基于Unity 3D的宿舍管理系統(tǒng)的研究

王一帆　王辰啟　陳翔宇　梁創(chuàng)恒　劉亞萍　高艷平

關鍵詞：Unity 3D；三維；三維展示；可視化；管理系統(tǒng)

中文分類號：TP311.1 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0056-03

1 概述

宿舍是在校期間學生生活和學習的重要場所，是學校對學生開展思想品德教育的第二課堂，是傳播新時代精神的戰(zhàn)略要地?！吨袊逃F(xiàn)代化2035》提出如下戰(zhàn)略性要求：建設智慧高校，結合生物特征識別、計算機視覺、虛擬現(xiàn)實等方面對高?？蒲?、教學、管理、服務等業(yè)務進行數(shù)字化升級改造[1]。

現(xiàn)在，很多高校依然采用傳統(tǒng)的人工管理方式管理宿舍，主要依靠學生工作部門、保衛(wèi)處、后勤以及各學院的輔導員綜合管理宿舍，這些部門的成員對于管理宿舍的工作認知不盡相同、管理能力參差不齊，在具體到管理的過程中，很難落實自身的管理職責，嚴重時甚至導致管理體系的混亂。這就出現(xiàn)了在實際管理的過程中，某一板塊無人管理的松散現(xiàn)象，使得學生宿舍管理工作不能落到實處、存在漏洞。同時，當宿舍管理出現(xiàn)問題時，各部門之間容易因為責任落實得不到位、相互推諉責任、無法實際落實責任。因此，學生宿舍管理工作目前體系仍存在較多漏洞，有待改進。

根據(jù)《物聯(lián)網“十二五”發(fā)展規(guī)劃》[2]的精神指導，“智慧校園”成為現(xiàn)如今高校順應時代發(fā)展的新方向，以物聯(lián)網、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析等技術為載體，將校園管理、校園生活以及教育教學等系統(tǒng)升級轉型是未來一段時間內的迫切需求。新型的智能化系統(tǒng)有著高效、安全、有效等突出優(yōu)勢，正在逐漸替代傳統(tǒng)的管理模式，寢室管理也應該加以改進，順應發(fā)展趨勢。

在此背景下，為提升宿舍管理的效率，對現(xiàn)代化宿舍管理系統(tǒng)進行了假設和進一步驗證。系統(tǒng)通過物聯(lián)網技術將宿舍狀態(tài)信息及時上報至平臺，實時顯示在數(shù)字大屏上，同時具有通過上傳圖片，對地面、桌面進行垃圾識別打分等功能，在加強宿舍管理的同時，大幅度提高了管理的效率。

2 Unity 3D 宿舍管理系統(tǒng)的開發(fā)流程與關鍵技術

2.1 開發(fā)流程

宿舍管理系統(tǒng)的開發(fā)與通常的軟件開發(fā)有著相同的流程，依次是需求分析、概要分析、詳細設計、編碼、測試[3]。系統(tǒng)的開發(fā)目標為建立一套可交互三維展示宿舍管理系統(tǒng)，因而其開發(fā)流程主要分為兩部分。

2.1.1 創(chuàng)建宿舍場景以及宿舍樓有關3D模型

本部分主要工作是利用Unity3D構建宿舍真實模型，Unity3D作為現(xiàn)在流行的3D建模軟件有著良好的跨平臺性，同時支持資源的導入大大簡化了構建模型的流程。

2.1.2 通過編寫C# 腳本，實現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境間的互動[4]

本部分主要工作是在Unity3D中編寫操作有關腳本，實現(xiàn)實際功能與3D模型的結合，使得構建的3D模型具有交互功能。系統(tǒng)的開發(fā)流程包括編寫后端功能，構建3D模型，導入3D模型，編寫交互腳本，實際測試等5部分，具體流程如圖1所示。

2.2 關鍵技術

2.2.1 物聯(lián)網

物聯(lián)網即把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與物聯(lián)網連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理的系統(tǒng)[5]。5G時代的到來使得設備間通信更加高速、便捷，智能化家居也是如火如荼地發(fā)展，許多設備都支持了互聯(lián)網的管理與互動。宿舍作為社會關注的焦點，宿舍智能化是有現(xiàn)實意義的。

通過物聯(lián)網技術，利用各種感測系統(tǒng)（如溫感、煙感、門禁觸感、氣感、防盜探測器等）以及防盜報警、消防報警、求救求助等報警系統(tǒng)組成學生宿舍智能防盜防火系統(tǒng)，實現(xiàn)宿舍狀態(tài)的實時更新，可以降低人工成本、提高工作效率。

2.2.2 Unity3D構建模型

Unity 3D也稱Unity，是由Unity Technologies公司開發(fā)的實時3D互動內容創(chuàng)作和運營平臺[6]，可用于創(chuàng)作、運營和變現(xiàn)任何實時互動的2D和3D內容，支持平臺包括平板電腦、手機、PC、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實設備[7]。

通過Unity3D，可以實時地渲染并實現(xiàn)各種AR和VR互動體驗。不同于市面上相似的管理系統(tǒng)，基于Unity3D的宿舍管理系統(tǒng)突出在三維展示上。本項目利用3D建模把宿舍的各個場景通過Unity3D這一平臺部署在大屏上可視化顯示，使得管理人員可以很直觀地檢查各宿舍的狀況，同時，得益于Unity3D的跨平臺性，可以將管理系統(tǒng)的3D模型便捷地部署在各種移動設備上。

