三維數(shù)字校園展示的交互性研究與實(shí)現(xiàn)

劉穎

摘 要：在構(gòu)建三維數(shù)字校園中，三維模型與場(chǎng)景環(huán)境的制作是為了在虛擬世界還原校園實(shí)景，而交互性設(shè)計(jì)就是為了給觀看者提供體驗(yàn)內(nèi)容的方式，在虛擬環(huán)境中場(chǎng)景對(duì)交互行為做出時(shí)實(shí)響應(yīng)，使用戶能感受到自身操作帶來的變化，產(chǎn)生對(duì)相應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)，從而達(dá)到更好展示效果。通過實(shí)際制作過程總結(jié)出三維數(shù)字校園漫游交互設(shè)計(jì)的三個(gè)注意點(diǎn)，分別是交互內(nèi)容設(shè)計(jì)，交互操作界面設(shè)計(jì)以及交互方式設(shè)計(jì)，并立足這三點(diǎn)逐一展開分析。

關(guān)鍵詞：三維數(shù)字校園；交互性；交互方式

1.交互內(nèi)容

在交互內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，首先要實(shí)現(xiàn)的是漫游操作功能，必須實(shí)現(xiàn)觀看者主觀的操空游覽，通過選擇行走視角和全局俯視視角兩種方式，控制漫游路徑時(shí)實(shí)展現(xiàn)校園建筑風(fēng)景，并放大縮小以及快捷切換多個(gè)視圖場(chǎng)景，便于選擇操作，同時(shí)要注意碰狀檢測(cè)問題，交互中因?yàn)閳?chǎng)景的復(fù)雜性和時(shí)實(shí)性對(duì)碰狀檢測(cè)提出很高的要求，要提前考慮設(shè)置好哪些物體是可穿透哪些是不可穿透的，避免穿墻而過或進(jìn)入地下的情況發(fā)生，但比如樹的設(shè)置，主干碰撞時(shí)就是不可穿透，但樹葉群又是可穿透的，種種設(shè)置便于形成更好的環(huán)境融入感。在交互漫游時(shí)才能更好的模擬真實(shí)環(huán)境體驗(yàn)感。其次是導(dǎo)航功能，三維場(chǎng)景的漫游容易迷失方向，而配合上二維導(dǎo)航地圖，觀看者可以準(zhǔn)確的掌握所處的地理位置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的導(dǎo)航功能，同時(shí)，觀看者可以單擊導(dǎo)航地圖上的任意一點(diǎn)，快速切換到該場(chǎng)景區(qū)域?qū)崿F(xiàn)行走視角漫游，便于快速準(zhǔn)確操作。而最后是查詢功能，當(dāng)觀看者需要了解校園具體信息時(shí)，可點(diǎn)擊該建筑彈出提示框查詢相關(guān)的功能信息，并且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)連接網(wǎng)頁、數(shù)據(jù)庫和加載視頻等功能。便于多樣化需求的實(shí)現(xiàn)。

2.交互操作界面設(shè)計(jì)

交互操作界面是觀看者體驗(yàn)交互時(shí)運(yùn)用的方式，其設(shè)計(jì)必須結(jié)合虛擬漫游操作內(nèi)容展開，在不影響三維虛擬畫面效果的同時(shí)，給觀看者最好的需求實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)首先要注意的就是布局簡(jiǎn)潔易用性，功能命令整理分組排列，第一層級(jí)中顯示命令不宜過多，同一功能的元素放在邊緣統(tǒng)一位置，不遮擋畫面同時(shí)減少鼠標(biāo)移動(dòng)的距離。其次導(dǎo)航設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)情晰明確，簡(jiǎn)單易懂，在主功能命令確定后，要注意細(xì)節(jié)功能布局的層次邏輯合理性，視覺分布條理性，以及規(guī)范統(tǒng)一性，減少操作者的理解思考時(shí)間，快速找到自己想要的內(nèi)容，主要注意力放在校園漫游中。最后保證色調(diào)以及風(fēng)格的統(tǒng)一和匹配，用色不宜過多過亮，界面風(fēng)格也應(yīng)該與整體虛擬場(chǎng)景想符合，太過于跳躍和繁雜的美術(shù)設(shè)計(jì)會(huì)賓奪主，搶奪觀看者注意力，導(dǎo)致虛擬校園融入感體驗(yàn)的破壞。

