基于Unity3D的綜合體育館虛擬漫游實現(xiàn)

王莉莉 宋燕燕 童氿一

摘要：隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術逐漸走進人們的日常生活。建筑虛擬漫游作為虛擬現(xiàn)實技術的一個重要分支，被廣泛應用于場館展示項目中。本文以綜合體育館為虛擬漫游場景，使用3D Max軟件制作三維模型，Unity3D引擎為開發(fā)工具，實現(xiàn)了綜合體育場館第一人稱虛擬漫游。

關鍵詞：虛擬漫游；體育館；Unity3D；第一人稱漫游

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0089-03

1 引言

虛擬現(xiàn)實技術是一種利用計算機模擬產(chǎn)生場景，并能實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實環(huán)境的計算機仿真技術。利用最新的計算機虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)作的三維虛擬環(huán)境較二維照片和視頻更直觀形象，更逼真，臨場感更強。傳統(tǒng)體育場館在宣傳上，僅僅只能通過網(wǎng)站圖片的形式，缺乏現(xiàn)實空間感受。場景虛擬漫游技術的實現(xiàn)，可以讓使用者產(chǎn)生身臨其境的感覺，還可以在場景中通過交互，實現(xiàn)場館預定、查看詳細功能等。本項目的研究具有較高的實際應用價值。

2 虛擬漫游系統(tǒng)及Unity3D引擎

虛擬漫游系統(tǒng)是一種能夠集視覺、聽覺、觸覺為一體的虛擬環(huán)境，能夠實時仿真虛擬空間，可從任意角度對虛擬對象進行瀏覽觀察，可與其中的對象進行交互的新技術。具有沉浸感、交互性、構想性等特點。在建筑設計、城鄉(xiāng)規(guī)劃、家具裝潢、場景展示等領域，游戲設計與娛樂行業(yè)應用廣泛。

Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的一款跨平臺綜合游戲引擎，能夠運行在Windows和Mac OS X操作系統(tǒng)下，可以發(fā)布游戲到Windows，Mac，Wii，iPhone，WebGL（需要HTML5）和Android等多種平臺。腳本語言簡單，支持各種插件，開發(fā)速度快，跨平臺性好，可以讓用戶輕松創(chuàng)建3D游戲、建筑可視化、三維動畫等類型的交互式內(nèi)容。

3 綜合體育館系統(tǒng)設計

本文所實現(xiàn)的綜合體育館漫游系統(tǒng)主要利用三維建模軟件3DS Max完成場景和模型的建模，利用Unity3D引擎來完成系統(tǒng)的漫游和交互。

3.1 系統(tǒng)總體設計目標

綜合體育館漫游系統(tǒng)主要包含乒乓球場、羽毛球場和籃球場所、觀眾席看臺四部分。使用者可通過鍵盤W、A、S、D鍵來控制位移，通過鼠標控制視角，可瀏覽場館任何區(qū)域。可查看場館預定信息、進行預定操作、查看操作說明和退出系統(tǒng)等。

3.2 系統(tǒng)功能模塊設計

本系統(tǒng)主要包括建模模塊、漫游模塊和交互模塊，功能結構圖如圖1所示。建模模塊主要實現(xiàn)綜合體育館整體建模和三個運動場區(qū)的建模；漫游模塊主要實現(xiàn)第一人稱視角位移和視角控制，碰撞檢測；交互模塊主要實現(xiàn)查看預定信息、預定場館、查看操作說明及退出系統(tǒng)功能。

4 綜合體育館漫游系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 建模模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)建模主要通過3DS Max軟件建模、貼圖、渲染、烘焙完成。主要包括體育館整體建模和三個運動場區(qū)的建模。在將模型導入Unity3D引擎前對模型面數(shù)進行了優(yōu)化，將多個次要對象通過布爾運算合成一個對象，減少Unity3D的渲染負擔，檢查場景中的孤立點和面，適當刪除，調整貼圖模式，減少燈數(shù)。通過此類優(yōu)化措施，提高系統(tǒng)運行效率。

