廉等。

本文采用3ds Max 2010構(gòu)建三維不動(dòng)產(chǎn)模型，其中的紋理貼圖采用PhotoShop CS4軟件制作，虛擬現(xiàn)實(shí)引擎采用Unity3d 4.3。首先在3ds Max 2010利用不動(dòng)產(chǎn)測繪數(shù)據(jù)對(duì)不動(dòng)產(chǎn)進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行模型優(yōu)化、材質(zhì)賦予、紋理貼圖、烘焙等操作，然后將模型導(dǎo)出成Unity3d兼容的格式（.FBX），并將其導(dǎo)入U(xiǎn)nity3d 4.3引擎中，通過編寫腳本實(shí)現(xiàn)所需的人機(jī)交互功能，最后將作品發(fā)布成通用的格式（.exe，iOS，Android，網(wǎng)頁等形式）。Unity3d引擎支持的腳本語言包括三種：C#，JavaScript以及Boo，各自的特點(diǎn)如表1所示。綜合考慮，本文選擇C#語言作為腳本語言進(jìn)行功能程序編寫。

3 基于Unity3d的不動(dòng)產(chǎn)展示技術(shù)

3.1 三維精細(xì)建模 建立不動(dòng)產(chǎn)虛擬展示系統(tǒng)，首先需要建立不動(dòng)產(chǎn)的三維立體模型。根據(jù)地形圖、施工圖、遙感影像和實(shí)拍照片等數(shù)據(jù)，構(gòu)建示范區(qū)的室內(nèi)外三維精細(xì)模型。三維精細(xì)建模流程如圖2所示。

為保證系統(tǒng)的流暢運(yùn)行，同時(shí)兼顧不動(dòng)產(chǎn)三維可視化效果，在不動(dòng)產(chǎn)三維實(shí)體建模過程中，應(yīng)遵循以下原則：（1）模型的外形、紋理與實(shí)際不動(dòng)產(chǎn)要素相近，要素細(xì)部（如：屋頂結(jié)構(gòu)，建筑轉(zhuǎn)折面，建筑與地面交界的鋪地、臺(tái)階、柱子、出入口等）以及要素的附屬元素（門廳、大門、圍墻、花壇等）需以模型表達(dá)；（2）模型應(yīng)與實(shí)拍照片基本一致，并豐富其外觀細(xì)節(jié)；應(yīng)避免較大的墻面共同使用同一張貼圖，從而損失模型的立體效果；需注意接地處理，例如玻璃不可直接立在地上；必要的臺(tái)階、欄桿、植被等必須以模型體現(xiàn)；不動(dòng)產(chǎn)的體量應(yīng)與實(shí)拍照片一致；（3）面數(shù)限制：綜合考慮三維模型的逼真度以及后期在虛擬現(xiàn)實(shí)引擎中使用三維模型可能遇到的渲染效率的問題，每個(gè)不動(dòng)產(chǎn)模型的面數(shù)控制在1 000～2 000；（4）對(duì)于結(jié)構(gòu)≥0.3m的不動(dòng)產(chǎn)要素，需要用模型表現(xiàn)出其結(jié)構(gòu)，否則可用貼圖表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)；（5）考慮到VR引擎的渲染效率，一律不采用實(shí)時(shí)光影技術(shù)來表達(dá)光照效果，使用光照貼圖替代。

3.2 虛擬漫游 虛擬漫游是所有虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)必備的基礎(chǔ)功能之一，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的前提條件。它是計(jì)算機(jī)在多維信息空間上創(chuàng)建的一個(gè)虛擬信息環(huán)境，能使用戶如臨真景，同時(shí)具有與該環(huán)境進(jìn)行交互的能力，可以借助于鼠標(biāo)、鍵盤等外部設(shè)備在虛擬場景中自由“行走”。在實(shí)現(xiàn)虛擬漫游功能時(shí)，需解決碰撞檢測、LOD以及三維圖形實(shí)時(shí)生成等技術(shù)問題。

（1）碰撞檢測在VR系統(tǒng)中至關(guān)重要，它要求VR系統(tǒng)中的漫游效果高度接近人物在真實(shí)世界中的漫游情形：人物無法穿墻而過、可在場景中可平滑移動(dòng)，遇到允許高度內(nèi)的臺(tái)階等物體可以翻越，過高的物體則會(huì)組織人物前行；遇到坡度較小的斜坡可以行走，坡度過大的斜坡則會(huì)把人擋?。辉诟鞣N前進(jìn)方向被擋住的情況下都要盡可能地讓人物沿合理的方向滑動(dòng)而不是被迫停下，從而高度逼近真實(shí)情況。由此可見，碰撞檢測效果的好壞將直接影響VR系統(tǒng)的沉浸性效果。因此，碰撞檢測技術(shù)一直是VR系統(tǒng)開發(fā)過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。Unity3d平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)碰撞檢測的關(guān)鍵步驟如下：第1步，為需要產(chǎn)生碰撞的三維模型添加碰撞器，根據(jù)模型的形狀及類型的不同，碰撞器的種類包括：Box Collider，Mesh Collider，Capsule Collider等；第2步，為攝像機(jī)或攝像機(jī)的父物體添加剛體Rigid body屬性。