3.交互方式

交互方式方面可分為線上和線下兩種。線上可通過校官網(wǎng)進(jìn)入虛擬校園展示頁面，觀看者可通過鼠標(biāo)和鍵盤操作控制行動(dòng)方向路線，以及查詢建筑功能信息等。而線下可通過交互硬件設(shè)備來增強(qiáng)交互體驗(yàn)感受和方式，通常使用的設(shè)備有環(huán)幕、穹幕、觸控屏、Kinect體感控制等。

立體環(huán)幕投影技術(shù)是將影像信號(hào)輸出到分轉(zhuǎn)設(shè)備后，連接到兩臺(tái)垂直疊加的投影機(jī)同時(shí)投射一幅影像。一臺(tái)投右眼影像，一臺(tái)投左眼影像，再采用不同的極化方向，通過被動(dòng)立體眼鏡左右眼的圓周偏振極化鏡片實(shí)現(xiàn)立體投影效果。該立體投影方式是目前效果最好的立體投影技術(shù)，投影的光通效率很高達(dá)50%左右。同時(shí)因沒有左右眼影像的來回切換，因此不存在主動(dòng)立體投影中讓人眩暈的問題，適合長(zhǎng)時(shí)間觀看，立體眼鏡的價(jià)格便宜，重量較輕，長(zhǎng)時(shí)間戴也不會(huì)有疲勞的感覺。因不需要與紅外發(fā)射裝置同步，因此使用者可隨意走動(dòng)，靈活性很高。

穹幕影幕是構(gòu)建一個(gè)能夠完全覆蓋觀眾視角的球幕影幕，使用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)更真實(shí)、更直觀地展示星空。同時(shí)也能通過數(shù)字制作手段制作的球幕科普影片，來進(jìn)行生物、地理、歷史、分子化學(xué)、物理等方面的科普科教，以及數(shù)字化娛樂節(jié)目的欣賞.

觸摸屏是個(gè)可接收觸頭等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動(dòng)的影音效果。硬件架構(gòu)采用立式觸屏或平面觸屏桌。交互方式則采用多點(diǎn)觸控識(shí)別達(dá)到人機(jī)交互體驗(yàn)操作。

Kinect技術(shù)簡(jiǎn)介是一種3D體感攝影機(jī)，同時(shí)它導(dǎo)入了即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入、語音辨識(shí)、社群互動(dòng)等功能。用戶可以借助于kinect體感設(shè)備，用自己的身體動(dòng)作與虛擬環(huán)境進(jìn)行直接交互。（自然用戶界面NUI）。

虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴顯示器設(shè)備（VR眼鏡）是借助計(jì)算機(jī)及最新傳感器技術(shù)創(chuàng)造的一種嶄新的人機(jī)交互手段，分為外接式頭戴設(shè)備、一體式頭戴設(shè)備、移動(dòng)端頭顯設(shè)備三種，其中外接式交互體驗(yàn)更好，但行動(dòng)不便，而移動(dòng)端頭設(shè)備會(huì)有觀看后眩暈感受，不利于效果展示。

考慮到實(shí)際實(shí)施和用戶便捷度情況，一般使用線上連接漫游體驗(yàn)以及線下觸摸屏或VR眼鏡配合使用更利于效果的呈現(xiàn)。

交互性問題可以說是虛擬校園展示的核心所在。隨著VR技術(shù)的日見成熟和普及，越來越多的高校開始使用該技術(shù)制作虛擬校園展示，便于更多的受眾了解學(xué)校，而交互性的設(shè)計(jì)是用戶操作和沉浸體驗(yàn)的關(guān)鍵，把握好這一點(diǎn)為三維數(shù)字校園的展示提供更好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 魏勇.基于VRML的虛擬顯示技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).[期刊論文] .科技信息，2011