基于UE4的鄧寶珊將軍紀念館虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

馬浩浩 侯晨陽 程璐璐 金龍

摘 要：鄧寶珊將軍紀念館是紅色旅游經(jīng)典景區(qū)、愛國主義教育基地。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到鄧寶珊將軍紀念館游覽中，助力更好的開展紅色教育。本文根據(jù)鄧寶珊將軍紀念館的場館實景，采用Autodesk 3DsMax軟件建立三維模型，并完成了復(fù)雜模型的材質(zhì)編輯貼圖;基于Unreal Engine 4虛擬引擎開發(fā)虛擬紀念館，完成了界面設(shè)計、光源設(shè)計、Blueprint可視化編程等場景漫游功能，實現(xiàn)了鄧寶珊將軍紀念館漫游系統(tǒng)，最后打包發(fā)布。

關(guān)鍵詞：鄧寶珊;虛擬現(xiàn)實;UE4;3DsMax

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.010

本文著錄格式：馬浩浩，侯晨陽，程璐璐，等.基于UE4的鄧寶珊將軍紀念館虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2021，42（02）：

035-037

Design and Implementation of Virtual Walkthrough System for? Deng Baoshan Memorial Museum Based on Unreal Engine 4

MA Haohao， HOU Chenyang， CHENG Lulu， JIN Long

（Tianshui Normal University， Tianshui? Gansu? 741001）

【Abstract】：General Deng Baoshan memorial hall is a classic red tourism scenic spot and patriotism education base. The virtual reality technology is applied to the tour of Deng Baoshan memorial hall to help better carry out red education. According to the actual scene of Deng Baoshan memorial hall， this paper uses Autodesk 3DsMax software to build a three-dimensional model， and completes the material editing and mapping of the complex model， based on the Unreal Engine 4 virtual engine development virtual Memorial， completed the interface design， light source design， blueprint visual programming and other scene roaming functions， realized the general Deng Baoshan Memorial roaming system， and finally packaged and released.

【Key words】：Deng Baoshan;virtual reality;UE4;3DsMax

0 引言

鄧寶珊將軍是中國近代史上獨具風格、功勛卓著的愛國將領(lǐng)，歷任甘肅省主席、省長、民革中央副主席、國防委員、全國政協(xié)常委等職務(wù)。鄧寶珊將軍紀念館是紅色旅游經(jīng)典景區(qū)、愛國主義教育基地，陳列了翔實的紅色史料、圖片等，全面系統(tǒng)地展示鄧寶珊將軍波瀾壯闊的一生和崇高的愛國主義情懷。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到鄧寶珊將軍紀念館游覽中，助力紀念館提升傳播能力，更好的開展紅色教育，帶領(lǐng)社會公眾重走紅色足跡、追溯紅色記憶、感受黨的紅色精神偉力[1]。

1 漫游系統(tǒng)設(shè)計方案

本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到紀念館陳列中，選用Unreal Engine 4虛擬引擎實現(xiàn)鄧寶珊將軍紀念館的虛擬漫游，社會公眾可以進入虛擬紀念館，漫游場館，身臨其境，以更強的交互性給游客帶來更加新穎便捷的游覽方式，給游客帶來鄧寶珊將軍紀念館全新的視覺體驗。

1.1建立三維模型

為了逼真展示鄧寶珊將軍紀念館虛擬場景并建立漫游，本文對場館進行實地測量，獲取紀念館內(nèi)所有館室與陳列物品幾何特征。鄧寶珊將軍紀念館可分為鄧寶珊將軍事跡陳列室、鄧寶珊將軍紀念亭和文化交流展覽中心三大部分。建筑物內(nèi)外結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)、遮擋、精細度相差較大，場景的模型的建立主要運用Autodesk 3DsMax軟件[2]。

1.2模型貼圖優(yōu)化

虛擬漫游系統(tǒng)場景設(shè)計中模型表面紋理的還原程度對場景的真實感起到至關(guān)重要的作用。一些復(fù)雜的模型由于受到運行空間的限制，往往需要進行模型簡化通過紋理貼圖來保證視覺上的真實性。

整個紀念館內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)飾木雕細節(jié)繁瑣。本文采用3DsMax軟件中UVW展開實現(xiàn)紋理貼圖，將建筑整體模型分割成多個子房間模型，針對每一個子房間模型分別進行UV展開。

