池神廟漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張盼盼 王俊艷

（運(yùn)城學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

1 引言

建立虛擬漫游系統(tǒng)是構(gòu)建智慧旅游的基礎(chǔ)，三維虛擬漫游系統(tǒng)的建立和探究對(duì)智慧旅游建設(shè)有重要的意義。三維虛擬漫游系統(tǒng)是一個(gè)三維可視化的、人機(jī)互動(dòng)的虛擬漫游系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)的建立既能樹立良好的城市形象，提高景點(diǎn)在省內(nèi)外的知名度，方便游客在旅游前熟悉景點(diǎn)的整體規(guī)劃，還能作為景點(diǎn)未來建設(shè)規(guī)劃的輔助性工具[2]。

漫游系統(tǒng)有利于展示景點(diǎn)的風(fēng)采，宣傳文化，提高競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬漫游系統(tǒng)的應(yīng)用，使游客在旅游前就可以完全掌握景點(diǎn)特色和相關(guān)的歷史人文，為游玩做好充足的準(zhǔn)備。虛擬漫游系統(tǒng)，將以最直觀的表現(xiàn)為景點(diǎn)的宣傳和規(guī)劃提供高效的建議，有著廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。本文以運(yùn)城市池神廟為例進(jìn)行了虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的功能性方面，提供了角色交互和小地圖等功能，為系統(tǒng)的交互功能設(shè)計(jì)方面提供了有效的設(shè)計(jì)思路和制作方法，操作簡便，填補(bǔ)了運(yùn)城池神廟在虛擬景點(diǎn)漫游應(yīng)用方面的空白[3-5]。

2 三維模型的建立

要構(gòu)建虛擬漫游系統(tǒng)，須先對(duì)漫游中場(chǎng)景進(jìn)行構(gòu)建，場(chǎng)景的構(gòu)建大致有兩種方式：一種是實(shí)際拍攝的圖片組成，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)負(fù)擔(dān)小，開發(fā)方便，但是缺乏細(xì)節(jié)；另外一種是通過三維軟件創(chuàng)建的模型來模擬場(chǎng)景，代入感很強(qiáng)，但是制作成本較大，系統(tǒng)消耗也大。為加強(qiáng)用戶體驗(yàn)，本漫游系統(tǒng)中的建模部分使用Cinema4D軟件實(shí)現(xiàn)。

2.1 數(shù)據(jù)采集

在構(gòu)建場(chǎng)景之前，首先對(duì)池神廟進(jìn)行考察與數(shù)據(jù)收集，包括物體的大小、形狀和材質(zhì)等。釆集數(shù)據(jù)是整個(gè)虛擬漫游系統(tǒng)建立過程中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，釆集數(shù)據(jù)所使用的方法將影響數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量，進(jìn)而影響到虛擬漫游系統(tǒng)中用戶的體驗(yàn)。

建筑物是環(huán)境的主體之一，是不可缺少的一部分。相當(dāng)一部分建筑物模型由于工具和資源的限制，不能對(duì)其真實(shí)的高度進(jìn)行直接測(cè)量，一般通過少量測(cè)量、大量估算的方式對(duì)其尺寸進(jìn)行大致計(jì)算。本文通過一階樓梯的高度和樓梯的數(shù)量，大致確定了樓梯離地面的高度，使用經(jīng)過裁剪以后的圖片對(duì)漫游系統(tǒng)中的地板進(jìn)行鋪設(shè)。

