基于Unity3D的鐘山小區(qū)虛擬漫游設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

程彬

摘要：Unity3D小區(qū)漫游設(shè)計(jì)利用虛擬技術(shù)將現(xiàn)實(shí)建筑經(jīng)行三維仿真效果處理。在最近幾年中，三維虛擬漫游技術(shù)在國(guó)內(nèi)外早已有了日益增多的應(yīng)用，其技術(shù)前所未有的交互性、真實(shí)建筑空間感、三維地形仿真等效果，都是傳統(tǒng)方式所無(wú)法比較的。在小區(qū)漫游中，人們?cè)谝粋€(gè)虛擬的小區(qū)環(huán)境中，用交互的方式對(duì)小區(qū)環(huán)境，建筑等進(jìn)行全方位的觀察，人們可以在場(chǎng)景中進(jìn)行任意角度，距離，精度的全面審視。該文將基于3Dmax，Unity3D等制作軟件，從模型制作，材質(zhì)繪制，后期渲染，漫游效果制作等方面講解如何制作小區(qū)虛擬漫游設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：三維虛擬漫游技術(shù)；Unity3D；3Dmax；小區(qū)漫游

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）28-0097-04

1 緒論

三維虛擬漫游技術(shù)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界所謂虛擬就是指這些場(chǎng)景是完全不存在的完全，提供使用者視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬效果，讓使用者有身歷其境的感覺(jué)，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三維空間內(nèi)的所有事情。三維虛擬漫游技術(shù)是多種技術(shù)的綜合，包括三維計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)，廣角立體顯示技術(shù)，對(duì)觀察者的頭部、眼部和手部的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)反饋、立體聲音、網(wǎng)絡(luò)傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等[1]。

從整體意義上說(shuō)，三維虛擬漫游技術(shù)是以新型人機(jī)對(duì)話(huà)為基礎(chǔ)的交互性的藝術(shù)形式，其最大優(yōu)勢(shì)在于建構(gòu)作品與參與者的對(duì)話(huà)，通過(guò)對(duì)話(huà)揭示意義生成的過(guò)程。而在我們?nèi)粘Ｉ钪?，這項(xiàng)技術(shù)也逐漸起著至關(guān)重要的作用，其發(fā)展前景潛力無(wú)窮[2]。

產(chǎn)品演示動(dòng)畫(huà)通過(guò)三維數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用，省去了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程需要做出實(shí)體模型進(jìn)行推敲，而通過(guò)三維模型的構(gòu)建和相關(guān)動(dòng)畫(huà)的演示，更加節(jié)省了模型制作以及模型材料的浪費(fèi)，很大程度上減少了資源浪費(fèi)[3]。

2 三維虛擬漫游相關(guān)技術(shù)

三維虛擬技術(shù)在中國(guó)起步在20世紀(jì)90年代，發(fā)展了幾年之后到1998年之后進(jìn)入了一個(gè)較大的擴(kuò)張時(shí)期，經(jīng)過(guò)幾個(gè)時(shí)期的發(fā)展擴(kuò)張，整個(gè)行業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)初具雛形。

近幾年來(lái)，市場(chǎng)對(duì)于建筑設(shè)計(jì)水平和行業(yè)服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，以前簡(jiǎn)單的二維平面效果圖已經(jīng)漸漸不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需要。因此，從業(yè)人員和各個(gè)企業(yè)公司也從以前的單一二維效果圖向三維模型，虛擬漫游的空間展示上轉(zhuǎn)變思路，已求更高層次的發(fā)展。在設(shè)備應(yīng)用上，也不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)來(lái)支撐日益增多的用戶(hù)需求。三維虛擬技術(shù)隨著數(shù)字設(shè)備的不斷升級(jí)通入實(shí)際應(yīng)用，數(shù)字技術(shù)的不斷更新完善，三維虛擬技術(shù)從三維信息獲取，建模方式，以及技術(shù)應(yīng)用都有了飛速發(fā)展。

2.1 3Dmax建模軟件

3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱(chēng)為3ds Max或MAX，是Discreet公司開(kāi)發(fā)的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫(huà)渲染和制作軟件。自從1996年由Kinetix推出3ds Max1.0版本，3ds Max的前進(jìn)步伐就一直都沒(méi)有停止過(guò)，并在隨后的2.5和3.0版本中3ds Max的模型功能等被慢慢完善起來(lái)，并將當(dāng)時(shí)主流的技術(shù)也包含了進(jìn)去，比如增加了被稱(chēng)為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的NURBS模型方式。[4]其中的3ds Max3.1版是一個(gè)非常優(yōu)秀的版本，其卓越的穩(wěn)定性和穩(wěn)定的功能性致使現(xiàn)在還有一部分人還在使用此版本。

