數(shù)字化虛擬校園的制作

李政峰　王青霞　陳曼麗

摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在我們的生活中應(yīng)用得越來越廣泛。數(shù)字化虛擬校園的建設(shè)，可以讓我們更直觀的看到校園中的各個(gè)建筑物及實(shí)時(shí)的各種校園活動(dòng)。本文結(jié)合3DMAXS、Photoshop、CAD、Unity3D等軟件的應(yīng)用特點(diǎn)，選擇懷化學(xué)院東校區(qū)為設(shè)計(jì)對象，完成了數(shù)字化虛擬校園的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：虛擬校園;3DMAX;Unity3D

中圖分類號(hào)：G647;F49??????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2020-05-11

作者簡介：李政峰（1975-?），男，講師，碩士，研究方向：多媒體技術(shù)應(yīng)用。

數(shù)字化校園漫游系統(tǒng)，不僅能通過移動(dòng)終端直觀地展示整個(gè)校園的概況，還能通過人機(jī)交互產(chǎn)生身臨其境的感覺，對整個(gè)校園的規(guī)劃，校園文化宣傳，數(shù)字化校園的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。虛擬校園是目前3DSMAX和UNITY3D等軟件的典型應(yīng)用，論文首先通過3DSMAX等軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)物模型創(chuàng)建，然后通過UNITY3D輔助的漫游、交互工具實(shí)現(xiàn)互動(dòng)展示，有傳統(tǒng)的照片、視頻錄像無法比擬的美感和視覺震撼力[2]。

1 核心軟件的應(yīng)用技術(shù)分析

3DMAX是由Discreet公司開發(fā)的一款世界知名三維軟件，全稱3D Studio MAX，在三維建模、動(dòng)畫與渲染方面提供了很好的解決方案[3]。利用3DMAX軟件在計(jì)算機(jī)中建立三維幾何形體，賦予其表面材質(zhì)（材料、顏色、紋理貼圖），設(shè)計(jì)幾何形體的運(yùn)動(dòng)與變形，設(shè)置空間所需要的燈光類別、燈光強(qiáng)度，位置和變化，并根據(jù)需要安排攝像機(jī)的位置、焦距，攝像機(jī)移動(dòng)的路徑，最終使這些設(shè)置按照時(shí)間的變化連續(xù)的運(yùn)動(dòng)起來，再輸出成可供播放的各種類型的動(dòng)畫文件，供不同的用戶平臺(tái)使用。

Unity 3D是由丹麥Unity Technologies公司開發(fā)的多平臺(tái)游戲開發(fā)引擎，是一個(gè)跨平臺(tái)整合的游戲制作軟件，適合創(chuàng)建三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫系統(tǒng)開發(fā)，具有高度優(yōu)化的圖形渲染效果，支持用戶定制，支持Direct3D和OpenGL，采用了Nvidia PhysX的物理引擎并支持Lightmap?Baking光影渲染系統(tǒng)，使畫面運(yùn)動(dòng)更加真實(shí)逼真。Unity 3D引擎擁有豐富的開發(fā)資源包，還有粒子系統(tǒng)、常用腳本、碰撞檢測組件、圖像畫面的處理方法等。基于Unity 3D的數(shù)字化虛擬開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)虛擬校園的設(shè)計(jì)，可以大大降低工作的難度，提高系統(tǒng)制作的效率。

2 校園漫游系統(tǒng)模型制作

2.1 校園場景和模型等信息處理

（1）校園建筑、場景比例信息處理。一是借助Google地球的地理影像顯示功能，利用其提供的測量工具獲取整個(gè)校園的地理坐標(biāo)信息和具體的教學(xué)產(chǎn)館、宿舍、食堂等具體建筑尺寸作為3DMAXA建模的參數(shù)要求。二是找到學(xué)校規(guī)劃設(shè)計(jì)的圖紙為參照，獲得CAD工程圖的基礎(chǔ)上在3DMAX中建模。三是進(jìn)行現(xiàn)場的實(shí)際測量得到具體的參照數(shù)據(jù)。

