Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景分析與設(shè)計(jì) 

宋傳磊++侯世中++周芳++潘麗麗

[摘要]文章依據(jù)實(shí)際建筑物體結(jié)構(gòu)完成模型構(gòu)建，通過(guò)相機(jī)拍攝真實(shí)圖片實(shí)現(xiàn)模型紋理貼圖，導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，充分運(yùn)用Unity3D自然環(huán)境模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游仿真，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完成三維虛擬校園場(chǎng)景設(shè)計(jì)。文章分析了場(chǎng)景設(shè)計(jì)的模式和方法，闡述了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程，結(jié)合現(xiàn)實(shí)完成地形創(chuàng)建，以及自然環(huán)境和不同天空盒效果設(shè)置。

[關(guān)鍵詞]Unity3D；虛擬現(xiàn)實(shí)；場(chǎng)景

[DOI]1013939/jcnkizgsc201718084

1概述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在當(dāng)下?lián)碛蟹浅８叩臒岫?，Unity3D作為當(dāng)今熱門(mén)的游戲引擎，可以模擬真實(shí)場(chǎng)景漫游和實(shí)現(xiàn)友好的交互。場(chǎng)景設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，只有場(chǎng)景設(shè)計(jì)得真實(shí)完美，該虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)才能成功。本文從一個(gè)具體虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目課題出發(fā)，對(duì)場(chǎng)景的設(shè)計(jì)思路和方法做出了分析研討。

2研究?jī)?nèi)容和方法

筆者從工作實(shí)際出發(fā)，對(duì)場(chǎng)景設(shè)計(jì)及Unity3D引擎的技術(shù)做出研究和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其中著重對(duì)三維虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)做了較深入研究。

本文基于Unity3D平臺(tái)完成場(chǎng)景設(shè)計(jì)搭建，主要工作涉及以下幾個(gè)方面：場(chǎng)景地形的創(chuàng)建和編輯，模型的導(dǎo)入和設(shè)置，場(chǎng)景元素的整合，制作添加場(chǎng)景特效，場(chǎng)景音效和輸出設(shè)置。

調(diào)研現(xiàn)有的研究成果，分析其在場(chǎng)景設(shè)計(jì)中的使用方法和原理，進(jìn)而針對(duì)項(xiàng)目課題涉及的問(wèn)題進(jìn)行重新思考和構(gòu)想。不斷學(xué)習(xí)相關(guān)課題前沿技術(shù)和理論，按計(jì)劃有步驟地解決課題研究中遇到的問(wèn)題。堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，采集運(yùn)用現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景真實(shí)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)資源，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)力量，共同商討分析研究得出全面準(zhǔn)確的理論和方法。

3場(chǎng)景分析設(shè)計(jì)

本文就青島理工大學(xué)琴島學(xué)院為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，對(duì)該校園的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。一個(gè)完整的校園場(chǎng)景應(yīng)當(dāng)包含地形、河流湖泊、花草樹(shù)木、小品對(duì)象和場(chǎng)景建筑五大部分，針對(duì)不同部分獨(dú)立制作，后期將不同的模型元素進(jìn)行整合，其中花草樹(shù)木、小品對(duì)象以及建筑模型需要在Maya中完成構(gòu)建，地形和河流湖泊利用Unity3D引擎編輯器來(lái)制作，最終再通過(guò)游戲引擎編輯器實(shí)現(xiàn)。

31場(chǎng)景模型制作

整個(gè)場(chǎng)景需要制作的模型元素共分為三大類(lèi)型：建筑模型、小品模型和植物模型。

下文以校園中心樓為例闡述建筑模型設(shè)計(jì)方法。學(xué)院行政辦公中心和圖書(shū)館都集中在該建筑，樓前是噴泉廣場(chǎng)，是學(xué)院的標(biāo)志性建筑，也是建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作的重點(diǎn)。該建筑分為5層，以中間天橋?yàn)榻缇€(xiàn)，分為左、右兩個(gè)部分，基本結(jié)構(gòu)相同，只要做好一邊，另外一邊復(fù)制產(chǎn)生，窗戶(hù)結(jié)構(gòu)基本相同，這也為設(shè)計(jì)制作帶來(lái)便利，所以復(fù)制在此起到很大的作用。

采用多邊形建模方法實(shí)現(xiàn)模型制作，以基礎(chǔ)幾何體擠出、倒角等命令來(lái)構(gòu)造整個(gè)模型的結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)完成后，刪除窗戶(hù)對(duì)應(yīng)的面，再把制作好的窗戶(hù)盡量做到精確擺放，在旋轉(zhuǎn)復(fù)制時(shí)要控制好中心點(diǎn)。中心樓模型如圖1所示。

