基于web的虛擬現實汽車展示系統

辛獻杰 劉曉娜 鄭學通 王勇亮 王紹斐

【摘要】虛擬現實技術的迅速發展，促使汽車等產品的虛擬展示具備動態交互和三維可視化等特點。本文采用3Ds MAX制作汽車及場景模型，通過Unity3D實現系統輔助模塊和汽車核心展示模塊，編譯為web Player展示插件，實現網上360°的汽車展示。系統交互性強，用戶可實時更換汽車顏色，局部放大或縮小，并可從任意角度觀察汽車的內外部信息等，既從視覺上滿足客戶的需求，又給客戶帶來更多自主挑選的機會，節約購車時間。

【關鍵詞】web;Unity3D;虛擬現實;汽車展示

1.引言

隨著居民消費水平的不斷提高，汽車銷量逐年攀升，人們在購車前又比較注重汽車的車型、外觀和各種性能等諸多信息，而親自到各大車行進行實地考察，既費時又費力[1]。隨著互聯網技術的發展，各種虛擬汽車展示系統應運而生，但多數系統只局限于二維圖片或flash動畫的展示，無法詳細展現汽車的內部特性。

虛擬現實技術的迅速發展，促使人們對具有動態交互、三維可視化效果的產品信息的需求日益強烈。web三維展示技術可直觀、高效地構建具備良好交互性和沉浸性的虛擬展示系統，通過互聯網縮短人們和產品之間的距離，全面展現產品的各項性能。通過該技術實現的汽車展示系統，不僅使用戶提早看到汽車模型，又給廠商創造了一種新的營銷方式，減少企業的銷售成本，提高了企業競爭力[2]。本文建立了一個基于web的虛擬現實汽車展示系統，交互性強，用戶可使用任意主流瀏覽器高速、便捷地瀏覽系統信息。其中，第一部分對全文進行了概述，第二部分介紹了系統的整體結構，第三部分重點闡述了系統研發過程中用到的關鍵技術，最后得出結論。

2.系統總體結構

web虛擬現實汽車展示系統結構可分為三個部分：模型制作、展示系統制作、web支撐環境。系統結構圖如圖1所示：

圖1 系統結構圖

模型制作：主要提供系統展示所需汽車及場景模型，通過3DS MAX制作導出fbx文件，并利用Unity3D將fbx文件轉換成可動態加載的assetbundle格式;

展示系統制作：主要通過Unity3D制作系統展示界面、搭建三維場景等，并編輯系統核心算法及相應的交互功能，最后打包為一個能夠實現動態加載3D模型的Web Player展示插件;

web支撐環境：主要由瀏覽器可以解釋執行的HTML頁面以及Unity3D 開發的Web Player展示插件組成，并由XML負責汽車展示信息的存儲、組織和管理。

web汽車展示系統的研發流程圖如圖2所示。

3.關鍵技術分析

3.1 3Ds MAX模型制作

3D Studio Max，常簡稱為3Ds MAX，是一款基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。廣泛應用于影視、工業設計、建筑設計、三維動畫、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域。

根據要展示汽車及場景特點，本文采用3Ds MAX分別設計開發相應的三維模型，以達到理想的真實感效果。通過3Ds MAX制作模型并導出格式為fbx的文件，再通過Unity3D轉換為可識別格式。模型中的動作是通過自動識別來播放模型文件中的指定動作，如打開車門等。通過3D模型的制作完成動作的設定，從而達到更優的交互效果。模型制作不是本文闡述的重點，在這里不再詳述。

圖2 web汽車展示系統研發流程圖

3.2 Unity3D開發展示系統

Unity3D是一個多平臺的游戲開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎，具有更優越的效果和更高的擴展空間。對DirectX和OpenGL 擁有高度優化的圖形渲染管道。支持所有主要文件格式，并能和大部分相關應用程序協同工作。Unity內置的NVIDIA、PhysX物理引擎能夠帶來逼真的互動感覺，提供了具有柔和陰影與烘焙lightmaps的高度完善的光影渲染系統，非常適合產品三維虛擬展示在交互訪問和逼真表現的要求。可發布場景至Windows、iPhone和Android等平臺，也可以利用Unity web player插件發布網頁應用。在網絡方面，Unity3D提供了強大的可視化編輯器和語言層面的網絡類，腳本采用Javascript、C#、Boo等語言，常用來快速制作三維視頻游戲、信息可視化等互動內容[2]。

本文通過Unity3D進行3D模型格式轉換、系統輔助模塊和展示模塊設計以及相關核心算法的編寫，采用C#作為腳本語言。

3.2.1 3D模型格式轉換

通過Unity3D將3Ds MAX導出的fbx模型文件轉換成可動態加載的assetbundle格式。通過添加代碼，在Untiy3D的菜單“Assets”中添加“Build AssetBundle From Selection - Track dependencies”和“Build AssetBundle From Selection - No dependency tracking”兩個選項（如圖3所示），可直接實現對選中模型的格式轉換。

