基于Unity3d的不動產虛擬展示系統研究

邱銀國 顧和和 張季一

摘 要：該文針對傳統的不動產展示系統重可視化、輕交互的情況，以Unity3d 4.3和3ds Max 2010為工具，通過三維建模、模型優化以及腳本設計，闡述了實現不動產虛擬展示功能的關鍵技術。并且以某地的實際房產測繪數據為例，進行了仿真實驗，實現了不動產虛擬展示、查詢、音視頻播放等人機交互功能，驗證了該方法的可行性。

關鍵詞： 不動產；虛擬現實；Unity3d；人機交互

中圖分類號 TP391.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）19-0101-04

Abstract：In view of the situation that traditional display systems of real estate emphasize visualization while lose sight of HCI，this paper describes the key technologies of realizing virtual display systems of real estate，including three dimensional modeling，model optimization and script design，taking Unity3d 4.3 and 3ds Max 2010 as tools. Finally，taking the real estate surveying and mapping data of a certain area as an example，the simulation experiment is carried out，having realized the HCI function of the virtual display，query，audio and video playback，which can verify the feasibility of the method.

Key words：Real estate；Virtual reality； Unity3d； HCI

傳統的不動產登記工作，按照不動產管理部門的不同，分別由不同的部門實施，處于分散化管理的狀態，基本屬于基于二維平面的管理體系[1]。為進一步規范房地產市場和相關的不動產管理，我國一直推行統一的不動產登記制度。2013年，根據國務院機構改革和職能轉變方案，由國土資源部負責指導監督全國土地、房屋、草原、林地、海域等不動產統一登記職責，基本做到了登記機構、登記簿冊、登記依據以及信息平臺的“四統一”[2]。

不動產權利包括土地所有權、土地使用權、建筑物所有權等眾多權利，種類繁多、權屬復雜、權益爭議多是當前不動產登記工作中廣泛存在的問題。其根本原因在于當前的不動產展示技術落后，難以展示復雜的權屬關系，如多層空間權屬、交錯空間權屬等。為提高不動產的展示效果，杜絕不動產權屬爭議事件的發生，越來越多的研究人員傾向于使用虛擬現實技術進行不動產的三維展示。邵開宇[3]設計并實現了基于VR-Platform平臺的三維虛擬樓盤展示系統，有效地提高了樓盤的展示效果。李瑩[4]基于三維建模軟件MultiGen Creator和MultiGen Vega仿真平臺，建立了三維房地產小區景觀模型，并基于VC++6.0平臺開發實現了虛擬房地產展示系統，實現了漫游和交互的功能。常洋等[5]和金國煜[6]基于虛擬現實技術實現了虛擬房地產展示系統，提升了房產的展示效果，改善了傳統的房地產銷售模式。

總體看來，現有的基于虛擬現實的不動產展示系統主要用于三維可視化，而不注重人機交互功能，如屬性查詢、不動產空間查詢、室內漫游、音視頻文件播放等，這在很大程度上限制了虛擬現實技術在不動產領域的應用。因此，進一步提升虛擬展示效果、增強人機交互功能成為了當前不動產領域研究的熱點問題之一。

1 不動產與虛擬現實

1.1 不動產的定義 不動產是指依自然性質或法律規定不可移動的財產，如土地、房屋、探礦權、采礦權等土地定著物、與土地尚未脫離的土地生成物、因自然或者人力添附于土地并且不能分離的其他物[7]。隨著社會經濟的不斷發展，不動產的類型越來越多元，結構越來越錯綜、權屬越來越復雜，這就對不動產的展示手段提出了更高的要求。很多特殊類型的不動產，如過街天橋、橫跨隧道的建筑、地下多層空間建筑、礦產等，采用傳統的平面方式難以明確表達不動產的權屬關系，容易引起權屬糾紛。圖1所示的為兩種具有代表性的復雜權屬的不動產類型?；谔摂M現實技術的不動產展示方案能夠為新形勢下的不動產登記與展示提供技術支持，也可為解決產權糾紛事件提供證據。

1.2 虛擬現實特征 虛擬現實（Virtual Realty，簡稱VR）技術，又稱“靈境技術”“虛擬環境”“賽博空間”等[8]，具有3個特征：沉浸性、交互性和想象性。其中，沉浸性是指用戶“進入”到計算機產生的虛擬空間中，所聽、所視、所感、所嗅均如同真實世界一般，從而產生身臨其境的感覺；交互性是指在產生沉浸性的基礎之上，用戶可以主動地對虛擬空間中的人或物進行操作，如敲門時可以聽到真實的敲門聲、感受到門對手產生的反作用力，推動桌子可以感受到地面產生的摩擦阻力，烹飪時可以嗅到特殊的飯菜香味等；想象性，又稱構想性，實際上是在沉浸性和交互性的基礎上，對未發生的情況自然而然地產生設想的情況，是系統良好的沉浸性和交互性的體現。

