虛擬現(xiàn)實技術在高校校園的應用

張姣姣

摘要：論述了虛擬現(xiàn)實技術應用于高校校園的可行性與必要性，以天津科技大學泰達中部校區(qū)為研究對象并制作3D校園的虛擬游覽平臺，通過實踐總結虛擬現(xiàn)實技術在校園應用的意義與發(fā)展前景。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實；虛擬校園；游覽平臺；交互技術

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0251-02

目前，虛擬現(xiàn)實技術是當今現(xiàn)代社會中所研究的熱點。從剛開始的無人問津到現(xiàn)在的“全民VR”的轉變，這些都表明著虛擬現(xiàn)實技術在國內乃至世界上都有著進步。而虛擬校園技術作為虛擬現(xiàn)實技術的子技術，它的使用在教學領域中有著重要的地位[1]。虛擬校園技術應用在學校內，是可以使用的一種三維地圖，查看或標注在校學生熟悉的地方，360度的展示了實景，動一動鼠標就能在網上看到學校最為真實的求學環(huán)境。有關學校簡介、專業(yè)介紹、師資力量、高考招生信息豐富，幫助學生家長選擇大學、選擇專業(yè)[2]。相比傳統(tǒng)的平面地圖，虛擬校園提供“學、食、住、行、樂、購”全面的服務指南，有著良好的發(fā)展前景。

1 虛擬現(xiàn)實技術應用于高校校園的可行性與必要性

以天津科技大學泰達中部校區(qū)為研究對象，制作3D校園的虛擬游覽平臺。首先通過制圖軟件Auto CAD制作天津科技大學泰達中部校區(qū)的位置三視圖，其次在3ds Max中進行校區(qū)建筑和景物的3D模型，最后在Unity中完成校區(qū)的游覽和制作動畫。通過設計校區(qū)的虛擬游覽平臺，用戶足不出戶便可以了解天津科技大學樓層以及教學資源的分布。這不僅方便了全校師生，還可以更好地向外界宣傳學校，與傳統(tǒng)紙質或網絡的方式相比，虛擬校園的方式不僅充滿趣味性和互動性，還起到了保護環(huán)境、節(jié)約成本的作用。

2 開發(fā)環(huán)境與軟件

開發(fā)環(huán)境：Windows 7系統(tǒng)，Intel（R） Core（TM）i5 CPU ，4G內存以及64位操作系統(tǒng)。制作用到了四款軟件，Auto CAD 用來創(chuàng)建校區(qū)的三視圖； Photoshop CS6對已經拍攝好的物體和材質進行修改，讓其能夠更好的能在3D MAX中進行貼圖的處理；3D Max 用來創(chuàng)建建筑物的三維模型；Unity 5.3.4f1 （64-bit） 把構建好的模型放在一個整體并完成游覽的效果軟件。

3 虛擬校園游覽平臺的設計思路與制作

此次研究的設計思路如圖1所示：

1）了解校園樓區(qū)分布、測量數(shù)據并拍攝照片

設計虛擬校園瀏覽平臺需要了解校園的整體樓層分布。如圖2為天津科技大學泰達中部校區(qū)整體俯視圖。

將校園劃分為外部環(huán)境、教學樓以及門窗道路三部分。其中外部環(huán)境和門窗道路可以在CAD中繪制，因此只用測量各個教學樓的數(shù)據和拍攝教學樓各個方位的照片。對各個樓層的數(shù)據進行精確的測量，保證所做模型的精確度以及模型的真實性；選擇合適的天氣，拍攝各個樓層各個方位的照片。在拍攝過程中，要避免樹木對教學樓的遮擋，盡量保證所拍攝照片的完整性。圖片的真實性及清晰度都會影響最終成品效果。由于教學樓高度問題，有些圖片不能進行拍攝，可以在網上進行搜素，并通過Photoshop CS6進行處理。最后將所有的圖片素材分類放好，方便后續(xù)工作的使用。

2）在Auto CAD中畫出教學樓的各方位視圖

在已有樓層照片和數(shù)據的基礎上，利用Auto CAD對教學樓各方位的視圖進行構建，以教學樓的單面主視圖為例，主要分為3個方面。橫梁的視圖。橫梁是構成整面正視圖的主要部分，支撐著墻體，門窗的形體。首先已經知道，每棟教學樓的高同意設定成16000mm，也就是16米。然后在畫出頂梁的距離，同意設置成1600mm，即1.6m；墻體的視圖。墻體是教學樓不可缺少的一部分，也是整面視圖中占的比例最多的一部分。為了能和橫梁部分彼此鑲嵌住，分毫不差的把橫梁中空出的部分填補完成，并空出門和窗戶的空隙，以便于后面窗戶和門框的組裝；門和窗戶之間的視圖。此部分要單獨拿出來制圖，因為在CAD導入3D MAX中時需要捕捉到相對應的點，如果在視圖中直接畫出門框和窗戶，會導致點過多，找不清楚需要的點，容易出錯。拿出來制圖時，要注意在窗戶的圖示中，玻璃與窗楞的尺寸，以防后期不整體性的出現(xiàn)。其他視圖的制作方法和注意事項與主視圖相同，在3D MAX中制作出全部樓層的各個方位視圖并進行教學樓的組裝。