地圖導(dǎo)航制作中關(guān)鍵是坐標轉(zhuǎn)換的計算。為了使導(dǎo)航地圖中導(dǎo)航的位置與真實場景中的位置匹配，需要根據(jù)虛擬場景中角色控制器的坐標與導(dǎo)航地圖中標志的坐標之間的對應(yīng)關(guān)系進行計算。

1.3場景搭建、漫游制作

本文采用Unreal Engine 4三維渲染引擎進行場景制作和人機交互設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)鄧寶珊將軍紀念館虛擬漫游系統(tǒng)主界面及漫游場景。

從形狀、顏色、光照、視角、語音講解等方面真實還原了鄧寶珊將軍紀念館的虛擬場景，實現(xiàn)了紀念館虛擬漫游的各項功能。

2 采用3Ds Max建模與貼圖

為真實還原鄧寶珊將軍紀念館的虛擬場館漫游，對鄧寶珊將軍紀念館做了實地考察，測量整個紀念館尺寸及布局。選用3DsMax軟件數(shù)字化建模。建模采用分塊建模最后合并的方法，模型文件數(shù)量眾多，為了方便查找以及管理，設(shè)置默認保存路徑，配置項目路徑找到Scenes，修改默認保存路徑;在自定義里將單位設(shè)置為米（M）。

2.1 數(shù)字化建模

（1）地基建模：創(chuàng)建幾何體，并按照測量尺寸分別賦值給幾何體的長、寬、高。

（2）屋頂建模：選用樣條線勾畫出屋頂側(cè)邊輪廓，在修改器列表中選擠出命令并設(shè)定長度值;瓦片部分同樣用擠出，運用批量復(fù)制實體命令（按住Shift拖動模型）得到數(shù)個瓦片，對其進行移動旋轉(zhuǎn)命令（快捷鍵W和E）得到一排瓦片，同理得到整個屋頂?shù)耐咂?/p>

（3）花窗建模：創(chuàng)建樣條線畫出花窗形狀，在修改中渲染，選中在渲染中啟用、在視口啟用，調(diào)整渲染為矩形，適當調(diào)整長度寬度使花窗更自然。

（4）其他建模：大多數(shù)建模均運用幾何體或者樣條線擠出的方式，隨后在修改器列表中修改其屬性，紀念館整體模型如圖1所示。

2.2貼圖處理

目前3DsMax中自帶的貼圖方式有材質(zhì)球與Slate材質(zhì)編輯器兩種，材質(zhì)球貼圖適用簡單面同時面數(shù)少的情況下的貼圖，如墻體與柱子等的貼圖。模型面數(shù)較多同時較為復(fù)雜的貼圖選用Slate材質(zhì)編輯器。

Slate材質(zhì)編輯器：添加需要的UVW展開修改器，選擇UVW展開修改內(nèi)部的“邊命令”，再選擇需要進行切割開的邊線進行操作。在“將邊轉(zhuǎn)換為縫線”的功能項命令中點擊“剝離”功能會自動打開UVW編輯器（包含模型分離好的UVW貼圖）。在UVW編輯器當中的“工具菜單欄”中選擇“渲染UVW模板”功能項，根據(jù)彈出的浮動面板，選擇“渲染UV模板”，如圖2所示。

執(zhí)行彈出的“渲染貼圖”浮動窗口，再確定一個貼圖保存位置，然后輸入到Photoshop軟件當中進行貼圖。打開材質(zhì)編輯器導(dǎo)入處理好的貼圖，賦予物理材質(zhì)，并調(diào)節(jié)其屬性。

2.3貼圖素材及字、畫處理

選擇相關(guān)圖片素材，在Photoshop中進行圖片拼接及處理，將制作好的貼圖素材導(dǎo)出為.PNG格式[3]。對于紀念館中的字、畫等素材，使用Photoshop中的裁剪工具依次點擊所要提取字畫或照片四角。用仿制圖章修改照片曝光嚴重區(qū)域，最后適當調(diào)整圖像對比度，色階，飽和度等使得圖像色彩鮮艷，導(dǎo)出為.PNG格式。

2.4模型合并與導(dǎo)出

點擊3DsMax菜單欄-文件-導(dǎo)入-合并，選擇要導(dǎo)入的.MAX文件點擊確定/導(dǎo)入，進行組裝。將模型導(dǎo)出為.FBX（帶貼圖）格式，以方便導(dǎo)入UE4中進行虛擬漫游場景的制作。

