基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的漫游校園VR系統(tǒng)的研究與開發(fā)

莊姍姍

（廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校 廣西 玉林 537000）

1 引言

我國在VR技術(shù)方面的研究時間較短，存在較大的發(fā)展空間，在計算機(jī)系統(tǒng)，計算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)得到了社會各界的高度重視，受到我國各行各業(yè)的廣泛關(guān)注，VR技術(shù)的研究和應(yīng)用，虛擬環(huán)境建設(shè)，開發(fā)分布式VR也得到了更高的發(fā)展。通過進(jìn)行學(xué)習(xí)環(huán)境的合理構(gòu)建，能夠為學(xué)生創(chuàng)造更大的學(xué)習(xí)空間，確保學(xué)生能夠進(jìn)行自由學(xué)習(xí)和綜合探索。在研究開發(fā)虛擬現(xiàn)實技術(shù)漫游校園時，通過各種信息化技術(shù)工具，由團(tuán)隊自主探索研究開發(fā)，激發(fā)積極主動創(chuàng)新的能力[1]。

在研究設(shè)計虛擬校園系統(tǒng)時，需要嚴(yán)格遵循項目工程開發(fā)的一般原則，具體工作包括以下三個階段。

2 數(shù)據(jù)收集和處理

利用我?，F(xiàn)有規(guī)劃的CAD圖，進(jìn)行虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計，通過合理利用百度地圖，可以得到校園整體地形，明確建筑的整體比例和具體位置，隨后對其進(jìn)行實際測量，確保能夠獲得地形具體高度，隨后還需要對校內(nèi)建筑進(jìn)行實地拍攝，確保能夠獲取更為真實的建筑圖片，然后對PhotoShop軟件進(jìn)行合理應(yīng)用，對圖片尺寸進(jìn)行科學(xué)處理，制作所有材質(zhì)，進(jìn)而保障紋理貼圖，保證校園虛擬建?？梢愿叨确犀F(xiàn)場實際情況。同時還需要進(jìn)行與建筑相關(guān)的媒體素材和歷史信息的全面收集。

3 虛擬場景構(gòu)建

在完善數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作之后，相關(guān)人員還需要有效落實校園建模，再實施具體工作，首先需要利用Auto-CAD，繪制平面圖形，隨后將maya導(dǎo)入，進(jìn)行校園虛擬環(huán)境的合理建設(shè)，確保虛擬校園模型高度符合校園生活實物，在完成建模工作之后，需要合理修正模型的物體坐標(biāo)系、大小、格式，然后在Unity 3D平臺內(nèi)導(dǎo)入三維模型。在此項目中，我們還增設(shè)了一個小導(dǎo)游卡通人物角色。將其進(jìn)行人物設(shè)定、材質(zhì)貼圖、骨骼綁定、動畫調(diào)整等一系列制作，然后在Unity3D平臺進(jìn)行合理導(dǎo)入。

4 開發(fā)Unity3D平臺

在Unity 3D平臺導(dǎo)入虛擬三維場景，合理設(shè)計漫游交互功能。在平臺內(nèi)對其各類系統(tǒng)對象修改參數(shù)、編寫腳本、添加組件，進(jìn)而實現(xiàn)碰撞檢測、角色漫游等各項功能，滿足客戶需求。開發(fā)工作具體包括以下流程。

