基于UE4引擎的營(yíng)區(qū)規(guī)劃可視化應(yīng)用

張斌 周欣明

摘 要 文章介紹了以UE4和VS2013為主要開(kāi)發(fā)工具，進(jìn)行三維模型的繪制和自主漫游等功能的設(shè)計(jì)?？梢岳么颂摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在虛擬空間中完成對(duì)營(yíng)區(qū)的立體化模擬，以構(gòu)建出更加真實(shí)的營(yíng)區(qū)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過(guò)分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與營(yíng)區(qū)仿真等，提出基于UE4引擎的營(yíng)區(qū)規(guī)劃的相關(guān)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞 UE4引擎；營(yíng)區(qū)規(guī)劃；可視化

中圖分類(lèi)號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）208-0070-02

當(dāng)前大多營(yíng)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，主要運(yùn)用表格、圖紙等平面模型，來(lái)完成整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到城市規(guī)劃中，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的立體仿真模擬。本文主要利用UE4引擎來(lái)制作營(yíng)區(qū)的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，以方便設(shè)計(jì)者更加直觀地檢查規(guī)劃方案。

1 UE4引擎的特點(diǎn)

UE4是最優(yōu)秀的游戲引擎之一，在游戲、仿真領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它的圖形處理能力非常強(qiáng)大，包括全新的實(shí)時(shí)高級(jí)動(dòng)態(tài)光照，可以處理百萬(wàn)量級(jí)的粒子系統(tǒng)等。目前，Maya、3DMax等主流三維制作軟件均支持對(duì)UE4的直接導(dǎo)出，非常有利于仿真項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)[1-2]。

相對(duì)于其它三維引擎，UE4引擎有更高的精度。它的仿真系統(tǒng)采用了真實(shí)的物理引擎作為驅(qū)動(dòng)，模型的運(yùn)動(dòng)方式不只是提前用動(dòng)畫(huà)制作工具生成的，而是可以跟據(jù)外力作用作出實(shí)時(shí)的響應(yīng)。另外，UE4引擎的復(fù)雜程度與更低。它對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目中很多重要功能都進(jìn)行了封裝，在開(kāi)發(fā)人員使用時(shí)，不必從最基本的部份編寫(xiě)程序，而是可以像搭積木一樣，直接調(diào)用引擎的相應(yīng)模塊就可以實(shí)現(xiàn)所設(shè)想的功能。UE4引擎作為全新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，不僅在功能上強(qiáng)大，在人機(jī)交互性上，也得到了極大的提高。最新版本的UE4引擎已經(jīng)可以支持在VR環(huán)境中對(duì)模型進(jìn)行修改，令使用者如同處于真實(shí)環(huán)境當(dāng)中。

2 UE4引擎在營(yíng)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 營(yíng)區(qū)虛擬建模的規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)步驟

通過(guò)Rhino、Maya等虛擬建模軟件，完成對(duì)營(yíng)區(qū)虛擬規(guī)劃設(shè)計(jì)。在營(yíng)區(qū)虛擬建模之前，需要對(duì)營(yíng)區(qū)內(nèi)的整體布局，以及空間環(huán)境規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先要對(duì)營(yíng)區(qū)內(nèi)的建筑場(chǎng)景進(jìn)行分析，得出不同建筑物的具體分布狀況，以及建筑物的高度、長(zhǎng)度、寬度、方向和色彩等數(shù)據(jù)信息。其次運(yùn)用 Rhino、Maya等建模軟件，來(lái)完成對(duì)營(yíng)區(qū)的建模工作。針對(duì)營(yíng)區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建出不同的模型，然后將其與設(shè)計(jì)的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行融合，從中比較出各個(gè)建筑模型方案的優(yōu)劣，構(gòu)建完整的營(yíng)區(qū)虛擬模型數(shù)據(jù)庫(kù)。最后引入后臺(tái)管理模塊進(jìn)行后續(xù)的場(chǎng)景維護(hù)[3]。

2.2 營(yíng)區(qū)虛擬場(chǎng)景的設(shè)計(jì)及三維建模

營(yíng)區(qū)的真實(shí)數(shù)據(jù)信息，要按照相應(yīng)比例納入到虛擬空間坐標(biāo)系中，才能完成對(duì)營(yíng)區(qū)環(huán)境的真實(shí)模擬。當(dāng)前主要使用AutoCAD建模軟件，來(lái)完成對(duì)營(yíng)區(qū)整體框架的搭建。