貼圖材質(zhì)的處理。采用的方法是進(jìn)行現(xiàn)場拍攝局部的素材，利用Photoshop對圖像進(jìn)行大小、形狀、色彩等校正，完成各個(gè)建筑、地面的相關(guān)材質(zhì)的制作。Photoshop主要應(yīng)用的工具有，裁減功能、圖層變換中變形功能、圖像大小、圖像色彩、對比度、亮度、飽和度等功能。處理得到的貼圖材質(zhì)盡量平整，數(shù)據(jù)量大概在512*512像素左右[4]。

2.2 校園虛擬模型的搭建

虛擬校園的校園建筑模型主要采用放樣建模、修改建模、多邊形建模等建模方式完成。本次校園模型建模分幾個(gè)部分完成。

校園路面的建模。具體做法是利用GOOGLE地球獲取地形圖片，然后導(dǎo)入到PHOTOSHOP應(yīng)用鋼筆工具根據(jù)原圖繪制地面馬路，接著通過路徑調(diào)整，變換等操作，輸出為3DMAX能識(shí)別的AI文件，接著應(yīng)用3DMAX的放樣功能，完成相關(guān)路面的建模。具體的操作為，馬路部分應(yīng)用擠出功能實(shí)現(xiàn)，人行道根據(jù)實(shí)際測量繪制需要的圓角矩形然后放樣得到。

校園建筑物建模。建筑物建模根據(jù)測量得到的參照數(shù)據(jù)或者CAD工程圖，在基礎(chǔ)線條路徑得到的基礎(chǔ)上，利用擠出、布爾運(yùn)算等功能完成基礎(chǔ)模型的創(chuàng)建，在建模的過程中注意單層和多層的關(guān)系，也就是完成一層的基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制應(yīng)用[3]。在模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，打開材質(zhì)編輯器，選擇九個(gè)空白的材質(zhì)球，分別給不同的對象導(dǎo)入對應(yīng)的材質(zhì)。

在模型創(chuàng)建的過程中，注意局部和整體的關(guān)系，為了保證網(wǎng)絡(luò)瀏覽的速度，盡量減少面的數(shù)量。在模型創(chuàng)建的過程中，注意多變形模型面數(shù)的優(yōu)化。一個(gè)漫游系統(tǒng)模型式具有很多個(gè)三角面，對模型充分的優(yōu)化可以減少打包文件的大小。本案例強(qiáng)調(diào)的整個(gè)校園的虛擬效果，很多建筑面的材質(zhì)可以通過整體貼圖的方式完成，如各種教室、宿舍的門窗效果;需要強(qiáng)調(diào)的校門，教學(xué)樓門口等則采用局部建模、局部貼圖的方式完成[5]。如大校門的學(xué)校名字就采用文字倒角的方式完成局部處理。

3 虛擬漫游系統(tǒng)的組裝與交互控制

3.1 虛擬漫游系統(tǒng)的場景組裝

場景組裝是虛擬校園設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。為了方便操作，各種3DMAX文件的顯示單位和系統(tǒng)單位都改為厘米。導(dǎo)出的文件為FBX文件，在導(dǎo)出的過程中，需要注意的地方有兩點(diǎn)，一是如果場景中有動(dòng)畫、有材質(zhì)，在導(dǎo)出選項(xiàng)中要勾選動(dòng)畫和嵌入媒體選項(xiàng)。二是導(dǎo)出的路徑選擇UNITY3D資源文件包。

在UNITY3D中，先用地形工具創(chuàng)建需要的地形效果，接著按順序?qū)敫鞣N路面、人行道、相關(guān)建筑物、場館、場景小品等模型。在模型位置調(diào)整的基礎(chǔ)上，給整個(gè)場景打光。最后根據(jù)需要應(yīng)用UNITY3D提供資源包，在校園中進(jìn)行各種樹、花圃、草地的創(chuàng)建。校園局部效果如圖1。

3.2?虛擬漫游系統(tǒng)的場景交互

在整個(gè)場景搭建的基礎(chǔ)上，需要完成的主要功能有：場景的自動(dòng)漫游，分場景漫游，視聽廣場等功能。

（1）各種場景的碰撞檢測效果應(yīng)用。為了保證對象不產(chǎn)生穿墻效果，需要給相應(yīng)的對象添加碰撞檢測對象，為了縮減資源大小，本案例中大多建筑物采用盒形碰撞，對于一些特殊對象，如圍欄則采用添加透明盒的方式完成[6]。