2 開發工具選取與技術路線

三維模型是VR系統的基礎，是材質、貼圖與腳本的載體[9]。3ds Max是Autodesk公司開發的基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件，是三維建模、動畫及影視特效制作軟件中的佼佼者，被廣泛應用于城市建模、地理信息系統、地質建模、景觀三維可視化、影視特效制作等領域。Unity3d是一種新興的VR引擎，它能夠實現一次開發、跨平臺發布的效果，其內置的API函數與Microsoft公司的通用開發工具Visual Studio可有效結合，并能夠高效地開發出虛擬旅游、地學可視化、不動產展示等系統[10]。與其他的虛擬現實引擎相比，Unity3d具有很多優勢，包括：支持中文、腳本兼容多種語言、GUI類庫資源豐富、產品支持多種平臺運行、價格低廉等。

本文采用3ds Max 2010構建三維不動產模型，其中的紋理貼圖采用PhotoShop CS4軟件制作，虛擬現實引擎采用Unity3d 4.3。首先在3ds Max 2010利用不動產測繪數據對不動產進行三維建模，并進行模型優化、材質賦予、紋理貼圖、烘焙等操作，然后將模型導出成Unity3d兼容的格式（.FBX），并將其導入Unity3d 4.3引擎中，通過編寫腳本實現所需的人機交互功能，最后將作品發布成通用的格式（.exe，iOS，Android，網頁等形式）。Unity3d引擎支持的腳本語言包括三種：C#，JavaScript以及Boo，各自的特點如表1所示。綜合考慮，本文選擇C#語言作為腳本語言進行功能程序編寫。

3 基于Unity3d的不動產展示技術

3.1 三維精細建模 建立不動產虛擬展示系統，首先需要建立不動產的三維立體模型。根據地形圖、施工圖、遙感影像和實拍照片等數據，構建示范區的室內外三維精細模型。三維精細建模流程如圖2所示。

為保證系統的流暢運行，同時兼顧不動產三維可視化效果，在不動產三維實體建模過程中，應遵循以下原則：（1）模型的外形、紋理與實際不動產要素相近，要素細部（如：屋頂結構，建筑轉折面，建筑與地面交界的鋪地、臺階、柱子、出入口等）以及要素的附屬元素（門廳、大門、圍墻、花壇等）需以模型表達；（2）模型應與實拍照片基本一致，并豐富其外觀細節；應避免較大的墻面共同使用同一張貼圖，從而損失模型的立體效果；需注意接地處理，例如玻璃不可直接立在地上；必要的臺階、欄桿、植被等必須以模型體現；不動產的體量應與實拍照片一致；（3）面數限制：綜合考慮三維模型的逼真度以及后期在虛擬現實引擎中使用三維模型可能遇到的渲染效率的問題，每個不動產模型的面數控制在1 000～2 000；（4）對于結構≥0.3m的不動產要素，需要用模型表現出其結構，否則可用貼圖表現其結構；（5）考慮到VR引擎的渲染效率，一律不采用實時光影技術來表達光照效果，使用光照貼圖替代。

3.2 虛擬漫游 虛擬漫游是所有虛擬現實系統必備的基礎功能之一，是實現人機交互的前提條件。它是計算機在多維信息空間上創建的一個虛擬信息環境，能使用戶如臨真景，同時具有與該環境進行交互的能力，可以借助于鼠標、鍵盤等外部設備在虛擬場景中自由“行走”。在實現虛擬漫游功能時，需解決碰撞檢測、LOD以及三維圖形實時生成等技術問題。

（1）碰撞檢測在VR系統中至關重要，它要求VR系統中的漫游效果高度接近人物在真實世界中的漫游情形：人物無法穿墻而過、可在場景中可平滑移動，遇到允許高度內的臺階等物體可以翻越，過高的物體則會組織人物前行；遇到坡度較小的斜坡可以行走，坡度過大的斜坡則會把人擋住；在各種前進方向被擋住的情況下都要盡可能地讓人物沿合理的方向滑動而不是被迫停下，從而高度逼近真實情況。由此可見，碰撞檢測效果的好壞將直接影響VR系統的沉浸性效果。因此，碰撞檢測技術一直是VR系統開發過程中的重點與難點。Unity3d平臺中，實現碰撞檢測的關鍵步驟如下：第1步，為需要產生碰撞的三維模型添加碰撞器，根據模型的形狀及類型的不同，碰撞器的種類包括：Box Collider，Mesh Collider，Capsule Collider等；第2步，為攝像機或攝像機的父物體添加剛體Rigid body屬性。