2.2 模型劃分

數(shù)據(jù)采集完成后，接下來就需要對(duì)物體進(jìn)行建模。建模前要確定好模型的精確程度，模型的精確程度關(guān)系到后期紋理貼圖的效果。模型過于簡單，很多細(xì)節(jié)都不能充分表現(xiàn)出來，模型易失真，影響用戶體驗(yàn)；模型過于精確，易產(chǎn)生大量的冗余，增加了工作量，影響系統(tǒng)性能。為兼顧用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)性能，本系統(tǒng)釆取折中方法，即重要的標(biāo)志性建筑物體將會(huì)精確建立模型，如池神廟的三大廟宇，包括靈慶公神祠、雨師太陽神祠、條山風(fēng)洞神祠；不太重要的建筑物體僅大致刻畫，細(xì)節(jié)部分和一些不重要的部分將會(huì)視情況省略，如海關(guān)樓周圍的空房子等。

2.3 建立模型

建筑物的三維建模，主要由建模軟件Cinema4D完成。對(duì)于建筑物精確程度要求不高的，只需要建好大致的模型，再輔助貼圖就可以完成；對(duì)于建筑物精確程度要求較高的，需要仔細(xì)建筑模型的框架。本文以靈慶公神祠大門和樹木的建模過程為例來介紹具體建模過程，其他物體的建模過程不再具體敘述。

2.3.1 靈慶公神祠大門建模

池神廟主寺廟靈慶公神祠的門構(gòu)造復(fù)雜，對(duì)模型要求較高。由于大門在整體構(gòu)造上具有層次感，因此對(duì)大門構(gòu)建分兩部分完成，包括門的上部和下部。

門的下部具體操作如下：首先，通過快捷鍵C就可以將門變?yōu)榭删庉媽?duì)象，選中面以后，通過擠壓工具對(duì)門進(jìn)行進(jìn)一步塑形。這里通過擠壓和內(nèi)部擠壓來塑造門下部的不同深度，效果如圖1所示。

圖1 門下部的構(gòu)建

門的上部具體操作如下：制作門上面的窗戶框架，需要使用鋼筆工具創(chuàng)建兩個(gè)不同大小的矩形，并創(chuàng)建連接工具，把矩形放在其下，再通過擠壓工具使矩形實(shí)體化，設(shè)置厚度等數(shù)據(jù)使兩者融合在一起。接著制作門上部窗戶的格子花紋，需要使用連接工具制作一個(gè)矩形的格子，再使用擠壓工具制作，最后用克隆工具構(gòu)建成所需模型。當(dāng)門的整體模型創(chuàng)建好以后，再對(duì)模型進(jìn)行貼圖，建模就基本完成，整體效果如圖2所示。

2.3.2 輔助物的建模

3D數(shù)字漫游的三維場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)也分為建筑物建模以及樹木、桌子凳子等輔助物體的建模。這些樹木、標(biāo)志、石碑、石桌石凳等模型，對(duì)池神廟虛擬漫游系統(tǒng)中的環(huán)境塑造起著重要的作用，可以讓用戶更有體驗(yàn)感和真實(shí)性，使漫游系統(tǒng)的色彩更加豐富、更加真實(shí)。以樹木為例介紹。

樹木模型的添加有兩種方式：一種建模在是Unity3D完成，利用Unity3D平臺(tái)自帶強(qiáng)大的資源庫完成，樹木等資源可以直接導(dǎo)入，如圖3所示；另一種可以在模型網(wǎng)站如3D學(xué)苑上下載相關(guān)的樹木資源，通過Cinema4D進(jìn)行修改貼圖，如圖4所示。第一種方式可以快速創(chuàng)建樹木，但是精細(xì)度不夠；第二種雖然麻煩，但是顯示效果好，本漫游系統(tǒng)中兩種方式都會(huì)用到，重要的位置將會(huì)采用精確度較高的方式創(chuàng)建，不太重要的位置會(huì)在Unity3D中快速創(chuàng)建。

圖3 Unity3D創(chuàng)建樹木

圖4 Cinema4D創(chuàng)建樹木

3 場(chǎng)景的集成與導(dǎo)入

模型的構(gòu)建是在許多不同的文件夾下完成的，所有物體的模型都建造好以后，需要對(duì)這些模型在Cinema4D依照實(shí)物進(jìn)行場(chǎng)景集成，相比選擇漫游軟件集成的方式，Cinema4D操作更加方便，而且更注重細(xì)節(jié)，如物體的模型之間可能存在大小不適配的問題，在Cinema4D中就可以很好地解決。

