“特色小鎮(zhèn)”視角下的云南紅河城子村三維可視動(dòng)態(tài)規(guī)劃與虛擬現(xiàn)實(shí)

于浩然 吳嘉臣

摘 ?要：該文以云南省紅河城子村為研究對(duì)象，利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)村落進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，獲取到了城子村原始三維點(diǎn)云數(shù)據(jù);依托3D建模技術(shù)，對(duì)城子村建筑單體及場(chǎng)景進(jìn)行了復(fù)建，開(kāi)發(fā)了具有人機(jī)交互功能的漫游場(chǎng)景;結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備，形成了具有浸入式漫游體驗(yàn)功能的軟硬件套件;在3D模型及漫游場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)城子村進(jìn)行了三維可視動(dòng)態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)研發(fā)，形成了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑、地形、道路等進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)規(guī)劃的系統(tǒng)?；谌S激光掃描、3D建模、人機(jī)交互開(kāi)發(fā)及規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)的一整套成果，為城子村的數(shù)字化保護(hù)、旅游推介及規(guī)劃提供了可靠的支撐。

關(guān)鍵詞：城子村 ?三維激光掃描 ?3D建模 ?Unity3D ?動(dòng)態(tài)規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TP391 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）06（a）-0251-02

城子村隸屬于云南省紅河州瀘西縣永寧鄉(xiāng)，該村是明廣西府第五代士官昂貴的府地所在，全村1000多間土庫(kù)房，或首尾相銜，或左右毗連，將村戶人家結(jié)為一體，其造型獨(dú)特，實(shí)屬罕見(jiàn)。為了讓更多人了解此等壯觀之景，將城子村打造成一個(gè)集旅游、民俗、特色建筑為一體的特色旅游小鎮(zhèn)。因此，我們利用眼下熱門的VR技術(shù)與動(dòng)態(tài)規(guī)劃相結(jié)合，讓世人知道這個(gè)小鎮(zhèn)，將有限的資源無(wú)限規(guī)劃，合情合理地發(fā)展旅游業(yè)。

1 ?開(kāi)發(fā)流程

首先利用三維激光技術(shù)，對(duì)城子村進(jìn)行掃描，獲取真實(shí)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。然后將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入3ds max軟件建立城子村模型。單體模型完成后，將模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D中，還原城子村真實(shí)場(chǎng)景。經(jīng)研究討論后制定出一套切實(shí)可行的規(guī)劃方案，在Infraworks中進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃[2]。最后著手將VR插件加入漫游場(chǎng)景中，在建筑、地形上加入腳本，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的VR虛擬漫游。

2 ?模型建立

為了保證模型制作的流暢度，將獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，切割成單體的點(diǎn)云輪廓圖。將切割后的點(diǎn)云導(dǎo)入3ds max軟件中，以點(diǎn)云輪廓圖為基礎(chǔ)，利用幾何體或不規(guī)則形體，1∶1還原真實(shí)場(chǎng)景，以模型的形式展示城子村土掌房的建筑形態(tài)。在建模階段，如果遇到點(diǎn)云不清晰的問(wèn)題制作人員需要打開(kāi)掃描數(shù)據(jù)時(shí)保留的真實(shí)照片，再對(duì)照實(shí)物照片還原模型。

3 ?模型處理及Unity場(chǎng)景開(kāi)發(fā)

3.1 模型處理

在建模階段時(shí)，為了保證工作效率，采用分區(qū)域多人同時(shí)建立模型，由于個(gè)人習(xí)慣及操作失誤，造成了在模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D時(shí)，會(huì)有許多不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，例如比例參數(shù)、成組情況還有軸心保存方式的不統(tǒng)一。這就造成了將模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity軟件時(shí)，會(huì)有房間構(gòu)建的飛散、軸心的偏離、比例不均勻。為了解決上述問(wèn)題，小組成員將數(shù)據(jù)模型重新分組，比例、軸心統(tǒng)一，將模型編號(hào)，以便于接下來(lái)的工作有條不紊地進(jìn)行。

3.2 按鈕功能

在房子分部及地形基礎(chǔ)都完成后，開(kāi)始在漫游系統(tǒng)中添加按鈕。首先在Hierarchy面板上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，UI-->Button創(chuàng)建一個(gè)Button按鈕，單擊Button，在Inspector面版中點(diǎn)擊AddComponent，新建一個(gè)名為Test的C#腳本，雙擊腳本打開(kāi)，進(jìn)行編輯添加按鈕事件引用，獲取按鈕組件以及添加點(diǎn)擊事件，最后運(yùn)行場(chǎng)景，點(diǎn)擊按鈕。這就實(shí)現(xiàn)了在場(chǎng)景中的傳送至指定地點(diǎn)等多種功能，逐漸完善成為一個(gè)系統(tǒng)。

3.3 第一人稱漫游

第一人稱漫游是指人們可以利用硬件設(shè)備或者軟件在一個(gè)虛擬場(chǎng)景中以第一人稱的形式進(jìn)行漫游。利用Unity中的第一人稱視角（即第一人稱膠囊體），將膠囊體拖入到場(chǎng)景中，修改必要的屬性，讓其成為可以達(dá)到我們漫游目的的依托體。在用戶點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入第一人稱漫游時(shí)，即可通過(guò)鍵盤上的“W”“S”“A”“D”鍵實(shí)現(xiàn)依托體的自由行走漫游功能，給客戶以真實(shí)的體驗(yàn)。