（2）LOD即Levels of Detail的簡稱，意為多細節層次。LOD技術指為每個物體建立多個不同精細程度的三維模型，系統運行過程中，根據物體模型與攝像機之間的位置關系，決定采用哪一個模型來表達物體，從而能在不影響畫面效果的前提下，提高三維場景的渲染效率、降低系統的硬件資源消耗。LOD技術是當前有限的計算機硬件資源與高質量的三維場景之間一個很好的平衡點。

（3）攝像機坐標、方向的改變，光照條件的改變等均會導致渲染內容的變化，進而觸發三維圖形更新事件，給計算機硬件造成了較大的負荷，也對三維圖形實時生成算法提出了更高的要求。因此，合理的三維圖形實時生成算法是VR系統流暢運行的重要保障。

3.3 空間查詢 不動產虛擬展示平臺中，空間查詢功能包括要素查詢和屬性查詢2個部分。要素查詢指系統根據用戶輸入的篩選條件，如權屬人信息、不動產類型等，自動選擇并顯示符合條件的不動產模型；屬性查詢指用戶點擊不動產模型，系統自動查詢并顯示該不動產的屬性信息，包括權屬信息、位置信息等。此處，難點在于三維空間中的鼠標拾取功能。與二維平面坐標系不同，三維空間中無法直接通過坐標匹配判斷鼠標拾取對象。本文進行三維空間中鼠標拾取判別的方法如圖3所示。

首先，作一條射線，使其經過攝像機位置和用戶點擊鼠標的屏幕點位置；然后，計算該射線與三維場景中模型產生的第一個交點坐標；最后，判斷該交點位于哪個物體模型之上，完成對象的拾取。

實現三維空間中鼠標拾取功能的核心代碼如下：

//生成射線

Ray ray=MainCamera.camera.ScreenPointToRay（Input.mousePosition）；

//計算射線與場景中模型的第一個交點

RaycastHit hit = new RaycastHit（）；

//若產生交點，判斷該交點位于哪個物體之上

if （Physics.Raycast（ray，out hit））

print（hit.name）；//輸出物體名稱

3.4 音視頻播放 音視頻播放是提升用戶在虛擬現實系統中“沉浸性”“交互性”與“想象性”的重要手段，分別從3個方面進行論述：（1）沉浸性。通過視頻、視頻向用戶展示真實場景，高度模擬真實世界，如鬧市區大屏幕、虛擬演播室等，可以使用戶產生身臨其境的感覺。（2）交互性。在虛擬場景中，用戶根據自己的需求去選擇、操作視頻，并伴隨實時的音頻信息，可以很好地增強系統的交互性。（3）想象性。將用戶在虛擬場景產生的構想以視頻的方式顯示出來，如規劃設計、路徑選擇等，可以讓用戶預覽構想方案的模擬效果，為決策提供服務。

以視頻播放為例，核心代碼如下：

//定義視頻文件

Public MovieTexture Mt；

//播放視頻

Mt.Play（）；

//暫停播放

Mt.Pause（）；

//停止播放

Mt.Stop（）；

3.5 系統實現效果展示 以某地區部分不動產測繪數據為例，采用3ds Max 2010構建不動產模型，并添加材質、貼圖，導入到Unity3d中按照本文所述方法進行功能設計與實現，系統運行效果如圖4～圖5所示。

4 結語

針對當前不動產展示系統存在的不足之處，本文基于3ds Max建模工具與Unity3d虛擬現實引擎，設計并實現了不動產虛擬展示系統，相比于傳統的不動產展示技術，其具有逼真度高、人機交互能力強等優點，并可以描述復雜的不動產權屬關系。

參考文獻

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[9]邱銀國，徐小芳，孫久運，等.基于Virtools的虛擬環境中視頻應用技術研究[J].計算機與現代化，2011，10：54-56.

[10]歐陽攀，李強，盧秀慧.基于Unity3D的虛擬校園開發研究與實現[J].現代電子技術，2013，36（4）：19-22，28.

（責編：張宏民）