圖1中心樓模型

32地形的創(chuàng)建與編輯

場(chǎng)景地形在Unity3D引擎編輯器中創(chuàng)建。地形是場(chǎng)景搭建的基礎(chǔ)，所有場(chǎng)景元素最終都要在Unity3D中進(jìn)行整合。創(chuàng)建地形之前首先需要在Photoshop中完成高度圖的繪制，其決定了場(chǎng)景地形的大致結(jié)構(gòu)，高度圖的導(dǎo)入極大地方便了后期地表的編輯和制作。

首先，通過(guò)Terrain菜單中的命令創(chuàng)建基本地表平面，使用Set Heightmap resolution命令設(shè)置地形的基本參數(shù)；其次，導(dǎo)入地形高度圖，使用Smooth Height工具對(duì)地形進(jìn)行柔化處理；通過(guò)地形凹陷工具或者繪制高度工具制作凹陷地形結(jié)構(gòu)，作為湖泊?；镜匦谓Y(jié)構(gòu)制作完成后，在地形面板中導(dǎo)入基本地表貼圖；基本地表貼圖繪制完成后，使用地形面板中的植樹(shù)工具模型，添加導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D預(yù)置資源中的基本樹(shù)木模型；通過(guò)Create Other選項(xiàng)創(chuàng)建平行光，來(lái)模擬場(chǎng)景日光效果；最后通過(guò)RenderSettings選項(xiàng)，在Inspector面板中添加Skybox Material，為場(chǎng)景添加天空盒。地形創(chuàng)建與編輯效果如圖2所示。

33模型的導(dǎo)入與設(shè)置

整理Unity3D項(xiàng)目文件夾。在Assets資源文件夾下創(chuàng)建Object文件夾，用來(lái)存放模型、材質(zhì)和貼圖文件，在Object文件夾下創(chuàng)建Materials和Texture文件夾，分別用來(lái)存放模型的材質(zhì)球文件和貼圖文件。將在Maya中設(shè)計(jì)的模型文件導(dǎo)出為FBX格式，將FBX文件及貼圖文件復(fù)制到創(chuàng)建好的資源目錄中，啟動(dòng)Unity3D引擎。選中項(xiàng)目面板中的模型資源，在Inspector面板中對(duì)模型的Shader進(jìn)行設(shè)置，如果出現(xiàn)貼圖丟失，可以重新指定貼圖的路徑位置。

34場(chǎng)景元素的整合

將所有的模型元素全部導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎的場(chǎng)景視圖，調(diào)整模型之間的位置關(guān)系，模型擺放完成后還要利用地形工具繪制模型周邊的地表貼圖，保證模型和地表的完美銜接。以中心樓為中心，在其周?chē)h(huán)繞分布放置校園主題建筑，對(duì)于路燈、垃圾桶、宣傳牌等小品模型對(duì)象，在進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等操作的時(shí)要注意操作的精度，確保模型交疊銜接處不會(huì)出現(xiàn)穿插現(xiàn)象。場(chǎng)景整合布置如圖3所示。

35場(chǎng)景音效設(shè)置

本虛擬現(xiàn)實(shí)具有語(yǔ)音播報(bào)功能，當(dāng)角色到達(dá)相應(yīng)景觀(guān)地點(diǎn)，將自動(dòng)播報(bào)相關(guān)語(yǔ)音。首先在項(xiàng)目文件夾Assets中創(chuàng)建Sound文件夾，將音頻文件復(fù)制進(jìn)去，然后在Unity3D引擎中調(diào)用相關(guān)音頻文件。音頻文件以場(chǎng)景對(duì)象為載體，通過(guò)添加Audio Source控制器來(lái)完成音效的添加。如進(jìn)入校園門(mén)口音效，選擇升降桿，通過(guò)Component組件菜單下的Audio選項(xiàng)添加Audio Source控制器，在Audio Clip中添加學(xué)院簡(jiǎn)介的音效文件，勾選Play On Awake和Loop選項(xiàng)，當(dāng)角色與升降桿碰撞后就發(fā)出學(xué)院簡(jiǎn)介音效。

4結(jié)論

本文簡(jiǎn)要闡述了Unity3D在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程，討論了將Maya創(chuàng)建的模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D場(chǎng)景中的方法，以及場(chǎng)景地形的創(chuàng)建與編輯、場(chǎng)景元素的整合、場(chǎng)景音效的設(shè)置等。Unity3D功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單應(yīng)用方便，仿真效果好。通過(guò)人機(jī)交互界面來(lái)控制角色在場(chǎng)景中漫游，真正實(shí)現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實(shí)的結(jié)合。

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[基金項(xiàng)目]山東省高等學(xué)校科技技術(shù)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：J15LN79）。

[作者簡(jiǎn)介]宋傳磊（1979—），男，漢族，山東蘭陵人，青島理工大學(xué)副教授。研究方向：軟件工程。