（2）分場景導(dǎo)航效果實(shí)現(xiàn)。?為了方便瀏覽者快速瀏覽相關(guān)的場景，針對不同的場景設(shè)置了分場景熱點(diǎn)，瀏覽者通過熱點(diǎn)直接跳轉(zhuǎn)到需要的場景。相關(guān)的按鈕部分代碼如下：

function OnGUI（）{

GUI.Label（Rect（280，150，400，200），str）;

if（GUI.Button（Rect（250，320，100，25），"進(jìn)入"））

}

（3）場景自動(dòng)漫游效果實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)漫游主要是以第一人稱的方式進(jìn)行，操作者以指定點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，通過控制鼠標(biāo)和鍵盤的上下左右鏡頭完成方向與前進(jìn)控制?？刂频牟糠执a（鼠標(biāo)方向鎖定）如下：

float rotationX?= transform.localEulerAngles.y + Input.GetAxis（"Mouse X"） * sensitivityX;

rotationY?+= Input.GetAxis（"Mouse Y"） * sensitivityY;

rotationY?= Mathf.Clamp （rotationY， minimumY， maximumY）;

transform.localEulerAngles?= new Vector3（-rotationY， rotationX， 0）;

在自動(dòng)漫游過程中，各種場景的室內(nèi)瀏覽是一個(gè)主要組成部分，在本案例中，對相關(guān)的場館門禁系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)開關(guān)門設(shè)計(jì)，瀏覽者可自行到相應(yīng)場館進(jìn)行參考。部分碰撞檢測的代碼如下：

function OnControllerColliderHit（hit：ControllerColliderHit）{

if （hit.gameObject.tag=="playerDoor"&& doorisopen==false）{

currentdoor=hit.gameObject;

opendoor（hit.gameObject）;

（4）視聽廣場效果實(shí)現(xiàn)

在整個(gè)場景的漫游中，為了很好的宣傳學(xué)校的相關(guān)情況，制作了視聽廣場，當(dāng)用戶漫游到廣場的特定區(qū)域，可以在大屏幕上看到學(xué)校的相關(guān)介紹說明，用戶可以根據(jù)自己的需要到各個(gè)院系的門口通過單擊了解相關(guān)的專業(yè)介紹，使用戶不但看到還能聽到。

4 結(jié)語

本文以懷化學(xué)院東校區(qū)為例，系統(tǒng)闡述了制作虛擬校園所涉及的軟件的應(yīng)用方法與技巧，對核心應(yīng)用軟件3DMAXS、photoshop、CAD、Unity3D的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的應(yīng)用說明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面，所應(yīng)用的方法相對來講較為逼真，在實(shí)際的應(yīng)用中操作簡單，軟件應(yīng)用容易掌握，省去了許多復(fù)雜的操作。完成的數(shù)字化虛擬校園具有沉浸、實(shí)時(shí)、交互的特點(diǎn)，為學(xué)校的數(shù)字化虛擬校園建設(shè)、學(xué)校的校園建設(shè)規(guī)劃、社會(huì)影響力度和招生宣傳將起到了很好的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文韜.謝陽群.李力.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用前景分析[J].圖書館，2016（05）：10-14+20.

[2]詹青龍.三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3]陸平，陳熙.計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫制作教程：3ds?MAX[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4]況揚(yáng).基于Unity3D的景點(diǎn)漫游系統(tǒng)制作[J].科技廣場，2014（04）：47-50

[5]修春華，孫秀娟，苗坡，等.基于Unity3D的虛擬礦山漫游仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].金屬礦山，2015（04）：262-266.

[6]華江林，姚宏亮.基于Unity3D實(shí)現(xiàn)校園Web三維虛擬漫游的設(shè)計(jì)研究[J].九江學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（04）：57-60.

Abstract：With the rapid development of virtual reality technology， the application of virtual reality technology is more and more widely used in our life. The construction of digital virtual campus can make us more intuitive to see the various buildings and real-time campus activities. Based on the application characteristics of the software such as 3DMAXS， photoshop， CAD and Unity3D， this paper chooses the East Campus of Huaihua University as the design object and completes the construction of digital virtual campus.

Key words：Virtual campus;3DMAX;Unity3D