基于Unity3D的虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

潘舒潔 蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是基于計算機和傳感器技術(shù)的可實現(xiàn)交互功能的數(shù)字化環(huán)境，一方面可以為用戶提供一種真實而又直觀視覺、聽覺、觸覺的真實感受和體驗，另一方面可以借助外在設(shè)備，實現(xiàn)真實物體與虛擬環(huán)境的交流互動，模糊了虛擬與現(xiàn)實之間的界限。近些年隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的逐漸成熟和快速發(fā)展，在醫(yī)療、教育、軍事、工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品展示、房產(chǎn)開發(fā)、旅游等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。本文使用Unity3D引擎作為虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺，使用3DMAX作為三維場景的建模工具，使用HTC Vive作為交互設(shè)備，進行校史博物館虛擬展廳VR交互系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計。

1 虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)設(shè)計的準備

1.1 構(gòu)建流程

虛擬校史博物館交互系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計與實現(xiàn)，其基本的流程可以氛圍以下兩個階段：

第一階段是對于虛擬校史博物館的需求和功能實現(xiàn)進行分析，分析整個系統(tǒng)和交互模塊的功能分區(qū)，以及對于相關(guān)文字、圖片、影像資料等進行搜集整理。另外需要根據(jù)要求使用3DMAX軟件建立三維模型，并使用Photoshop軟件進行貼圖繪制，最后將所完成的三維模型進行烘焙導(dǎo)出FBX格式，并導(dǎo)入到Unty3D中使用。

第二階段是將所導(dǎo)入的三維模型按照虛擬校史館的功能分區(qū)，并進行場景碰撞檢測、運動路線的設(shè)定。充分利用Unity3D引擎的OnGUI、NGUI、UGUI模塊中的“Button”、“Lable”、“TextField”、“Slider”等控件功能，并使用C#與進行程序腳本的編寫以實現(xiàn)對于相關(guān)靜態(tài)模型和影像資料的碰撞檢測、事件觸發(fā)和交互功能的實現(xiàn)。

1.2 交互系統(tǒng)設(shè)計

基于Unity3D的虛擬校史館的建立，主要是以傳統(tǒng)展館為基礎(chǔ)，利用虛擬技術(shù)將展館及其陳列品移植到互聯(lián)網(wǎng)上進行展示、宣傳與教育活動，突破了傳統(tǒng)意義上的時間和空間的局限，使更為廣泛的用戶群體能夠在網(wǎng)絡(luò)平臺上真實感受展館及展品，用在線互動的方式體驗“身臨其境，暢游無限”的精彩世界。其基本功能需求是在網(wǎng)絡(luò)三維虛擬展館或展廳中，觀眾可以實現(xiàn)實景觀看、虛擬漫游、互動娛樂等，不但可以隨意漫游瀏覽，還可以720°觀看虛擬現(xiàn)實展館場景中的各種展品及相關(guān)資料，結(jié)合語音解說和其他影像手段，足不出戶就可以在電腦移動端前領(lǐng)略虛擬展館的魅力。對于虛擬校史館的交互功能需求，主要是讓用戶可以通過手機、電腦客戶端和HTC Vive頭戴式設(shè)備的手柄、頭戴顯示器，實現(xiàn)與虛擬場景的互動交流。根據(jù)VR校史館的功能分區(qū)和內(nèi)容特點，對于其交互系統(tǒng)的設(shè)計流程進行設(shè)計優(yōu)化。

2 虛擬現(xiàn)實交互系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)

2.1 場景建構(gòu)

對于虛擬校史館教習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，其基礎(chǔ)是校史館相關(guān)三維模型的創(chuàng)建，這是人機交互功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，也是決定著互動性、沉浸感、直觀性、真實感等交互功能實現(xiàn)效果的關(guān)鍵因素。虛擬校史館的三維模型創(chuàng)建主要包括校史館常見模型的創(chuàng)建、內(nèi)部展示物體的模型創(chuàng)建兩部分。比如在對于校史館常見模型的創(chuàng)建時，主要是根據(jù)功能分區(qū)和校史館特點，使用3DMAX的多邊形建模工具，使用“擠出”、“分割”、“快速切片”等工具實現(xiàn)對于模型的創(chuàng)建；使用UV編輯器對弈相關(guān)具有圖片和材質(zhì)紋理的模型部分進行“展UV”，并使用Photoshop軟件進行貼圖的繪制；場景燈光的搭建，烘焙并導(dǎo)出場景為FBX格式，最終導(dǎo)入到Unity3D中完成三維場景的創(chuàng)建。

2.2 交互功能實現(xiàn)

校史博物館兼具教育教學(xué)的功能，借助VR技術(shù)不僅大大提高了知識呈現(xiàn)的直觀性和情境性，而且融合了游戲化的特征、塑造了真實多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動力，提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。對于虛擬校史館交互功能的實現(xiàn)，要充分了解對于參觀者、學(xué)習(xí)者兩者不同用戶的不同需求，對于展示、教育兩者不同功能的實現(xiàn)對于交互性的也具有不同的要求，另外還有將虛擬校史博物館的可修改性、可維護性考慮其中。

2.2.1 漫游交互功能實現(xiàn)

用戶進入到虛擬校史館可以選擇自由參觀，還可以選擇以第一視角漫游參觀校史館，對于后者主要是在讓用戶帶上頭盔進行視角的轉(zhuǎn)換和相應(yīng)展品的參觀、觸發(fā)學(xué)習(xí)。漫游功能的實現(xiàn)，一方面可以通過對于第一人稱攝像機的運動路徑進行控制，或者使用C#代碼實現(xiàn)對于相機的自由漫游、暫停、開始和視角轉(zhuǎn)換。比如為了讓相機角度的實現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換的C#該腳本如下：

2.2.2 事件觸發(fā)交互功能實現(xiàn)

對于虛擬校史館各類事件的觸發(fā)，主要是懸停觸發(fā)、碰撞檢測觸發(fā)等各類觸發(fā)形式，比如使用觸發(fā)器實現(xiàn)對于觸發(fā)功能的實現(xiàn)，要將碰撞體組件屬性面板上的“Is Trigger”選項選中，當前的游戲物體的碰撞體就變成了觸發(fā)器，且移動的剛體物體會穿透碰撞體勾選了“Is Trigger”的物體?；蛘呤褂肏TC Vive手柄扳機、觸摸板、滑動功能、功能鍵等進行觸發(fā)，不與目標物體發(fā)生直接的碰撞（接觸），通過手柄命令的發(fā)出來改變相應(yīng)的參數(shù)進行觸發(fā)。

3 結(jié)語

以3DMAX三維軟件、Unity3D游戲引擎和HTC Vive交互設(shè)備為基礎(chǔ)，采用C#程序和GUI界面工具實現(xiàn)對于對于虛擬校史博物館交互系統(tǒng)的需求分析、開發(fā)設(shè)計與測試，整體而言其教學(xué)效果交互功能強大、效果逼真、觸感真實，能夠讓用戶實現(xiàn)較好的交流互動功能，以滿足其教學(xué)、展覽、參觀、宣傳以及史料留存等功能?？傊摂M校史博物館交互系統(tǒng)的實現(xiàn)，逼真的視覺感受和交互體驗可以大大提高用戶使用時的自主性、交互性和沉浸感，為其他VR展廳的建立提供一定的參考價值。