基于U3D的虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)的關鍵技術的研究

周鵬程

摘要：三維虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)采用了Unity引擎作為開發(fā)工具，Unity主要用于開發(fā)豐富的2D、3D、VR及AR的交互式內容，主要使用C#作為開發(fā)語言，在系統(tǒng)設計過程中主要用到了VR眼鏡的準心交互，其涉及的關鍵技術是射線碰撞原理。

關鍵詞：Unity3D；虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)；準心交互；射線碰撞

中圖分類號：G423.07 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）07-0183-02

Abstract：The 3D virtual digital campus system uses the Unity3D engine as a development platform， Unity3D is mainly used for the development of interactive content in 2D or 3D， VR and AR. The development mainly use C# as a development language， in the process of system design mainly uses VR glasses quasi heart interaction， the key technology is ray collision principle.

Key words：virtual campus system；Unity3D development；Vrinteractive；crosshairinteraction；ray collision

1 國內外相關研究動態(tài)

VR虛擬現(xiàn)實技術已成為當今較為追捧的科技，從阿里巴巴的Buy+，到Google的VR眼鏡，互聯(lián)網(wǎng)+正逐步細分出VR+、大數(shù)據(jù)+等等，作為當今開發(fā)VR技術的主流引擎Unity和UE4，Unity更受大眾的喜愛。Unity 科技公司提供的開發(fā)平臺，用于開發(fā)豐富的2D、3D、VR及AR交互式內容。Unity強大的圖形引擎和功能全面的編輯器能快速地實現(xiàn)用戶的創(chuàng)意，并將所需表達的內容部署到幾乎所有媒體與設備上。Unity可發(fā)布到PC平臺、主機、網(wǎng)頁、移動設備、家庭娛樂系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)或頭戴顯示器等多種平臺。Unity提供的工具與資源包括：Unity Asset Store資源商店、Unity Cloud Build云構建、Unity Analytics分析、Unity Ads廣告、Unity Certification認證考試以及Unity Everyplay等。

三維虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)的開發(fā)采用了Unity引擎，體驗者可以通過動態(tài)、交互的運用全方位地為用戶展示校園各種信息，通過3D影像動態(tài)交互，體驗者會產(chǎn)生身臨其境的感覺。

2 三維虛擬數(shù)字校園交互設計

在設計三維虛擬數(shù)字校園交互系統(tǒng)時，所需的載體是基于三星Galaxys 6的智能手機，該型號手機支持Gear VR眼鏡，將兩者相連后，手機會提示安裝Gear VR相關插件和對應應用程序，將三星手機的VR眼鏡證書與Unity關聯(lián)打包后，將生成的APK導入到手機，即可在Gear VR眼鏡上觀看。在手機開始界面會出現(xiàn)一個紅色圓點，這就是注視的準心，體驗者雙眼瞄準準心3秒，會出現(xiàn)一個旋轉的動態(tài)注視條，3秒后即可對注視的物體產(chǎn)生交互，如圖1所示。

VR眼鏡交互設計的關鍵技術在于準心射線的交互設計。首先在場景中創(chuàng)建一個空物體GameObject，再創(chuàng)建一臺主攝像機作為空物體下的子物體，將攝像機鏡頭Field of View視野設置為38。當用戶佩戴VR眼鏡后，進入三維虛擬數(shù)字校園界面，眼睛注視圓點準心，系統(tǒng)即認為是發(fā)射了一條射線，這條射線在運行時，每一幀都會去發(fā)射Ray，獲得用戶看向的物體的信息，射線的碰撞信息RayCastHit，向它發(fā)送了激活方法的信息（sendMessage）。當用戶漫游到校碑旁邊時，準心瞄準校碑，系統(tǒng)會播放學校發(fā)展沿革，如圖2所示。播放完后，會彈出箭頭示意用戶漫游到教學樓，如圖3所示。

準心交互的射線設計原理如下：

usingUnityEngine；

usingSystem.Collections；

usingUnityEngine.UI；

usingUnityEngine.VR；

public class VRviewToActive ： MonoBehaviour {

public Ray myRay； //新建一個射線類的對象

public RaycastHit Hit； //新建一個射線碰撞信息類，用于存儲射線返回來的信息

public Camera myCamera； //我的相機

publicLayerMaskLayerMask； //層數(shù)據(jù)

public GameObjectNowObj；//現(xiàn)在注視的物體

public bool StartCountTime = false；//這個字段用來控制計時器的打開和關閉

public float NowTime = 0； //計時器開始的時間節(jié)點

public float NeedTime = 3；//需要停留3秒，也就是計時器需要計時3秒

publicGameObjectTagImage；

void Update（） {

float value = NowTime / NeedTime；

TagImage.transform.GetComponent（）.fillAmount = value；

see（）；//發(fā)射射線并控制計時器的方法

CountTime（）；//我們的計時器方法，同時它也是控制信息發(fā)送的地方}

發(fā)射射線并控制計時器的方法，設定為MyRay為發(fā)射射線，把這條射線碰撞到的信息輸出（out）給Hit，設定發(fā)射距離最大為1000m，使用layerMask中的遮罩剔除不需要檢測的層， 然后發(fā)射射線并檢測。

void see（） {myRay = new Ray（myCamera.transform.position，myCamera.transform.forward）；

//給射線填充一個新的射線（從我的相機位置開始，向相機的前方發(fā)射）

if （Physics.Raycast（myRay， out Hit， 1000， LayerMask））

{ if （Hit.collider.gameObject ！= null） //如果碰到了物體

{ NowObj = Hit.collider.gameObject； //把碰到的物體放入我們的目標中

StartCountTime = true； //打開計時器} }

else {//沒有碰到物體

NowObj = null； //清空當前目標

StartCountTime = false； //計時器關閉} }

如果計時器沒有開啟，計時歸零，跳出方法，不再往下執(zhí)行。如果目標里有物體，開始計時，NowTime是一開始為0的Float值， 每一幀自身加上系統(tǒng)這一幀運行花費的時間，假如一秒鐘運行了60幀，那么這個時間就是1/60秒，如果計時器累積時間超過規(guī)定的時間，表示計時完畢，可以執(zhí)行規(guī)定的事件。

voidCountTime（）

{ if （StartCountTime == false）

{ NowTime = 0；//計時歸零

return； //跳出方法，不再往下執(zhí)行}

if （NowObj ！= null） //如果目標里有物體

{ NowTime = NowTime + Time.deltaTime； //開始計時

if （NowTime>= NeedTime） //計時完畢

{ StartCountTime = false； //停止計時

NowTime = 0； //計時器歸零

NowObj.SendMessage（"StartActive"， SendMessageOptions.DontRequireReceiver）； } }

//發(fā)送信息給我們對象物體，嘗試激活目標方法

else { NowObj = null； //停止計時

NowTime = 0； //計時器歸零}}}

3 結束語

三維虛擬數(shù)字校園系統(tǒng)的設計涵蓋了粒子特效、三維模型、動畫、材質與貼圖、尋路技術、系統(tǒng)優(yōu)化等，是個跨專業(yè)較強的平臺，要設計出完整而交互界面友好美觀的數(shù)字校園交互系統(tǒng)還需要解決一系列問題，同時也能為各種數(shù)字園區(qū)的開發(fā)提供相關的VR技術。

參考文獻：

[1] 張敏.基于Unity 3D的游戲的設計與實現(xiàn)[J].計算機光盤軟件與應用，2014（18）：269-270.

[2] 張敏.基于Unity 3D的三維地形建模[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2014（6）：16-18.

[3] 朱惠娟.基于Unity3D的虛擬漫游系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應用，2012（10）：36-39+65.