2.2 Unity3D虛擬開(kāi)發(fā)軟件

Unity3D是一款強(qiáng)大的跨平臺(tái)的綜合3D游戲制作引擎，可以使人們輕松地制作和發(fā)布在Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows phone 8和Android等多平臺(tái)的強(qiáng)大跨平臺(tái)性的功能。Unity3D可以實(shí)現(xiàn)三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類(lèi)型互動(dòng)內(nèi)容。

2.3 Vray燈光軟件

VRay是由Chaosgroup和Asgvis公司出品的一款專(zhuān)業(yè)的圖片和動(dòng)畫(huà)渲染軟件，也是世界目前最流行的一款渲染軟件，除了對(duì)各種三維模型進(jìn)行高品質(zhì)的渲染效果以外，VRay也同樣可以提供獨(dú)立的渲染程序，也方便了人們的各種圖片影像的渲染要求[5]。

3 三維虛擬技術(shù)流程設(shè)計(jì)

3.1 三維虛擬技術(shù)項(xiàng)目流程

三維虛擬漫游的技術(shù)流程和制作思路對(duì)于整個(gè)三維虛擬漫游作品來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的，只有在選擇好制作思路和流程的條件下才可以順利地進(jìn)行整個(gè)作品的制作。目前，三維虛擬漫游的制作思路大概分為手動(dòng)自主漫游類(lèi)型和采用攝像機(jī)的自動(dòng)漫游兩種形式的制作思路。手動(dòng)漫游形式的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)不同市場(chǎng)和人群的需求自行調(diào)節(jié)所需要展現(xiàn)的效果。而自動(dòng)漫游形式則是可以精準(zhǔn)簡(jiǎn)潔的展示出整個(gè)場(chǎng)景的環(huán)境，大小，亮點(diǎn)和制作思路等信息。方便人們更快的了解到大致的漫游作品的信息。本次虛擬漫游的制作主要是針對(duì)制作攝像機(jī)自主漫游的效果與實(shí)現(xiàn)[6]。

3.2 三維虛擬技術(shù)的設(shè)計(jì)思路

三維虛擬技術(shù)在設(shè)計(jì)之初就要考慮到現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景和虛擬技術(shù)如何結(jié)合的問(wèn)題，在虛擬制作過(guò)程中，首先要對(duì)整個(gè)場(chǎng)景有個(gè)大致的輪廓了解，例如：整個(gè)場(chǎng)景建筑的大小，布局，比例；整個(gè)場(chǎng)景的燈光設(shè)置以及，材質(zhì)的制作；具體的建模思路是整個(gè)三維虛擬技術(shù)的關(guān)鍵所在。因?yàn)樵谥谱鬟^(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)要同時(shí)計(jì)算建筑模型的面數(shù)，復(fù)雜燈光的效果，以及龐大的材質(zhì)貼圖。所以在制作過(guò)程中要盡量使得整個(gè)場(chǎng)景得到最大的優(yōu)化，例如：合理利用紋理效果；最大化的精簡(jiǎn)模型面數(shù)；將一些場(chǎng)景內(nèi)的模型用簡(jiǎn)單的幾何模型替代。做好整體的優(yōu)化才能保證整個(gè)設(shè)計(jì)的順利流暢顯示和完整的展現(xiàn)設(shè)計(jì)作品。其大致制作流程如圖1所示。

3.3 三維虛擬技術(shù)建模思路

在了解完整的三維虛擬技術(shù)的設(shè)計(jì)思路之后就可以開(kāi)始建模的工作了。我們要將我們準(zhǔn)備好的場(chǎng)景素材或是小區(qū)圖紙進(jìn)行場(chǎng)景建模，建模的總思路就是要將整個(gè)場(chǎng)景盡量完整有效的展現(xiàn)出來(lái)。所以在制作場(chǎng)景模型是需要注意以下的制作方法：endprint

