基于UNITY技術實現的三維虛擬校園平臺設計

吳輝煌

摘 要：三維虛擬校園平臺的設計與實現不僅僅可以讓我們進行校園漫游，對校園進行宣傳介紹，也可以為我們實現校園應急事件的推演提供強有力的支持。利用3DSMAX和unity游戲引擎我們可以實現三維虛擬校園平臺的運行，該文以廈門軟件職業技術學院為例，設計與實現軟件學院的三維虛擬校園平臺。

關鍵詞：UNITY 三維 虛擬校園

中圖分類號：TP391. 41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0051-02

虛擬現實技術是結合地理信息技術、計算機圖形圖像技術、多媒體技術和仿真技術等多種技術，利用虛擬現實技術我們可以實現真實環境的數字化、虛擬化。現在虛擬現實技術已經被廣泛地應用于軍事航天、工業仿真、房地產、應急推演、游戲、教育等領域中。特別是在教育領域中，教育部在一系列的相關文件中，多次提及到虛擬校園，闡明了虛擬校園的地位和作用。

三維虛擬校園環境平臺是以真實校園為整體藍本，包括校園布局設計、交通、景觀、教學及生活環境、建筑物內外、人文等。該平臺可以成功虛擬現實校園的全部場景，可以實現訪問者自動漫游，以及改變視點進行環視，訪問者還可以做出像在真實世界一樣的動態行為，實現了環境的藝術性和真實性[1]。該文將對三維校園虛擬化平臺進行設計與實現。

1 虛擬校園環境的總體布局

雖然虛擬漫游系統并不要求虛擬場景與真實場景完全一致，但是構建的模型和場景應該盡量真實反映實際的情況，應該做好校園的總體布局，該文的虛擬校園平臺是以廈門軟件職業技術學院為例，校園環境主要把重要的建筑以及建筑周邊環境表現出來，校園環境的總體布局如圖1所示。

2 虛擬校園模型創建

三維模型的創建有很多方法，在市場上比較常見的有3DSMAX，MAYA，Sketch Up等。Sketch Up也叫草圖大師，使用操作比較簡單直觀，但是對一些復雜的模型處理起來不是很好，在細節表現上比較欠缺[2]。而3DSMAX和MAYA都是autodesk公司的產品，兩個軟件功能差不多。MAYA的動畫系會比較全面，但3DS MAX的樣條線建模卻更強大一些，而且3DS MAX有很多插件支持，所以在建筑動畫方面，使用3DS MAX會更多一些，該文也是采用3DSMAX軟件來設計的。在3DSMAX當中建模的時候用的方法也有很多，比如基礎幾何體建模、復合對象建模、二維圖形轉三維模型建模、多邊形建模、網格體建模、面片建模、NURBS 建模等。在虛擬校園實現平臺上面建模，應該在保證必須的模型質量情況下做到數據量盡量小，也就是模型的面數盡量地少，這樣能保證虛擬現實應用系統的運行效率。材質貼圖設置的時候也盡量不要使用高清的貼圖，避免后期平臺運行的時候比較卡。

我們先在3DSMAX軟件中導入在CAD軟件當中繪制的學校平面圖，然后在標準平面圖的基礎上再進行各個模型的創建。

（1）道路模型創建。

道路模型的創建我們主要使用樣條線來進行編輯，樣條線包括點、線段、樣條線3個層級。我們先利用線描繪出道路的線路，使用控制柄調整樣條線使其與平面圖當中的道路吻合。道路的邊緣我們可使用樣條線的輪廓來擠出獲取路沿，道路中央則可以直接把樣條線轉換成可編輯多邊形，這樣就可以直接得到三維路面了。

（2）樓房模型創建。

3DSMAX在進行模型創建的過程中方法很多，我們主要使用高級建模當中的多邊形建模的方法來進行樓房模型的創建。多邊形的編輯有包括點、邊、邊界、多邊形、元素5個層級。在創建樓房等模型時我們先創建標準基本體，然后把模型轉換成可編輯多邊形，再對模型的點、邊、多邊形等進行編輯，慢慢細化生成我們所需要的樓房模型。在進行多邊形編輯的過程中盡量要控制多邊形的面數，在后面進行材質貼圖的時候可以減少很多的工作量。在創建模型的時候我們需要根據實際的模型進行調整，模型如果凹進去或者凸出來不超過50 cm的，則直接用面貼圖表示，這樣可以節省很多的面數。

（3）花草樹木的創建。

樹木和花的創建我們主要使用TreeStorm，下載TreeStorm插件之后放置到3DSMAX軟件plugcfg根目錄下面就可實現插件的加載，從TreeStorm插件當中自帶的樹庫我們可以選擇樹木模型直接加載在我們的場景中。當然這時候的樹都是比較精細的，并不適合大量的加載。為了使我們后期在引擎中能夠順利運行，我們只加載幾個精細樹木。更多的樹木和花我們還是使用簡單的面配上貼圖來實現。樹可以使用交叉的四個面來實現，而花使用交叉的3個面來實現即可。草地的制作和路面類似，主要樣條線編輯再進行多邊形轉換，后期配上貼圖就能實現了。