導(dǎo)入模型過程中會(huì)出現(xiàn)模型的格式問題，在三維建模軟件中建立的模型是要導(dǎo)入軟件Unity3D中的，模型的格式關(guān)乎材料是否會(huì)丟失，所以，模型的格式至關(guān)重要，最好使模型導(dǎo)出時(shí)保持fbx格式，這樣文件可直接用漫游軟件Unity3D打開，無需轉(zhuǎn)換格式，fbx文件導(dǎo)入漫游軟件中后，模型的紋理貼圖會(huì)自動(dòng)生成資源文件夾，模型貼圖不會(huì)丟失。模型導(dǎo)入后的場(chǎng)景如圖5所示。

圖5 Unity3D全景圖

4 漫游功能的實(shí)現(xiàn)與展示

在漫游平臺(tái)Unity3D導(dǎo)入場(chǎng)景后，還需要添加人物漫游等功能才可以完成虛擬漫游系統(tǒng)的構(gòu)建。

4.1 角色漫游展示

池神廟漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了第一人稱視角模式和第三人稱視角模式漫游功能。本文以第一人稱視角模式進(jìn)行說明。

在Unity3D中，把第一人稱角色控制器拖拽到頁面中，打開游戲開關(guān)，游戲中可以通過點(diǎn)擊WSAD按鍵來控制視圖上下左右的移動(dòng)，可以通過鼠標(biāo)的移動(dòng)來控制游戲視角的改變。用鼠標(biāo)控制界面向右移動(dòng)，效果如圖6所示。

圖6 向右移動(dòng)后的畫面

4.2 小地圖模式

在瀏覽風(fēng)景時(shí)，如果有一個(gè)小地圖會(huì)更方便，就像游戲中右上角的小地圖，能夠顯示人物在二維地圖中的位置和方向。本文利用Unity3D制作小地圖，制作的步驟如下：

首先，在hierarchy窗口重新創(chuàng)建一臺(tái)攝像機(jī)，放置在場(chǎng)景的正上方；其次，在asseets窗口創(chuàng)建render texture，把創(chuàng)建好的render texture拖入camera中target texture選項(xiàng)中；再次，在hierarchy窗口選擇UI下的raw image作為背景圖。創(chuàng)建好后，把正方形白方塊拖到raw image的右上角；然后，把創(chuàng)建的render texture拖入raw image的texture中，從raw image中可以看到新建的攝像機(jī)中的圖像；最后，打開游戲按鈕，小地圖就能夠正常運(yùn)行。

此外，為使觀看效果更加明顯，創(chuàng)建一個(gè)紅色球體，將小球拖入角色控制器中，小球會(huì)和人物會(huì)關(guān)聯(lián)起來，在小地圖中就可以用紅色的小球代表人物；另外，為使游戲播放中不出現(xiàn)紅色小球，僅小地圖中出現(xiàn)，需要改變小球的層級(jí)，首先在主攝像機(jī)的layer中添加新層minmap，在下面的culing mask中選擇minmap層，主攝像機(jī)將不會(huì)顯示minmap層中的圖像，然后將球體的層級(jí)layer選中minmap，效果如圖7所示。

圖7 添加紅球的小地圖

5 結(jié)語

基于Unity3D建立的虛擬景點(diǎn)漫游系統(tǒng)在提高景點(diǎn)知名度、構(gòu)建數(shù)字化旅游、增強(qiáng)文化實(shí)力方面起到了積極的作用。本文主要對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在漫游系統(tǒng)中的應(yīng)用做了分析，對(duì)本漫游系統(tǒng)中所使用的軟件和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最終完成了對(duì)池神廟虛擬漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。