（1）體育館整體場館建模。場館外觀為灰色，整體類正方形，有層次感，側面為透明玻璃。如圖2所示為導入Unity3D后的整體場館外觀圖。館內(nèi)墻壁采用灰色吸音材料，可以隔絕噪音，保證比賽不受雜音影響。制作時，新建一個長20，寬5，高5的長方體，然后復制粘貼出多個同樣的長方體，再進行堆疊，將體育館模型構建出來。如圖3所示為導入Unity3D后的場館室內(nèi)效果圖

（2）乒乓球場臺建模。乒乓球球臺按照國際標準設計，乒乓球球桌臺面尺寸為2740×1525mm，臺高為760mm，網(wǎng)寬1.83米，網(wǎng)高0.1525米。本系統(tǒng)中采用綠色桌面。如圖4所示為乒乓球球臺模型圖。

（3）羽毛球場建模。羽毛球球場按照國際標準尺寸設計，球場為長方形場地，長度為13.40m，場地寬為5.18m設計為單打場地。球場上各條線寬均為4cm，球場界限用白色畫出。羽毛球球網(wǎng)長6.10m、寬760mm，網(wǎng)孔大小在15-20mm之間，網(wǎng)的上沿有75mm寬的雙層白布。網(wǎng)柱高1.55m，兩根網(wǎng)柱分別立在雙打場地邊線的中點上。球網(wǎng)中部上沿離地面為1.524m，球網(wǎng)兩端高為1.55m。如圖5所示為羽毛球場模型圖。

（4）籃球場建模?；@球球場按照國際標準尺寸設計，整個籃球場地長28m，寬15m?；@圈下沿距地面3.05m。線條：寬度為5cm. 球場界線距觀眾席2m。中線向兩側邊線外各延長15cm。罰球線與端線平行，它的外沿距離端線內(nèi)沿5.80m；這條線長為3.60m。罰球區(qū)是以罰球線中點為圓心，以1.80m為半徑，向限制區(qū)外畫出一個半圓區(qū)域，限制區(qū)內(nèi)的半圓畫成虛線。罰球區(qū)中第一條線距離端線內(nèi)沿1.75m，第一位置區(qū)的寬度為0.85m，并且與中立區(qū)域的始端相接。中立區(qū)域的寬度為0.40m，第二位置區(qū)與中立區(qū)域相鄰，寬度為0.85m，第三位置區(qū)與第二位置區(qū)相鄰，寬度也是0.85m。所有區(qū)域線條長度為0.10m，并垂直于罰球區(qū)邊線的外側。中圈畫在球場的中央，半徑為1.80m。三分投籃區(qū)距邊線1.25m，從端線引出兩條平行線，半徑為6.25m（量至圓弧外沿）的圓?。ò雸A）與兩平行線相交圓心距端線內(nèi)沿中點的距離為1.575m。如圖6所示為籃球場模型圖。

（5）觀眾席看臺建模。觀眾席以NBA聯(lián)賽中球館的觀眾席為模板進行設計，分為三層。第一層為觀眾椅，椅子高度為410mm，椅子座位寬度為200mm，共三排。第二層和第三層都是階梯型座位，每級階梯的座位間由隔板隔開，每級階梯高為400mm，共14級階梯。如圖7所示為觀眾席看臺模型圖。

4.2 漫游模塊實現(xiàn)

首先，在Unity3D中新建一個工程文件，自帶一個主攝像機和一個自然光。然后，將制作好的模型導入Unity 3D，將制作的場景拖入制作窗口。

（1）第一人稱漫游位移控制功能實現(xiàn)。首先，在場景中添加一個圓柱體，代表用戶。將主攝像機設定為跟隨圓柱體移動，通過控制場景中圓柱體的位移和攝像機的轉到，來實現(xiàn)用戶的位移和視角。通過代碼設置了向前行走、向后行走、橫向移動和跑動的速度，并對跳躍的高度進行了設置?？刂频谝蝗朔Q向前位移和向左位移的關鍵代碼如下：

if （Input.GetKey（KeyCode.W）） //設置鍵盤上的“W”鍵控制第一人稱視角向前移動

{ float x = Mathf.Sin（transform.eulerAngles.y * Mathf.Deg2Rad） * distance；

float z = Mathf.Cos（transform.eulerAngles.y * Mathf.Deg2Rad） * distance；

transform.Translate（new Vector3（x，0，z）， Space.World）； return true； }

if （Input.GetKey（KeyCode.A）） //設置鍵盤上的“A”鍵控制第一人稱視角向左移動

{transform.Translate（new Vector3（-distance， 0， 0））； return true；}

（2）第一人稱漫游視角控制功能實現(xiàn)。第一人稱漫游視角控制，主要通過攝像機的視角轉動設定為跟隨鼠標的移動而移動。如圖8所示為第一人稱視角漫游場景圖。視角控制的部分關鍵代碼如下：