4.1 虛擬場景建模

4.1.1 三維場景建模

在設(shè)計虛擬校園系統(tǒng)時，該項技術(shù)是其最為重要的部分，具有關(guān)鍵性價值，在具體實現(xiàn)虛擬校園漫游時，三維建模效果和體驗效果具有緊密的關(guān)系。在具體實現(xiàn)虛擬校園建模工作時，建模的真實性對學(xué)生的感受程度和認(rèn)識具有決定性影響。構(gòu)建校園虛擬場景具體是對我校樹木、籃球場、道路、綜合辦公樓、學(xué)生宿舍、食堂、教學(xué)樓進(jìn)行建模。在開展具體工作時，需要以校園為整體場景，在具體實施建模作業(yè)時，需要對其進(jìn)行分塊建模，隨后在大場景中合理導(dǎo)入，使其建模難度大大降低，在具體實施該項工作時，需要對模型進(jìn)行合理優(yōu)化，可以合理刪除其中存在的不可見面，確保能夠有效控制材質(zhì)數(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)貼片的合理壓縮，對其模型進(jìn)行簡化，實現(xiàn)模型大小的合理控制，通過對其場景模型進(jìn)行合理優(yōu)化，能夠確保有效提升建模效果。

4.1.2 制作材質(zhì)

在進(jìn)行虛擬場景模型制作時，必須確保和校園實景高度符合，在創(chuàng)建模型之后，為了確保建筑物模擬具有更高的真實性，可以對其校園場景進(jìn)行合理再現(xiàn)，確保其真實性，對模型進(jìn)行相關(guān)材質(zhì)貼圖的科學(xué)添加，在落實該項工作時，相關(guān)人員還需要創(chuàng)建紋理貼圖素材。在進(jìn)行相關(guān)材質(zhì)制作時，還需要實地拍攝相關(guān)建筑，確保能夠明確建筑外形，但是在具體實施拍攝作業(yè)時，光線強(qiáng)弱、距離遠(yuǎn)近、拍攝角度等各項因素，對其拍攝過程具有很大的影響，但是拍攝圖片和現(xiàn)場實際情況具有一定的差別，需要合理應(yīng)用PhotoShop軟件，科學(xué)處理拍攝的圖片，然后在maya中導(dǎo)入提前處理的相關(guān)材質(zhì)，利用maya調(diào)整圖片屬性和材質(zhì)編輯器進(jìn)行各項工作，使其編輯效果更為逼真。

4.2 虛擬交互技術(shù)

通過進(jìn)行校園漫游系統(tǒng)的合理優(yōu)化，能夠?qū)π@場景進(jìn)行更為科學(xué)的展現(xiàn)，具有較高的交互性，在開展具體工作時，設(shè)計漫游角色交互是其最為關(guān)鍵的一項技術(shù)，虛擬交互設(shè)計同時具有漫游和界面兩項功能，相關(guān)用戶在具體應(yīng)用系統(tǒng)時，界面是其非常重要的一個功能原則，而漫游的有效落實，能夠使用戶更為真實地參與虛擬校園，進(jìn)而保障漫游體驗具有更高的真實感，通常情況下，存在自動和自由兩種不同的漫游方式，結(jié)合使用兩種方式，可以實現(xiàn)用戶參與度的有效提升，使其具有更大的靈活性。

4.2.1 手動漫游

該方式具體是指利用鍵盤鼠標(biāo)，實時控制用戶游覽路徑，自由度相對較高，能夠隨意游覽校園，在開展具體工作時，需要在Unity 3D引擎內(nèi)進(jìn)行兩個預(yù)設(shè)體的科學(xué)設(shè)置，進(jìn)而實現(xiàn)兩種不同的角色控制方式，可以實現(xiàn)漫游行走功能，通過科學(xué)應(yīng)用鍵盤能夠控制漫游角色移動，然后利用鼠標(biāo)改變角色觀察視角，隨后還需要編寫相關(guān)代碼，確保能夠科學(xué)移動鼠標(biāo)定位。

4.2.2 自動漫游

該項技術(shù)具體是指根據(jù)設(shè)計師規(guī)劃的視角和路徑，進(jìn)行校園的游覽和參觀。該種漫游方式的合理應(yīng)用可以使用戶迅速游覽校園環(huán)境，對其具有更為直觀的感受，在具體進(jìn)行游覽時，可以通過鼠標(biāo)進(jìn)行視覺的科學(xué)改變。在具體實現(xiàn)自動游覽時，需要進(jìn)行多個cube的合理創(chuàng)建，對漫游工作進(jìn)行導(dǎo)航，在游覽路徑上設(shè)施導(dǎo)航點，確保每個路口都設(shè)有導(dǎo)航點，同時還需要保障各導(dǎo)航點之間可以直接到達(dá)，沒有任何障礙物，然后進(jìn)行腳本的編輯，為用戶賦予角色。