格式轉換主要代碼如下：

3.2.2 系統輔助模塊的設計

通過Unity3D設計汽車展示系統界面，可同時實現不同場景和光照天氣的搭配、汽車顏色的實時變換、汽車部分動作展示以及相關幫助信息。

汽車展示系統界面如圖4所示。

展示區域底部為菜單面板，當鼠標離開菜單區域時，菜單面板自動隱藏。用戶可以直觀地瀏覽汽車，根據菜單提示實時地進行操作。下面對基本展示功能予以說明。

（1）鼠標操作：用戶可通過鼠標的左、中、右三鍵來控制產品模型運動。點擊并拖動鼠標的左鍵可以在360°視角內觀察模型各個部位的細節;按住鼠標中鍵可移動模型在展示場景中的位置;按住鼠標右鍵進行拖動，可對模型進行拉近或拉遠操作。

（2）選擇場景：可在展示區內加載不同的場景，如草地、樓宇、展臺等，以實現更加豐富的展示效果。

（3）光照天氣：可隨意變換不同的天氣狀態，使汽車模型在不同環境下進行展示，增強展示效果。

（4）顏色調配：滑動調色板相應按鈕，可對產品模型的主體顏色進行實時調配，以滿足客戶的不同喜好。

（5）局部動作：若模型自帶動作，系統將自動將動作信息添加到局部動作菜單中，單擊菜單中對應的動作，如圖5所示，即可播放模型里自帶的動作動畫。

圖5 局部動作效果

3.2.3 系統核心算法

（1）模型居中顯示

當模型動態地加載到展示界面時，最主要的問題就是讓模型能夠出現在界面的中心位置。因此模型居中顯示是一個關鍵算法，通過scaleConst這個常量來約束模型的尺度，從而實現模型的居中置位。主要代碼如下所示：

（2）調用模型中的動畫信息

在3dsMax或unity3d軟件中，可為3D模型設置動畫。如果模型文件里附帶動畫信息，本系統可自動檢測，并將其添加到“局部動作”菜單列表，以便用戶進行操作。主要代碼如下所示：

3.2.4 將展示系統編譯打包

在Unity3D中研發的展示系統，要發布到web就必須將其打包為一個能夠實現動態加載3D模型的Web Player展示插件，如圖6所示，選擇“Platform”中的“Web Player”，單擊Build，進行編譯打包。

圖6 打包為Web Player展示插件

3.3 構建web支撐環境

web支撐環境主要由瀏覽器可以解釋執行的HTML頁面以及Unity3D開發的Web Player展示插件組成，并由XML負責汽車展示信息的存儲、組織和管理。

web汽車展示系統支撐環境界面如圖7所示。

圖7 web支撐環境

3.3.1 web環境調用展示系統

在Unity3D中使用以下程序調用系統入口：

HTML頁面中的getUrl函數為整個系統總入口，其中訪問絕對路徑使用php直接獲取，代碼如下所示：

在Unity3D中，獲取文件名、主機名：

3.3.2 XML節點記錄

XML是可擴展標記語言，標準通用標記語言的子集，一種用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言。與其他數據庫不同，它僅僅是存儲數據。

在展示系統中展示的汽車模型基本信息通過XML節點進行記錄， 一條汽車模型信息的典型XML節點格式如下所示：

這些屬性分別記錄了汽車的名稱、上市年份、排量、價格、變速箱、百公里油耗、長寬高等信息， 這些信息添加到XML數據庫并存儲于網站服務器， 供展示系統在初始化時載入并進行解析。

4.結語

隨著網絡及3D展示技術的快速發展，產品在線三維展示、實時交互等功能已成為越來越重要的需求。

本文研究的基于Unity3D的虛擬現實web汽車展示系統能夠利用Untiy3D技術建立產品的真三維模型的交互展示及跨平臺運用，能夠完成產品的外觀展示及相關交互功能。通過web網絡的展示，讓用戶不受時間、空間的限制，與產品進行一種動態交互，節約購車時間，給基于web的3D展示技術在汽車生產銷售領域的發展帶來新的前景。

參考文獻

[1]石娟娟.基于WEB3D的汽車虛擬展示系統的研究[C].內蒙古：內蒙古大學出版社，2009：76-78.

[2]倪樂波，戚鵬等.Unity3d產品虛擬展示技術的研究與應用[J].數字技術與應用，2010（9）：54-55.

[3]任國棟，陳林華等.基于Unity3D的虛擬博物館信息可視化系統[J].計算機系統應用，2013，22（9）：86-90.

作者簡介：

辛獻杰（1962-），男，大學本科，畢業于海軍航空工程學院自動控制工程專業，現供職于煙臺生產力促進中心，主要從事先進制造技術發展研究、科技體制改革、科技發展戰略研究、管理信息系統與數據庫研究等。

通訊作者：劉曉娜（1986-），女，山東煙臺人，畢業于沈陽航空航天大學計算機應用技術專業，碩士研究生，現供職于煙臺生產力促進中心，主要從事虛擬現實系統研發等。