public Camera cam；// 定義相機

public MovementSettings movementSettings = new MovementSettings（）；//定義相機視角移動

public MouseLook mouseLook = new MouseLook（）；// 跟隨鼠標移動而移動

public AdvancedSettings advancedSettings = new AdvancedSettings（）；

（3）碰撞檢測功能實現(xiàn)。碰撞檢測是虛擬漫游系統(tǒng)的重要功能，其作用是用來確保兩個不可穿透的對象互相不能共享相同的空間。首先，為圓柱體添加剛體，再通過為所有模型添加碰撞檢測Mesh Collider屬性來實現(xiàn)。

4.3 交互模塊實現(xiàn)

（1）查看預定功能實現(xiàn)。首先，新建一個button，將其命名為 “chakan”，將按鈕的文本名稱改為 “查看預定”。然后在按鈕上方新建一個Text文本框“yuding”。新建一個c#文件“mingdan”，通過代碼設置文本框初始不可見，編寫代碼，設置點擊按鈕后，如果文本框是顯示狀態(tài)則將其隱藏，如果文本框是隱藏狀態(tài)則將其顯示，然后將腳本拖到“chakan”的屬性欄中的Button（Script）中，再將拖到Button（Script）中的腳本文件拖到OnClick中，并設置點擊按鈕后執(zhí)行mingdan.sendMessageUpwards。如圖9所示為查看場館預定功能圖。部分代碼如下：

void Start（）

{ga=GameObject.Find（ganame）；

ga.active=false； //設置開始可見性}

void OnClick（） //控制顯示和隱藏的方法

{if （ga.active==true）//文本此時顯示

{ga.SetActive（false）；//點擊后隱藏}

else if（ga.active==false）//文本此時隱藏

{ga.SetActive（true）；//點擊后顯示}}}

（2）預定場館功能實現(xiàn)。首先，添加一個button和一個Input Filed。分別改名為“yuyue”和“yudingxinxi”，button控件的文本名稱改為“場地預定”。新建一個c#文件“xinxishuru”，編寫代碼使在Input Filed中輸入的內(nèi)容能在查詢預定的文本框內(nèi)顯示，將腳本拖到Input Filed屬性欄中的On Value Changed（String）中，設置對應的Text.text。

（3）操作說明功能實現(xiàn)。首先，先新建一個button，命名為“caozuo”，按鈕文本名稱改為“操作說明”。然后在button上方新建一個Text文本框“kongzhi”。通過代碼設置文本框初始不可見，新建一個c#腳本“shuoming”，編寫代碼，設置點擊按鈕后，如果文本框是顯示狀態(tài)則將其隱藏，如果文本框是隱藏狀態(tài)則將其顯示，然后將腳本拖到“caozuo”的屬性欄中的Button（Script）中，再將拖到Button（Script）中的腳本文件拖到OnClick中，并設置點擊按鈕后執(zhí)行shuoming.sendMessageUpwards。

（4）退出系統(tǒng)功能實現(xiàn)。首先，先新建一個button控件，改名為“guanbi”，文本名稱改為“退出”。然后新建一個c#腳本，編寫好代碼后保存，將腳本拖到Button（Script）中，再拖到OnClick中，并設置執(zhí)行tuichu.OnClick。退出漫游部分代碼如下：

public void ontuichu（）

{Application.Quit （）；// 退出漫游}

5 結語

虛擬現(xiàn)實漫游技術是一項應用廣泛的計算機綜合性技術，它利用計算機生成逼真的虛擬環(huán)境，通過漫游和交互讓用戶產(chǎn)生臨場感。本文使用3DS Max和Unity3D工具實現(xiàn)了綜合體育館虛擬漫游系統(tǒng)，系統(tǒng)包括建模、漫游、交互三個重要組成部分，采用碰撞檢測技術保證了系統(tǒng)的真實效果。系統(tǒng)設計效果良好，場景逼真。

參考文獻

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