4.2.3 信息交互

一般而言，Unity 3D可以實現(xiàn)3D拾取技術(shù)，使其實現(xiàn)信息交互，點擊鼠標(biāo)，向其射出一道射線，使其射向3D世界，然后選擇第一個交互的對象為選中對象。通過相關(guān)形式，將文字、音頻、圖片、動畫等各項信息展示給使用者。例如介紹重點建筑物，確保用戶在進(jìn)行漫游時，能夠進(jìn)一步明確周圍環(huán)境，對其各項信息具有更為全面的認(rèn)識。

4.3 碰撞檢測技術(shù)

該項技術(shù)具體是指對虛擬環(huán)境中的相關(guān)物體進(jìn)行檢查，明確是否存在碰撞現(xiàn)象。在漫游系統(tǒng)內(nèi)，需要對其碰撞現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)格控制。在模型具體運(yùn)行時，如果出現(xiàn)碰撞，則模型會穿過模型，進(jìn)而對其漫游真實感造成嚴(yán)重破壞。因此，在模型場景中，必須對其碰撞實施嚴(yán)格檢測。在應(yīng)用該種方式時，如果出現(xiàn)碰撞，必然會有物理現(xiàn)象產(chǎn)生，例如，當(dāng)其物體位置出現(xiàn)改變，在具體實現(xiàn)漫游時，需要合理應(yīng)用碰撞器，對建筑物、樹木以及角色之間的碰撞進(jìn)行科學(xué)處理。

在具體實現(xiàn)漫游時，高校在展示校容校貌、招生以及對外宣傳時，三維虛擬校園具有重要的價值，是校園實現(xiàn)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾種功能。

4.3.1 直觀了解校園

通常情況下，基于三維虛擬校園能夠確保更為直觀地認(rèn)識校園各個區(qū)域，在三維空間內(nèi)，能夠更為直觀深刻地感知空間次序，確保相關(guān)人員可以通過瀏覽器直觀感受校園環(huán)境，在這個過程中，可以更為生動地展示綠化地帶、道路、食堂、宿舍樓、圖書館、教學(xué)樓以及各種植物。三維虛擬校園可以對真實世界進(jìn)行模擬，實現(xiàn)工作效率的游戲提升，進(jìn)而確保校園空間建設(shè)具有更高的主觀性，明確校園各個空間區(qū)域。

4.3.2 方便學(xué)生

一般情況下，高等院校都具有眾多公共設(shè)施，例如實驗樓、食堂、宿舍樓和教學(xué)樓，三維虛擬校園的合理構(gòu)建，能夠幫助新生提前了解校園整體布局，交互式查詢，能夠確保實時了解校園信息，進(jìn)而確保學(xué)生能夠盡快適應(yīng)校園生活。該項技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠仿真校園地理形態(tài)和建筑形狀，還可以利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備真實再現(xiàn)整個校園的經(jīng)濟(jì)活動和社會活動。

4.3.3 強(qiáng)化招生宣傳

網(wǎng)絡(luò)宣傳是現(xiàn)階段極其重要的一種宣傳手段，三維虛擬校園的科學(xué)建立，能夠有效提升學(xué)校形象，對招生工作具有重要的價值[2]。

5 結(jié)語

本文深入分析了基于VR技術(shù)實現(xiàn)的校園漫游系統(tǒng)，對系統(tǒng)設(shè)計的具體流程和思路方法進(jìn)行了深刻的闡述，對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的探討，能夠有效推進(jìn)學(xué)校發(fā)展。