3 基于UE4的虛擬紀念館漫游的實現(xiàn)

用3D Build對模型進行破面修復(fù)后導(dǎo)入UE4（UNREAL ENGINE 4）中，模型按照真實紀念館的布局進行坐標位置處理，不合適的返回3DsMax軟件中進行重新處理。

（1）模型導(dǎo)入UE4軟件。將模型拆分形成獨立的個體，對于重復(fù)的模型，只保留一個。復(fù)雜的模型著重處理重疊面和模型的堆砌問題，以達到更為逼真的視覺效果。通過Unreal Datasmith Exporter for 3ds Max插件把處理好的模型（帶貼圖）整體轉(zhuǎn)化為.udatasmith格式文件，導(dǎo)入場景中。

（2）模型及場景修正。不合適的模型重新制作，并賦予碰撞體積。對不合適的貼圖或丟失的貼圖等通過Substance軟件進行修改和制作。將場景模型合理布局擺放，對地形等模型細節(jié)處理和微調(diào)。

（3）通過植被編輯模式擺放樹木、花草等素材。使用植被編輯模式放置的靜態(tài)網(wǎng)格體會自動分組為若干批次，此類批次使用硬件實例化進行渲染，調(diào)用一次繪制即可大量渲染。靜態(tài)網(wǎng)格體將用作植被，要將一個靜態(tài)網(wǎng)格體添加到網(wǎng)格體列表，從內(nèi)容瀏覽器將靜態(tài)網(wǎng)格體拖入。由于靜態(tài)網(wǎng)格體植被是利用網(wǎng)格體實例化進行實現(xiàn)，與Actor植被不同，因此要將非互動植被添加到場景中，需使用靜態(tài)網(wǎng)格體植被，這對渲染性能更有利[4]。擺放好樹木、花草等素材后的場景如圖3所示。

（4）場景中添加光源，并進行調(diào)整。本文中采用點光源，燈光不能在一定空間里連續(xù)擺放超過三個否則將會有燈光不顯示。

（5）借助虛幻示意圖形（UMG）UI設(shè)計器，創(chuàng)建基本的圖形界面。開發(fā)中控制部分采用UE4中的藍圖（Blueprint）節(jié)點界面的可視化腳本編程模塊[5]。完成紀念館虛擬漫游過程中的行走，游覽，視頻與音頻介紹等互動功能。Blueprint部分交互控制如圖4所示。

（6）打包發(fā)布。經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試，修改BUG，實現(xiàn)鄧寶珊將軍紀念館虛擬漫游系統(tǒng)，最終效果如圖5所示，最后打包發(fā)布。

4 總結(jié)

本文將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到紀念館游覽中，實現(xiàn)了鄧寶珊將軍紀念館的虛擬漫游，呈現(xiàn)了交互式、沉浸式的虛擬展廳，足不出戶便能把鄧寶珊將軍的愛國情懷、歷史功績生動展現(xiàn)在游客面前，助力開展愛國主義教育活動，具有較好的使用意義。目前還存在較大的優(yōu)化空間，團隊后期將翻閱更多文獻資料，在虛擬場景中加載更多的視頻、音頻、圖文等資源，同時配備VR可穿戴硬件設(shè)備，致力將虛擬場館打造成精品線上紅色旅游資源。

參考文獻

[1] 陳希赟，方玉燕，柏敏杰.基于VR技術(shù)的“重走一大路”虛擬漫游系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].科技風，2020（30）：65-67.

[2] 卞歡.基于VR的網(wǎng)上虛擬博物館研究與實現(xiàn)[D].西安：西安石油大學，2020.

[3] 徐琳.基于虛擬現(xiàn)實的韶山紅色文化展演設(shè)計研究[D].長沙：湖南師范大學，2017.

[4] 肖巍，馮時，王選遙.基于虛幻4引擎的長白山虛擬現(xiàn)實場景地形制作[J].長春理工大學學報（自然科學版），2019，42（6）：133-137.

[5] 馬紹江，傅睿.基于UE4藍圖編程的建筑結(jié)構(gòu)可視化交互應(yīng)用設(shè)計研究[J].山西建筑，2020，46（10）：197-198.