基于Unity3D的虛擬校園漫游系統(tǒng)

劉霞　李曉華

摘 要

本文以真實(shí)校園（布局設(shè)計(jì)、交通、景觀、教學(xué)及生活環(huán)境）為藍(lán)本，實(shí)現(xiàn)訪問者以第一人稱視角進(jìn)行虛擬校園漫游，訪問者可通過W、A、S、D按鍵控制漫游路徑，增加了系統(tǒng)的交互性。

關(guān)鍵詞

虛擬漫游;Unity3D;3DsMax;虛擬校園

中圖分類號： TP391.9 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 06 . 85

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是綜合計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、電子信息、仿真技術(shù)及立體顯示技術(shù)等多種技術(shù)的實(shí)用技術(shù)。它通過模擬虛擬環(huán)境從而給人沉浸感，如同進(jìn)入真實(shí)世界，同時(shí)該技術(shù)具有交互性，用戶與虛擬環(huán)境可以相互作用。

虛擬漫游系統(tǒng)[1]是虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)的運(yùn)用，以對象的實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建一個(gè)虛擬的環(huán)境，讓用戶有身臨其境的沉浸感，具有逼真性和實(shí)時(shí)交互性。虛擬校園漫游系統(tǒng)是數(shù)字校園建設(shè)的基礎(chǔ)，可以為學(xué)校樹立良好的形象，提高學(xué)校的知名度，宣傳校園文化，還可以作為校園規(guī)劃的輔助工具。虛擬校園漫游系統(tǒng)以真實(shí)校園（校園布局設(shè)計(jì)、交通、景觀、教學(xué)及生活環(huán)境）為藍(lán)本，實(shí)現(xiàn)訪問者以第一人稱視角進(jìn)行虛擬校園漫游，訪問者可通過W、A、S、D按鍵控制漫游路徑，增加了系統(tǒng)的交互性。

1 主要開發(fā)工具

3Dsmax 3Dsmax[2]是Autodesk公司開發(fā)的三維動(dòng)畫制作軟件 ，它是當(dāng)今世界上主流的三維建模、三維動(dòng)畫制作及渲染軟件，它采用幾何建模技術(shù)，逼真度高，操作簡單，被廣泛應(yīng)用于制作室內(nèi)外效果圖、角色動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲開發(fā)等領(lǐng)域。它具有強(qiáng)大的渲染功能，渲染速度快、效果好。

Unity3D U3D是Unity Technologies開發(fā)的一款多平臺(tái)的綜合型游戲開發(fā)工具，通常用來制作動(dòng)漫、三維游戲、建筑漫游等，它可以和3Dsmax無縫對接，并且可以將場景文件打包成可執(zhí)行文件。它有豐富的內(nèi)置資源，包括自帶的植物、水體、天空盒、粒子效果等。它主要用來完成場景搭建、漫游交互體驗(yàn)等。

2 開發(fā)流程

首先，結(jié)合校園平面規(guī)劃CAD圖及實(shí)地測量、取景，得到實(shí)際地理數(shù)據(jù)和圖片;以此為參考，在3dmax中建立其對應(yīng)的三維模型;再將這些模型以兼容的格式導(dǎo)入到交互軟件Unity3D中進(jìn)行貼圖、場景構(gòu)建，然后實(shí)現(xiàn)交互漫游;最后導(dǎo)出exe文件，如圖1。

2.1 數(shù)據(jù)采集、處理和建模

場景建模包括建筑物建模和環(huán)境建模，場景所需的空間數(shù)據(jù)可以通過校園平面規(guī)劃CAD圖、實(shí)地測量和采集圖片獲取。本文的信息采集過程如下：

（1）學(xué)院辦公室協(xié)助提供學(xué)校早期的平面規(guī)劃CAD圖，獲得場景的分布和位置信息等主要數(shù)據(jù);

（2）實(shí)地測量學(xué)校后期建設(shè)的建筑物，獲取它的外形信息，如長、寬、高度數(shù)據(jù);

（3）對各建筑物進(jìn)行拍照，用Photosho進(jìn)行處理留作貼圖和材質(zhì)用;

（4）收集校園主要植物信息，確定種植的樹種。

（5）使用3DsMax進(jìn)行建筑物的建模（環(huán)境建模部分包括樹木、草坪和天空，這些選用U3D自帶的模型），將其發(fā)布成FBX格式的文件。

2.2 模型導(dǎo)入U(xiǎn)3D

具體步驟：

（1）運(yùn)行U3D，創(chuàng)建工程項(xiàng)目。

（2）U3D自帶的Tree、Water（Basic）、Water（Pro Only）快速創(chuàng)建虛擬環(huán)境，使用Create Terrain創(chuàng)建并編輯地形;使用Skyboxes完成天空的繪制。使用Direction Light創(chuàng)建燈光。

（3）將各類建筑物模型的.FBX格式文件導(dǎo)入到U3D中，在U3D中指定模型的材質(zhì)和貼圖。

（4）對天空、地面、墻壁和樓梯添加碰撞組件，避免漫游時(shí)出現(xiàn)穿越剛體的錯(cuò)誤效果。

3 系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)