3.4 添加物理碰撞效果

碰撞系統(tǒng)是模擬物體遇到障礙物時(shí)的物理反應(yīng)，它是漫游系統(tǒng)所必需的功能[3]。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)角色碰撞到障礙物時(shí)，就會(huì)停止。在未添加碰撞第一人稱漫游時(shí)，會(huì)無(wú)視所有的建筑物，直接穿過(guò)墻體，不符合實(shí)際情況。那么必須要給游戲?qū)ο蠛徒ㄖ锾砑优鲎?。首先我們給模型添加Rigdibody剛體組件。接著在Compont給其添加Mesh Collider組件。勾選里面的Convex，會(huì)默認(rèn)根據(jù)自己的模型生成一個(gè)碰撞范圍，但是不是很精確。然后我們展開(kāi)模型，把里面的網(wǎng)格ear1拖放到Mesh中，然后勾選Convex就可以在對(duì)應(yīng)的位置建立碰撞范圍，這樣就完成了碰撞的添加。這樣就保證了角色碰到墻體時(shí)不會(huì)穿過(guò)。

3.5 制作VR場(chǎng)景

在完成的漫游基礎(chǔ)上，主要利用SteamVR軟件來(lái)進(jìn)行VR場(chǎng)景的制作。先將制作好的漫游場(chǎng)景主相機(jī)刪除，隨后進(jìn)入project工程面板中找到SteamVR文件夾，其中有一個(gè)prefabs預(yù)制體文件夾，里面提供了標(biāo)準(zhǔn)的VR相機(jī)。一旦物體出現(xiàn)在場(chǎng)景中之后，你可以為之添加一個(gè)或者多個(gè)腳本，這些腳本可以讓物體栩栩如生，比如可以讓槍開(kāi)火、子彈運(yùn)動(dòng)，還可以讓角色行走和說(shuō)話。想要增加腳本，在Scene界面或者Hierarchy標(biāo)簽下選擇你想要控制的物體，Inspector標(biāo)簽可以顯示所有與該物體相關(guān)的組件，實(shí)現(xiàn)人們可以戴上頭盔手持手柄時(shí)，自由真實(shí)地在城子村中漫游，給人以身臨其境的感覺(jué)，卻又有現(xiàn)實(shí)旅游時(shí)體會(huì)不到的科技美感。

4 ?Unity3D場(chǎng)景優(yōu)化

4.1 模型構(gòu)建分組合并

受計(jì)算機(jī)性能影響，如果模型太過(guò)繁瑣復(fù)雜，內(nèi)部組件過(guò)多，在打開(kāi)場(chǎng)景時(shí)計(jì)算機(jī)就會(huì)處理過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，這樣就使使用者產(chǎn)生煩躁、不耐煩的心理，極大地影響用戶的體驗(yàn)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們將所有的模型構(gòu)建成組，將不會(huì)再更改的組件固定，這樣整體的文件數(shù)量減少，在計(jì)算機(jī)載入場(chǎng)景時(shí)，就會(huì)減少處理時(shí)間，提高用戶體驗(yàn)感。

4.2 相機(jī)優(yōu)化

在用戶漫游時(shí)，許多相機(jī)的角度以及放置位置不合理，這樣用戶就不能獲取到需要的信息。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們采用三審一濾的策略，即3次小組成員自行審查，1次全體成員總體過(guò)濾的形式，將每一個(gè)相機(jī)的問(wèn)題都記錄并優(yōu)化，這樣就極大地提高了用戶的漫游體驗(yàn)。

5 ?動(dòng)態(tài)規(guī)劃

為了更貼合實(shí)際，也為了可以更好地對(duì)當(dāng)?shù)氐淖兓龀黾皶r(shí)調(diào)整，我們利用Autodesk InfraWorks 360軟件對(duì)城子村及周邊環(huán)境進(jìn)行了動(dòng)態(tài)規(guī)劃。先將現(xiàn)有衛(wèi)星圖下載，再將現(xiàn)實(shí)的道路數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)整理。小組討論后，針對(duì)現(xiàn)有的道路、山河湖泊等自然條件進(jìn)行規(guī)劃 。

6 ?結(jié)語(yǔ)

隨著人類文明的推進(jìn)，許多古建筑、古橋梁、古廟已經(jīng)遭到破壞，還有許多地方特色的充滿傳奇色彩的地域文化被現(xiàn)代的鋼筋混凝土所侵蝕，可想而知，在不遠(yuǎn)的將來(lái)這些古人留下的文化瑰寶，將會(huì)消失殆盡。而該項(xiàng)目是將古村完整地，并永遠(yuǎn)地存留下來(lái)，無(wú)論何時(shí)都可以如身臨其境般體驗(yàn)中華文化的壯麗。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，今后的虛擬漫游系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越人性化，它是一個(gè)三維可視化的、有聲有色的仿真景觀，用戶也將會(huì)更多的了解到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的魅力。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)保證了古文化的源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

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