2.2.3 基于Unity 3D的3D交互

Unity3D引擎支持多種語言作為腳本語言，其中C#語言使用最為廣泛，也最為貼近于面向對象的編程思想[8]。本研究中使用C#作為交互動作開發(fā)語言，實現(xiàn)宿舍管理過程中的3D交互。

三維宿舍管理系統(tǒng)是宿舍管理場景的真實再現(xiàn)，為管理人員提供三維的信息展示、宿舍瀏覽和虛擬交互等功能。在Unity3D平臺中，以上功能的實現(xiàn)依賴3D拾取、碰撞檢測以及攝影機的運動等技術。

管理人員可以通過簡單地勾選對相應宿舍進行管理操作，選中宿舍樓層后可以通過控制攝像機在場景中的移動，進行視角的調整從而更加直觀地觀察樓層各宿舍的門窗狀態(tài)。

通過給攝像機運動控制腳本，實現(xiàn)視角的移動，代碼內容如下：

void Update（）{……

if（Input.GetKey（KeyCode.UpArrow））{

move=move-Speed*Time.deltaTime；

transform.Translate（new Vector3（0，0，move））；

}

//相關操作

}

2.2.4 Microsoft Azure Face API 人臉識別服務

Azure 人臉服務提供用于檢測、識別和分析圖像中人臉的AI 算法。人臉識別軟件在許多不同情形中都十分重要，例如身份驗證、無接觸訪問控制和實現(xiàn)隱私的人臉模糊[9]。

利用微軟的人臉認知服務能夠便捷地比對人臉信息并返回相似置信度。在宿舍的人員管理中宿舍門禁一直存在管理松散的問題，大多數(shù)高校依然采用一卡通識別的方式，存在典型的認卡不認人的情況。通過人臉識別，可以有效加強宿舍人員進出的管理，杜絕外來人員進入帶來的隱患。

檢索人臉鼻子和瞳孔的位置特征確定人臉位置，分析人臉特征，最后返回人臉特征結果，代碼如下。

foreach （var face in faces3）

{

var attributes = face.FaceAttributes;

var age = attributes.Age;

var gender = attributes.Gender;

var smile = attributes.Smile;

var facialHair = attributes.FacialHair;

var headPose = attributes.HeadPose;

var glasses = attributes.Glasses;

var emotion = attributes.Emotion;

}

利用返回的人臉特征可以很容易地實現(xiàn)兩張圖片的對比，從而實現(xiàn)人臉識別，具體效果如圖2。

2.2.5 Computer Vision API 處理圖像

計算機視覺圖像分析服務可以從圖像中提取各種視覺特征。例如，該服務可以確定圖像是否包含成人內容、查找特定的品牌或對象，或查找人臉[9]。

在本研究中，宿舍整潔程度的量化考核以往需要宿管的人工評分，不僅耗時耗力，而且存在評分不夠客觀的情況。通過計算機視覺服務，讓計算機神經網絡學習并識別圖片，可以大幅度減少類似的重復性人工工作。

學生上傳宿舍實時照片，系統(tǒng)根據(jù)圖片中的垃圾等物品進行識別并打分，算作宿舍考核中的一項內容，可以有效減少人工成本的同時督促到宿舍的衛(wèi)生，垃圾識別效果如圖3。

2.3 項目優(yōu)勢

三維可視化宿舍管理系統(tǒng)主要優(yōu)勢在于物聯(lián)網和三維可視化。通過將物聯(lián)網運用到宿舍中去，有效解決了傳統(tǒng)管理模式中的信息量龐大且復雜、統(tǒng)計信息過程繁瑣等問題；而三維可視化更是符合人體工程學的預期，將數(shù)字的東西通過實體化的方式展示，更符合人們的認知，能夠更加直觀地將宿舍狀態(tài)實時展現(xiàn)給管理者，大大簡化了宿舍管理工作，同時降低了管理成本、提升了管理效率。

此外，在系統(tǒng)中，還運用到了人臉識別、圖像處理等AI技術。與人工管理方式相比，計算機管理系統(tǒng)沒有主觀意識的局限性而擁有更高的準確性。因此，在宿舍安全、宿舍環(huán)境量化評比中，能夠營造更加安全、公平、可靠的機制。

3 結束語

三維可視化宿舍管理系統(tǒng)是在《國家新一代人工智能標準體系建設指南》指導下的新時代產物。根據(jù)黨中央的精神指導，未來將按照“統(tǒng)籌規(guī)劃，分類施策，市場驅動，急用先行，跨界融合，協(xié)同推進，自主創(chuàng)新，開放合作”等原則，立足國內需求，兼顧國際，建立國家新一代人工智能標準體系，加強標準頂層設計與宏觀指導[10]。

智慧校園的發(fā)展在路上，未來的宿舍管理是智慧校園的發(fā)展目標，也是現(xiàn)階段宿舍管理發(fā)展的必然趨勢。三維可視化宿舍管理系統(tǒng)與現(xiàn)有的管理系統(tǒng)相比較有著更加直觀的數(shù)據(jù)展示，針對傳統(tǒng)管理的費時費力等狀況，提出了新穎的、符合未來發(fā)展趨勢的三維管理模型，對減少管理成本、提高宿舍管理效率、杜絕風險隱患等有重要的意義。