1） 建模時(shí)候盡量要壓縮面數(shù)，如果制作方法不當(dāng)導(dǎo)致面數(shù)很龐大，對(duì)計(jì)算機(jī)CUP的運(yùn)算壓力很大，導(dǎo)致整個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行緩慢

2） 因?yàn)閁nity3D軟件的特性，在建模時(shí)盡量使用三邊面，如果過(guò)多的四邊面會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D時(shí)導(dǎo)致軟件對(duì)于面的讀取出錯(cuò)，模糊，鋸齒等不良效果

3） 在制作時(shí)場(chǎng)景建筑個(gè)數(shù)不能過(guò)多，數(shù)量過(guò)多同樣也會(huì)使計(jì)算機(jī)承載巨大的運(yùn)算壓力整個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行，加載，下載等功能不能良好實(shí)現(xiàn)。

4） 三維場(chǎng)景的建筑密度同樣也要處理的均勻。如果建筑模型密度不均勻也會(huì)造成整個(gè)場(chǎng)景運(yùn)行速度過(guò)慢[7]。

3.4 三維虛擬技術(shù)燈光設(shè)置

三維虛擬技術(shù)的燈光對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)作品來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的，一個(gè)好的燈光效果可以使整個(gè)設(shè)計(jì)作品的真實(shí)感和視覺(jué)效果得到巨大的提升。不過(guò)良好的燈光材質(zhì)效果的制作是個(gè)復(fù)雜的工作，需要用到各種不同的材質(zhì)球和貼圖。不同的材質(zhì)球的參數(shù)和設(shè)置都是不同的，所以對(duì)于材質(zhì)球的整理命名是相當(dāng)重要的。同時(shí)考慮到場(chǎng)景的優(yōu)化盡量使用JPG、TGA等格式的圖片貼圖。在燈光調(diào)整時(shí)也需要掌握好場(chǎng)景跟燈光的搭配，使場(chǎng)景更加真實(shí)自然[8]。

4 三維虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

4.1 三維建筑場(chǎng)景模型制作

三維虛擬漫游的前期制作的第一步就是三維建筑模型的制作，也是整個(gè)設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)的部分，建筑模型的品質(zhì)好壞也直接影響了漫游的效果。本次課題的小區(qū)漫游作品的建筑模型制作軟件是3Dmax。首先是進(jìn)入3Dmax軟件調(diào)整部分參數(shù)，目的就是為了調(diào)整軟件最開(kāi)始所有物體的單位為毫米。這個(gè)基本的參數(shù)調(diào)整之后就可以開(kāi)始進(jìn)行模型的制作了。在制作小區(qū)漫游時(shí)，建模首先要了解建筑的比例大小，建筑構(gòu)造等參數(shù)，以便更好的建造出真實(shí)的建筑模型。我們?cè)谡液脜⒄盏慕ㄖＰ偷膱D紙，圖像素材資料可以是場(chǎng)景的頂面圖片和圖紙或者將整個(gè)場(chǎng)景導(dǎo)入CAD中講整個(gè)場(chǎng)景的分布用二維圖片的形式顯示并且導(dǎo)入到3dmax中，以便之后的場(chǎng)景制作更加規(guī)范真實(shí)。之后打開(kāi)軟件，就可以對(duì)真實(shí)的建筑進(jìn)行整體創(chuàng)建和三維建模[9]。整個(gè)場(chǎng)景除了主樓還有一些附屬的樓群，在制作時(shí)與主樓制作方法一樣。

小區(qū)內(nèi)還附屬有游樂(lè)設(shè)施，對(duì)于整個(gè)小區(qū)的規(guī)劃和建設(shè)以及亮點(diǎn)的效果都是舉足輕重的。

同樣的方法將整個(gè)樓層鏡像復(fù)制并對(duì)照參考圖片的位置將樓層擺放到相應(yīng)位置，將所有建筑賦予相應(yīng)的材質(zhì)球之后整個(gè)小區(qū)大概就能呈現(xiàn)出來(lái)了[10]。

4.2 場(chǎng)景材質(zhì)制作

首先在設(shè)置整個(gè)場(chǎng)景的材質(zhì)參數(shù)時(shí)，與專(zhuān)門(mén)的室內(nèi)設(shè)計(jì)方法不同，室外小區(qū)建筑的材質(zhì)的設(shè)置不用將參數(shù)設(shè)置很高，這樣既有整個(gè)小區(qū)的真實(shí)感也不會(huì)因?yàn)樵O(shè)置參數(shù)過(guò)多過(guò)大影響整個(gè)場(chǎng)景的渲染運(yùn)行速度。