（2）LOD即Levels of Detail的簡稱，意為多細(xì)節(jié)層次。LOD技術(shù)指為每個(gè)物體建立多個(gè)不同精細(xì)程度的三維模型，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，根據(jù)物體模型與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，決定采用哪一個(gè)模型來表達(dá)物體，從而能在不影響畫面效果的前提下，提高三維場景的渲染效率、降低系統(tǒng)的硬件資源消耗。LOD技術(shù)是當(dāng)前有限的計(jì)算機(jī)硬件資源與高質(zhì)量的三維場景之間一個(gè)很好的平衡點(diǎn)。

（3）攝像機(jī)坐標(biāo)、方向的改變，光照條件的改變等均會(huì)導(dǎo)致渲染內(nèi)容的變化，進(jìn)而觸發(fā)三維圖形更新事件，給計(jì)算機(jī)硬件造成了較大的負(fù)荷，也對(duì)三維圖形實(shí)時(shí)生成算法提出了更高的要求。因此，合理的三維圖形實(shí)時(shí)生成算法是VR系統(tǒng)流暢運(yùn)行的重要保障。

3.3 空間查詢 不動(dòng)產(chǎn)虛擬展示平臺(tái)中，空間查詢功能包括要素查詢和屬性查詢2個(gè)部分。要素查詢指系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的篩選條件，如權(quán)屬人信息、不動(dòng)產(chǎn)類型等，自動(dòng)選擇并顯示符合條件的不動(dòng)產(chǎn)模型；屬性查詢指用戶點(diǎn)擊不動(dòng)產(chǎn)模型，系統(tǒng)自動(dòng)查詢并顯示該不動(dòng)產(chǎn)的屬性信息，包括權(quán)屬信息、位置信息等。此處，難點(diǎn)在于三維空間中的鼠標(biāo)拾取功能。與二維平面坐標(biāo)系不同，三維空間中無法直接通過坐標(biāo)匹配判斷鼠標(biāo)拾取對(duì)象。本文進(jìn)行三維空間中鼠標(biāo)拾取判別的方法如圖3所示。

首先，作一條射線，使其經(jīng)過攝像機(jī)位置和用戶點(diǎn)擊鼠標(biāo)的屏幕點(diǎn)位置；然后，計(jì)算該射線與三維場景中模型產(chǎn)生的第一個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)；最后，判斷該交點(diǎn)位于哪個(gè)物體模型之上，完成對(duì)象的拾取。

實(shí)現(xiàn)三維空間中鼠標(biāo)拾取功能的核心代碼如下：

//生成射線

Ray ray=MainCamera.camera.ScreenPointToRay（Input.mousePosition）；

//計(jì)算射線與場景中模型的第一個(gè)交點(diǎn)

RaycastHit hit = new RaycastHit（）；

//若產(chǎn)生交點(diǎn)，判斷該交點(diǎn)位于哪個(gè)物體之上

if （Physics.Raycast（ray，out hit））

print（hit.name）；//輸出物體名稱

3.4 音視頻播放 音視頻播放是提升用戶在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中“沉浸性”“交互性”與“想象性”的重要手段，分別從3個(gè)方面進(jìn)行論述：（1）沉浸性。通過視頻、視頻向用戶展示真實(shí)場景，高度模擬真實(shí)世界，如鬧市區(qū)大屏幕、虛擬演播室等，可以使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺。（2）交互性。在虛擬場景中，用戶根據(jù)自己的需求去選擇、操作視頻，并伴隨實(shí)時(shí)的音頻信息，可以很好地增強(qiáng)系統(tǒng)的交互性。（3）想象性。將用戶在虛擬場景產(chǎn)生的構(gòu)想以視頻的方式顯示出來，如規(guī)劃設(shè)計(jì)、路徑選擇等，可以讓用戶預(yù)覽構(gòu)想方案的模擬效果，為決策提供服務(wù)。

以視頻播放為例，核心代碼如下：

//定義視頻文件

Public MovieTexture Mt；

//播放視頻

Mt.Play（）；

//暫停播放

Mt.Pause（）；

//停止播放

Mt.Stop（）；

3.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果展示 以某地區(qū)部分不動(dòng)產(chǎn)測繪數(shù)據(jù)為例，采用3ds Max 2010構(gòu)建不動(dòng)產(chǎn)模型，并添加材質(zhì)、貼圖，導(dǎo)入到Unity3d中按照本文所述方法進(jìn)行功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行效果如圖4～圖5所示。

4 結(jié)語

針對(duì)當(dāng)前不動(dòng)產(chǎn)展示系統(tǒng)存在的不足之處，本文基于3ds Max建模工具與Unity3d虛擬現(xiàn)實(shí)引擎，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了不動(dòng)產(chǎn)虛擬展示系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的不動(dòng)產(chǎn)展示技術(shù)，其具有逼真度高、人機(jī)交互能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并可以描述復(fù)雜的不動(dòng)產(chǎn)權(quán)屬關(guān)系。

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（責(zé)編：張宏民）