（4）其他道具的創建。

場景當中我們還需要不少的道具，比如路燈、石頭、籃球架、足球門等。這些模型在創建的過程中主要也是使用多邊形來進行編輯。路燈模型采用統一的模型進行創建，石頭模型則根據具體的石塊進行編輯，得到不同的形狀并賦予材質，籃球架和足球門使用簡單面片模型配上貼圖就可以實現，這邊就不詳細說明了。

3 材質貼圖的設置

校園模型創建完成之后我們開始進行模型材質貼圖的設置。首先我們在校園里面拍攝了一些樓房的照片，針對照片需要進行圖片大小和像素的處理。我們根據樓房中單面墻壁或者單個創建來設置貼圖，如果單面墻壁都屬于統一顏色的使用則使用材質來設置。比如樓房外墻我們會按照窗戶大小來設置單個面的大小，這時候截取照片中的窗戶賦予該面就可以較好地表現出窗戶了。如果是樓道，我們可以用白色材質來表現屋檐，欄桿和門的材質則和窗戶材質的設置一樣。沒有窗戶的墻壁和地板我們使用磚塊的貼圖來進行平鋪。

道路的材質和草地的材質我們分別使用水泥和草貼圖來進行平鋪，注意調整好平鋪數量使材質看起來真實一些。花和樹木的貼圖需要做好透明材質貼圖，因為我們是用面直接表現，所以需要制作黑白貼圖來設置材質的透明度。

4 虛擬引擎的導入

要想實現虛擬環境，需要把3DSMAX當中的模型導入引擎。寒霜、虛幻、unity這些引擎都是常見的普通游戲開發者使用的游戲引擎！我們的三維虛擬校園環境采用的unity引擎來實現校園虛擬平臺的運行。Unity是能讓用戶輕松自如地創建三維游戲、虛擬漫游、實時三維動畫等一系列能互動的多平臺的游戲引擎。使用unity引擎可以發布到Windows、Android和iPhone等平臺上面，也可以直接發布到網頁游戲上面。

在Unity引擎中創建一個工程文件，在工程文件當中導入天空、地形、角色等插件。我們把創建出來的3DSMAX模型導出生成FBX格式，把FBX和貼圖統一放置在Unity工程文件當中。這時候導出來的虛擬校園平臺就可以導入到Unity工程中了，在Unity場景當中添加平行光作為太陽光。角色使用第一人稱視角，游戲運行的時候就可以直接使用第一人稱攝像機來進行漫游了。第一人稱角色這時候會直接穿過Unity當中的模型，所以我們需要把模型創建成剛體。創建完剛體對象之后就可以實現第一人稱視角在三維虛擬校園的漫游了，但整個背景只有單一顏色，所以我們可以在第一人稱的攝像機背景上面添加天空貼圖。天空背景就可以直接顯示出來了。如果我們的虛擬校園平臺還需要有界面，可以再創建一個場景，然后在場景當中進行界面設計，引擎導出運行程序的時候再進行場景的轉換[3]。

5 三維虛擬校園環境的實現

我們利用Unity引擎導出成在Windows平臺上面能運行的文件，會有生成EXE、pdb文件和一個DATA文件夾，把這3個文件放置在同一個文件夾中就可以實現文件的運行了。三維虛擬校園環境就可以實現漫游了，如圖2。在漫游的時候我們既可以采用窗口模式進行漫游，也可以使用全屏，利用鍵盤的上下左右鍵我們就可以在里面進行走動。如果需要第三人稱的時候我們也可以在3DSMAX里面創建角色并做好角色的走路、停止動畫，然后再導入引擎中進行動畫的運行。

6 結語

三維虛擬校園平臺的創建方法還是比較多的，在進行模型創建的時候我們就可以采用草圖大師、CAD、3DSMAX或者MAYA等軟件了。導入引擎的方法也比較多，我們主要采用Unity這個游戲引擎。在進行引擎設置的過程中我們還可根據情境編輯一些場景內部切換或者學校應急動畫演練等等效果。虛擬校園平臺的實現對我們進行學校宣傳教育都能起到比較重要的作用。

參考文獻

[1] 王振德，王艷春.虛擬現實技術及其在虛擬校園中的應用研究[J].安徽農業科學，2013，41（7）：3223-3224，3235.

[2] 蘭玉芳，付金霞，徐霞華，等.基于SketchUp與ArcGIS的校園3DGIS 的設計與實現[J].遙感技術與應用，2013，28（2）：346-351.

[3] 張青峰，吳發啟，周淑，等.校園虛擬漫游設計初探[J].測繪科學，2005，30（6）：124-126.