在整個(gè)場(chǎng)景中主要使用的是Vray渲染器，操作方法就是為不同的建筑場(chǎng)景賦予不同的材質(zhì)效果即可，而主要的工作就是制作和編輯材質(zhì)。

在整個(gè)場(chǎng)景的材質(zhì)制作過(guò)程中，需要將所選圖片在photo shop軟件中經(jīng)行處理制作。場(chǎng)景所需要的大致貼圖部分大概有墻體，道路，綠化等地方[11]。

之后可以選定該材質(zhì)效果點(diǎn)擊“確定”就可以為效果賦予材質(zhì)效果，同理可以為整個(gè)場(chǎng)景的地面和其他建筑物體賦予材質(zhì)。不同的場(chǎng)景物體需要制作和賦予不同的材質(zhì)效果以及設(shè)置不同的材質(zhì)參數(shù)來(lái)達(dá)到表現(xiàn)不同的想效果。[12]比如在制作磚墻時(shí)我們需要制作所需要的貼圖，為場(chǎng)景建筑賦予材質(zhì)效果。

同樣，在制作墻面貼圖時(shí)同樣需要在PS中制作相應(yīng)的貼圖賦予物體。 地面的制作需要注意賦予上相應(yīng)的地面材質(zhì)球，場(chǎng)景的整體建筑群和地面效果制作如效果圖4地面效果。

4.3 場(chǎng)景燈光制作

對(duì)于整個(gè)場(chǎng)景的燈光制作，3dmax里可以制作包括燈光、聚光燈效果、mental ray、天光與物理燈光、太陽(yáng)光和日光等燈光效果。它們?cè)谠O(shè)置時(shí)都可以共享不同效果的參數(shù)。在本設(shè)計(jì)項(xiàng)目里主要采用標(biāo)準(zhǔn)的燈光效果[13]。

在三維虛擬漫游的制作過(guò)程中燈光的設(shè)置同樣很重要，設(shè)置燈光時(shí)使用白天的效果，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中燈光需要有三個(gè)基本光源才可以達(dá)到白天的效果，即主光源，補(bǔ)光源和輔助光源三種類(lèi)型[16]。表現(xiàn)建筑效果的燈光效果有Target Spot（目標(biāo)聚光燈），F(xiàn)ree Spot（自由聚光燈），Target Direct（自由平行光），Omin（泛光燈）等。在本次場(chǎng)景制作可以利用Unity3D中的燈光設(shè)置對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行燈光的設(shè)置。因?yàn)闊艄獾脑O(shè)置是參照現(xiàn)實(shí)燈光效果設(shè)置的，所以對(duì)于整個(gè)場(chǎng)景的燈光效果來(lái)說(shuō)更具有真實(shí)性。整個(gè)設(shè)計(jì)的理念是要體現(xiàn)小區(qū)的朝氣健康等理念的就需要設(shè)置成陽(yáng)光明媚的效果，并且設(shè)置成相應(yīng)的天空球和燈光效果。為了體現(xiàn)古代著名景觀景區(qū)內(nèi)場(chǎng)景這時(shí)的燈光設(shè)置就需要設(shè)置成相對(duì)偏冷的色調(diào)和天空球來(lái)體現(xiàn)景區(qū)的不同環(huán)境效果。如果需要體現(xiàn)房地產(chǎn)樓盤(pán)的整體效果，就需要加入一些特效效果來(lái)表現(xiàn)建成效果。由于本次課題設(shè)計(jì)的是小區(qū)漫游效果是普通的展示效果，所以場(chǎng)景的燈光不需要設(shè)置特別的燈光效果這也保證了場(chǎng)景的運(yùn)行速度[14]。設(shè)置效燈光果如圖5燈光設(shè)置所示。

5 三維漫游的實(shí)現(xiàn)

5.1 進(jìn)入U(xiǎn)nity3D創(chuàng)建漫游

將做好的3dmax模型文件導(dǎo)出為FBX格式的文件，F(xiàn)BX的文件是3dmax和Unity3D相互轉(zhuǎn)換的一種文件格式[15]。導(dǎo)出的文件如圖6 FBX文件。

在Unity3D中新建一個(gè)工程文件命名為“New Unity Project”主場(chǎng)景命名為“zhuchangjin”，新建另一個(gè)GUI界面，命名為“zhuyemian”。