營(yíng)區(qū)虛擬場(chǎng)景的三維建模步驟為：一是利用AutoCAD建模軟件，進(jìn)行營(yíng)區(qū)原始模型的CAD平面圖的繪制。將完成的平面圖導(dǎo)入至Maya建模軟件中作為建模參考，通過(guò)軟件的修剪、焊接等命令，來(lái)完成模型的封閉處理。二是之后用Sketchup軟件，進(jìn)行營(yíng)區(qū)虛擬模型的填充與完善，在營(yíng)區(qū)虛擬模型建構(gòu)完成后，繼續(xù)修改完善提高整個(gè)三維模型的逼真程度。三是進(jìn)行營(yíng)區(qū)虛擬場(chǎng)景的陰影渲染，主要使用UE4自帶的swarm擴(kuò)展插件進(jìn)行渲染，使其達(dá)到更加逼真的效果。通常會(huì)將營(yíng)區(qū)分為小的空間場(chǎng)景，來(lái)依次完成各個(gè)場(chǎng)景的渲染工作。四是根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建營(yíng)區(qū)虛擬三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并比較不同規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。營(yíng)區(qū)虛擬三維模型如圖1所示。

2.3 UE4引擎中的漫游功能設(shè)計(jì)

角色漫游系統(tǒng)是本項(xiàng)目互動(dòng)性的核心，直接關(guān)系到用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的體驗(yàn)感受。用戶(hù)是以角色的高度來(lái)進(jìn)行觀察。還可以通過(guò)體感交互設(shè)備來(lái)控制角色，與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行豐富的交互。在接近真實(shí)的全景環(huán)境中，結(jié)合場(chǎng)景中的文字介紹，展示整設(shè)計(jì)方案[4]。

2.3.1 添加相機(jī)到角色

在UE4引擎中，攝像機(jī)可以單獨(dú)使用并直接放置到關(guān)卡，也可以充當(dāng)藍(lán)圖的一部分。將 Modes菜單中的一個(gè) Camera Actor直接拖放入的關(guān)卡中。然后右鍵點(diǎn)擊關(guān)卡視區(qū)，在彈出的菜單中，選擇Place Actor，然后選擇 Camera Actor。當(dāng)攝像機(jī)被放置到關(guān)卡后，可以在視圖區(qū)發(fā)現(xiàn)一個(gè)畫(huà)中畫(huà)窗口，其呈現(xiàn)的正是攝像機(jī)的視角。攝像機(jī)的名稱(chēng)也列在窗口的頂部中間位置，而固定窗口的選項(xiàng)（在單擊隱藏?cái)z像機(jī)時(shí)將窗口保留在屏幕上）位于窗口左下角，顯示為一個(gè)大頭針圖標(biāo)，如圖2所示。

在選擇攝像機(jī)后，可以在“細(xì)節(jié)”面板查看攝像機(jī)有關(guān)的設(shè)置。也可以根據(jù)項(xiàng)目的需要，增加彈簧臂組件等應(yīng)用功能。

2.3.2 相機(jī)輸入的配置

攝像機(jī)的移動(dòng)操作通過(guò)鼠標(biāo)鍵盤(pán)來(lái)共同完成，其中鼠標(biāo)控制攝像機(jī)的鏡頭，而鍵盤(pán)上的按鍵則用來(lái)控制攝像機(jī)的方向移動(dòng)。在UE4藍(lán)圖編輯器中進(jìn)行功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。

2.3.3 添加代碼對(duì)輸入進(jìn)行響應(yīng)

現(xiàn)在我們通過(guò)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像相的控制。直接把鼠標(biāo)的X 軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)到攝像機(jī)的偏轉(zhuǎn)上。Y軸的運(yùn)動(dòng)被固定在一個(gè)視界內(nèi)。

2.3.4 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

在本營(yíng)區(qū)漫游系統(tǒng)內(nèi)，用戶(hù)可以多種不同的視角觀察營(yíng)區(qū)設(shè)計(jì)的情況。系統(tǒng)可以增加粒子系統(tǒng)特效，對(duì)碰撞進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和反饋，也可以對(duì)模型動(dòng)作音效進(jìn)行添加。選用配置為i7-4930K、主頻3.6GHz /16G 內(nèi)存/ NVIDIA 980Ti 顯卡，進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行畫(huà)面生動(dòng)逼真、流暢度高。

3 結(jié)論

本文以營(yíng)區(qū)規(guī)劃的可視化為設(shè)計(jì)方向，提出了一種基于UE4引擎的仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的解決方案，實(shí)現(xiàn)一個(gè)交互性強(qiáng)、逼真的營(yíng)區(qū)規(guī)劃可視化系統(tǒng)。能夠完成對(duì)營(yíng)區(qū)交通、照明、三維模擬，構(gòu)建出可視化與數(shù)字化的營(yíng)區(qū)規(guī)劃方案圖。隨著城市規(guī)劃虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展成熟，虛擬人機(jī)交互與漫游將成為未來(lái)營(yíng)區(qū)規(guī)劃的主流。

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