3）導入3D MAX中進行貼圖

將已經完成的CAD視圖導入到3D MAX中，對所完成的樓層面進行捕捉，貼圖。采用所拍攝圖片的樣本，給已經捕捉好的地方貼圖，使得其整體效果更佳的真實，逼真。在得到了完整的單面樓層面后進行翻轉，保證法線的一致性，防止在Unity中呈現(xiàn)不出面等。翻轉后要對齊各個面，使其在一個水平高度上，在一個高度上的時候，為了精益求精，需要放大視圖，調節(jié)視圖的X，Y，Z坐標，使得兩個層面完整的結合在一起，不留下縫隙。在完成整個天津科技大學的泰達中部校區(qū)的三維立體教學樓的模型后，將外部環(huán)境與門窗道路加入。外部環(huán)境包括花草樹木等，選擇對應的植物放在校園對應的位置，完成環(huán)境的配置；為校園鋪建道路，選擇合適的地板材質進行鋪設，土路部分設為泥土；為教學樓安置門窗，選擇與現(xiàn)實門窗最為貼切的材質進行捕貼，保證其無縫貼入。最后導出FBX文件。并將導出后的文件和3D MAX中所使用的所有材質的原始圖片放在一起一個文件夾內。如圖3所示為校園的三維立體模型圖。

4）導入Unity 實現(xiàn)三維游覽效果

打開Unity軟件，創(chuàng)建新的Project并命名；導入FBX文件，將Unity縮小化，將選中的FBX拖入到Unity中；檢查模型，將所做的FBX文件導入到Unity后，第一件需要做的事就是檢測模型的完整性。雖然在制作模型的過程中已經注意了模型法線和貼圖的注意事項，不過為了保險起見，導入后的檢測也是必不可少的。按住快捷鍵“ALT”和鼠標左鍵可以改變Unity中模型的角度。設置第一人稱視角，首先選中Hierarchy面板的攝像機對象，為攝像機增加角色控制，對角色進行適當?shù)脑O置。在Unity中Slope Limit為最大爬坡角度，Step offse為移動距離，其中需要注意的是單位為米，在Unity中所有的單位都是米，例如坐標的位置，旋轉的角度等。Skin width為皮膚寬，此設置可以在穿越樹林的時候能碰撞樹枝搖擺。然后增加控制腳本。先打開Project面板，創(chuàng)建一個C#代碼文件，回到Hierarchy面板，選中Main Camera。選中菜單中的Component命令，在其子命令下找到scripts命令，選中剛才建立的腳本文件。用外部編輯器打開這個腳本文件，可以用mono或者visual studio打開，就是說Unity的項目文件可以用mono和vs打開。在Update方法里面編寫移動的代碼：

// Update is called once per frame

void Update（）

{float speed = 2000.0f；

float rotate Speed = 2000.0f；

//獲取人稱控制器組件

Character Controller controller = （Character Controller）base.Get Component（type of （Character Controller））；

//水平方向旋轉攝像頭

trans form.Rotate（0， Input.Get Axis（"Horizontal"） * rotate Speed， 0）；

//Vector3.forward 前

//Vector3.back 后

//Vector3.down 下

Vector3 forward =transform.Trans form Direction（Vector3.forward）；

float cur Speed = speed * Input.Get Axis（"Vertical"）；

controller.Simple Move（forward * cur Speed）；

保存所完成的模型平臺文件，鼠標單擊“保存”或使用快捷鍵“CTRL+S”鍵，選擇指定保存的文件路徑，點擊確定，完成文件的保存。建立一個“EXE”文件，保存后導出“EXE”文件，或直接使用“CTRL+ALT+B”快捷鍵，點擊確定，完成“EXE”的文件保存。

5）發(fā)布與測試

將游覽平臺發(fā)布到手機、平板等電子設備上。在Unity中完成游覽平臺的制作。檢測其運行的情況，內容的完整性并且檢測所設置的游覽平臺是否可以進行游覽效果。

5 結束語

此次研究設計并制作了天津科技大學泰達中部校區(qū)的三維瀏覽平臺，相比傳統(tǒng)的平面地圖，三維游覽平臺360度地展示了校園實景，對虛擬校園技術的應用有著理論和實踐上的雙重意義。

參考文獻：

[1] 李紅梅. 虛擬現(xiàn)實技術在高職院校教學中的應用[J]. 科技創(chuàng)新導報， 2009（20）：247-247.

[2] 鄭龍. 淺析高校CIS戰(zhàn)略在招生工作中的應用[J]. 現(xiàn)代企業(yè)文化， 2010（2）：202-203.