5.2 GUI界面設(shè)置

首先，在PS軟件中制作一張1024*768的主頁(yè)面背景圖片，圖片格式為JPG，命名為“beijing”，并保存在工程目錄下。在Unity3D的界面中新建一個(gè)場(chǎng)景為GUI界面的場(chǎng)景命名為“zhuyemian”，之后打開(kāi)已經(jīng)建好的場(chǎng)景，為其添加GUIButton.js腳本語(yǔ)言，為三維漫游創(chuàng)建GUI界面并將其拖入到已經(jīng)建好的場(chǎng)景“zhuyemian”中。 之后制作場(chǎng)景GUI界面的退出按鈕，同樣的方法，為場(chǎng)景添加GUIButton.js腳本語(yǔ)言，之后將JS代碼拖動(dòng)到場(chǎng)景中。這個(gè)代碼可以實(shí)現(xiàn)由場(chǎng)景漫游到退出的跳轉(zhuǎn)功能[16]。endprint

5.3 自動(dòng)虛擬漫游實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

在Unity3D中要實(shí)現(xiàn)自主漫游的功能，可以下載Unity3D動(dòng)畫(huà)制作插件iTween。iTween是一款基于Unity3D中的動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)庫(kù)，iTween插件可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)，旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)，褪色，上色，控制音頻等等效果。

在導(dǎo)入iTween插件之后，可以在Unity3D中菜單欄里的Component中找到iTween插件，并且在Component→Scripts中可以查看到iTween插件的三個(gè)屬性選擇。

為場(chǎng)景制作路徑動(dòng)畫(huà)，在Unity3D中的“zhuchangjing”FBX文件中，利用iTween插件制作路徑。

在選中建好的“zhuchangjing”文件中選擇Component下的Scripts命令，之后執(zhí)行ITweenPath命令。添加完成之后就可以在Inspector視圖中查看到ITweenPath屬性。并且命名為“zhichangjing path”。PathColor為路徑線(xiàn)的顏色，在面板里添加紅色，以便更好的觀看制作效果[17]。

NodeCount為路徑的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)量可以設(shè)置一到十各個(gè)不同的數(shù)量，之后選擇Node命令為每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)。這個(gè)路徑就是自動(dòng)漫游的攝像機(jī)移動(dòng)的路徑。之后界面內(nèi)將NodeCount的值改為10，這個(gè)數(shù)值的是設(shè)置攝像機(jī)的移動(dòng)速度。最后設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)。在Scene視圖中直接拖動(dòng)每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)顯示調(diào)整路徑的線(xiàn)路[18]。其效果如圖8路徑效果。

在繪制好路徑之后，需要建立一個(gè)CUBE作為要運(yùn)動(dòng)的物體命名為player。選擇我們新建的player然后點(diǎn)擊菜單欄的Component→iTween→iTweenEvent。

選擇Path-〉firstpath，在往下勾選Time，時(shí)間設(shè)置為30；勾選easetype設(shè)置為linear設(shè)置為勻速。設(shè)置好之后攝像機(jī)就可以按照繪制好的路徑開(kāi)始移動(dòng)了。其設(shè)置頁(yè)面如圖9路徑界面。

6 三維漫游展示

整個(gè)漫游場(chǎng)景進(jìn)入的功能分布為兩個(gè)個(gè)部分，分別為“進(jìn)入漫游”， “退出”，兩個(gè)頁(yè)面組成。其效果如圖10漫游界面。

點(diǎn)擊“進(jìn)入漫游”按鈕就可以按照?qǐng)鼍爸谱鲿r(shí)的預(yù)定漫游的攝像機(jī)路徑，進(jìn)入小區(qū)進(jìn)行漫游瀏覽。進(jìn)入之后可以看到場(chǎng)景內(nèi)所有的樓房，道路，兒童游樂(lè)設(shè)施等元素。整個(gè)小區(qū)效果可以全部顯示在計(jì)算機(jī)上。對(duì)整個(gè)小區(qū)的結(jié)構(gòu)，環(huán)境以及整體效果有一個(gè)整體的了解。漫游場(chǎng)景會(huì)自主瀏覽直到整個(gè)場(chǎng)景漫游結(jié)束。最后點(diǎn)擊“退出”按鈕可以退出漫游展示。

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