3.1 漫游功能的設(shè)計(jì)

人機(jī)交互技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)對話的技術(shù)。本系統(tǒng)的人機(jī)交互方式是讓用戶通過W、S、A、D按鍵控制漫游路徑。關(guān)鍵代碼如下：

Var Speed=25;

function Update （） {

//鍵盤漫游

if （Input.GetKey （KeyCode.A）） {

transform.Translate（-Speed*Time.deltaTime，0，0， Space.Self）;}

if （Input.GetKey （KeyCode.D）） {

transform.Translate（ Speed* Time.deltaTime，0，0，Space.Self）;}

if （Input.GetKey （KeyCode.W）） {

transform.Translate（0， 0， Speed*Time.deltaTime， Space.Self）;}

if （Input.GetKey （KeyCode.S）） {

transform.Translate（0，0，-Speed*Time.deltaTime，Space.Self）;}

3.2 GUI界面交互設(shè)計(jì)

當(dāng)單擊“開始”時(shí)，能夠進(jìn)行場景的跳轉(zhuǎn)，進(jìn)入場景，實(shí)現(xiàn)漫游。當(dāng)單擊“退出系統(tǒng)”時(shí)會(huì)自動(dòng)退出程序。

部分代碼如下：

Function OnGui（）{

GUI.Label（Rect（270，140，400，200），str）;

If（GUI.Button（Rect（240，300，100，25），”開始”））

{Application.LoadLevel（“l(fā)aizhiyuan02”）;}

If（GUI.Button（Rect（550，300，100，25），”退出系統(tǒng)”））

{Application.Quit（）;}

}

3.3 碰撞檢測技術(shù)

碰撞檢測是模擬現(xiàn)實(shí)中的人或物體在遇到障礙物時(shí)發(fā)生的本能反應(yīng)。當(dāng)漫游角色碰到墻壁、大地、天空等物體時(shí)，不能繼續(xù)向前，以此保證漫游的逼真性。U3D支持碰撞檢測，方式有兩種，一種是利用碰撞器，另一種是利用觸發(fā)器。使用碰撞器檢測，發(fā)生碰撞的物體之間會(huì)有碰撞模擬，會(huì)產(chǎn)生反彈或停頓。有些情況只需要檢測物體之間是否發(fā)生接觸，不需要產(chǎn)生碰撞效果，這種情況下可以使用觸發(fā)器進(jìn)行接觸檢測。

碰撞信息檢測：

Void OnCollisionEnter（Collision c）

{Debug.Log（c.gameObjet.name）;}

觸發(fā)信息檢測：

void OnTriggerEnter（Collider collider）{Debug.Log（"starting”）;}//開始接觸

void OnTriggerExit（Collider collider）{Debug.Log（"ending"）;}//接觸結(jié)束

void OnTriggerStay（Collider collider）{Debug.Log（"continuing"）;}//接觸持續(xù)中

4 軟件優(yōu)化

對該漫游系統(tǒng)的可執(zhí)行文件進(jìn)行了黑盒測試，系統(tǒng)運(yùn)行有些緩慢。分析原因主要是因?yàn)殡娔X硬件配置較低，這對模型數(shù)量和模型復(fù)雜度提出了要求。在保證逼真度的前提下，減少了部分環(huán)境建模，同時(shí)在建模過程中盡量減少模型的分段數(shù)和迭代次數(shù)。在U3D平臺(tái)上，對燈光進(jìn)行優(yōu)化，U3D有頂點(diǎn)燈光和像素?zé)艄鈨煞N渲染方式，頂點(diǎn)燈光只計(jì)算游戲模型的頂點(diǎn)照明和通過插值計(jì)算得出模型表面的所有光線;像素?zé)艄庑枰獙ζ聊幻總€(gè)像素進(jìn)行計(jì)算，耗費(fèi)資源。優(yōu)化程序，刪除腳本中不需要的方法;除了必要的地形和建筑，盡量縮小視角范圍;常用的變量或方法定義為全局靜態(tài)變量或方法;盡量少地使用除法和模運(yùn)算。

5 結(jié)論

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，今后的軟件系統(tǒng)會(huì)更加友好，如何增加用戶的沉浸感、增強(qiáng)系統(tǒng)的交互性，是一個(gè)很有價(jià)值的課題。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了碰撞檢測和虛擬漫游，通過該項(xiàng)目的歷練可以促進(jìn)對Unity3D更深入地掌握，而Unity3D的強(qiáng)大功能將會(huì)帶領(lǐng)我們進(jìn)入一個(gè)欣欣向榮的、生機(jī)蓬勃的、充滿挑戰(zhàn)的新領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]https：//baike.baidu.com/item/虛擬漫游/8458400？fr=aladdin.

[2]時(shí)代印象.3dsMax2016完全自學(xué)教程[M].北京： 人民郵電出版社，2017年：（1-10頁）.

[3]https：//baike.baidu.com/item/Unity3D/3064002？fr=aladdin.

[4]https：//www.cnblogs.com/520YAOER/p/9709693.html.

[5]https：//gameinstitute.qq.com/community/detail/118653.