虛擬校園漫游系統的設計與實現

張凱

摘要：虛擬現實技術是信息化數字校園建設的一項重要技術，本文圍繞淄博職業學院虛擬校園項目為研究對象，對虛擬現實技術中的動畫技術進行分析，結合MAYA 動畫軟件的的應用，進一步改進和完善三維動畫技術，運用untiy平臺整合虛擬現實技術、圖形圖像技術、三維動畫技術，構建虛擬校園的結構框架及功能模塊，實現虛擬校園交互式導航與網絡發布和運行。

關鍵詞：淄博職業學院；虛擬現實技術；三維動畫技術

一、本文研究的背景及目的意義

利用計算機三維技術和互聯網技術，對學校各種資源進行收集、整理、制作、組合、優化和傳播，完成校園資源的數字化和信息化，提高淄博職業學院校園信息化建設的水平。通過對校園三維景觀和教學環境的數字化和虛擬化，在網絡上真實的再現校園優美的場景，真實的反映淄博職業學院的人文氣息，豐富我校對外宣傳的手段，提高學校的知名度，讓來訪者足不出戶就可瀏覽校園風光和有關介紹信息，體驗身臨其境的感受。通過對學校資源的數字化和信息化，為學院以后的校園規劃、基建建設提供輔助，提高校園管理的現代化水平。

二、國內虛擬校園建設研究現狀

自從1998年，浙江大學建成國內第一套用于虛擬現實技術的CAVE系統之后。國內的985、211院校大多數已建成了虛擬校園系統，清華大學、北京理工大學、山東大學等高校的虛擬校園主要分兩種類型。一類是三維虛擬俯視地圖，如下圖1所示，采取3ds Max/Maya建模，斜45度渲染的三維地圖，并通過切片技術加載到展示系統中，極大的提高了地圖的加載速度；二類是三維虛擬漫游系統；采取3ds Max/Maya建模，360度展示地圖信息，猶如身臨其境。目前，山東地區70余所高職院校還沒有建設自己的虛擬校園系統。

三、虛擬校園系統的構建

1.設計思路

淄博職業學院虛擬校園的設計打破三維虛擬俯視地圖或三維虛擬漫游系統單一展示的功能，實現了三維虛擬俯視地圖和三維虛擬漫游系統結合，進行位置的跟蹤定位功能，用戶既可在三維虛擬俯視地圖瀏覽學院概貌，也可在三維虛擬漫游系統體驗學院真實的環境。

2.總體規劃

“虛擬校園”主要由界面設計、校園模型建模、信息數據輸入、系統交互四大模塊組成，它們主要通過漫游子系統、導航子系統、平臺操作子系統來實現：

（1）漫游系統。漫游系統依托學院真實環境中的所有室外建筑物的虛擬表現，重點介紹學院基本概況及教育教學，我們結合校園室內建筑及學院概況劃分虛擬教學院系展示、虛擬教學樓展示、虛擬學生公寓展示、虛擬校史館展示、虛擬校園交通展示等9個漫游的展示，采用Untiy三維互動仿真平臺。運用Untiy虛擬現實編輯器、Untiy 二次開發軟件包、Photoshop繪圖技術、Maya動畫技術完成漫游系統的開發。

（2）導航系統。導航功能主要包括組織機構、教學院系、教學樓、學生公寓、服務設施、校史館、校園交通、獲獎榮譽9個導航系統。

（3）校園平臺操作設置。控制鍵：鍵盤方向鍵及A、S、D、W鍵：控制前后左右行走；鍵盤QE鍵：控制高度；鼠標中間滑輪鍵：控制前后平移；按住鼠標左鍵移動鼠標：控制上下左右視角；鍵盤C鍵：顯示相機列表。

3.技術路線

（1）項目開發主要包括5個流程：數據采集—>Photoshop圖片處理—>CAD圖紙的處理—>3Ds Max建模—>漫游引擎的制作。實現的功能主要包括：機構設置、樓宇場館、校園服務、校園漫游、迎新服務、招生咨詢等欄目的定位與介紹。

（2）數據采集階段：是系統開發的基礎，包括建筑圖紙圖紙的獲取、建筑實景照片的拍攝、校園建筑信息的收集。

（3）建筑圖紙處理階段（應用軟件：CAD）：將得到的CAD圖紙進行整理，分層導出校園平面圖、建筑輪廓圖、校園道路圖、植被分布圖等。

（4）圖像圖像處理階段（應用軟件：Photoshop）：將拍照得到的建筑物圖片進行處理，制作模型的貼圖、紋理材質，以及進行地圖系統界面的設計。

（5）三維動畫階段（應用軟件：3Dmax、Maya）：運用整理后得到的CAD圖紙進行建模，包括地形模型、建筑模型、環境模型、裝飾物的建造。

（6）編程設計階段（應用軟件：Untiy3D）：系統制作的最后階段，主要是將建造的模型經過紋理貼圖后進行系統功能和界面的制作。

4.技術特點

本系統具有友好的可視化界面，用戶可以通過操作鼠標和鍵盤實現對整個校園場景的瀏覽或漫游。具體可分為兩個方面的進行瀏覽：一方面，用戶可以三維平面地圖中通過導航圖點擊想要到達的地點，實現三維平面自動漫游。另一方面，用戶可以通過點擊導航下三個校區的按鈕切換到校區的自由相機視角，實現三維虛擬實景地圖自由漫游。

本系統最大的優勢在于它實現了對我校的二維和三維立體結合多方位展示的功能，傳統的校園展示大都是以二維圖片、影視圖像為基礎的，這顯然已經不能滿足學校對外招生宣傳、校園展示等方面的要求，而本系統集二維平面地圖和三維場景于一體，可使用戶具有身臨其境的感覺。虛擬校園的漫游具有廣闊的應用領域。首先，它可以個更好的展示校園風采，可以為學校所用。再就是，掌握了這項技術可以開發房地產全景漫游、工業園全景漫游甚至城市漫游，潛在市場價值巨大。

5.功能特色

（1）本系統集三維平面地圖和三維漫游系統于一體，打破傳統地圖單一展示功能。傳統的校園展示都是建立在二維平面圖片以及視頻影像的基礎上的，這顯然已經不能適應新時代校園的展示。本系統集三維平面地圖和三維漫游系統于一體，是用戶能對校園場景有一個更為直觀、清晰的認識，用戶可以通過漫游瀏覽校園各個學區，能產生身臨其境的感覺，相比傳統那個的二維展示更加科學先進，用戶即可在三維平面地圖瀏覽學院概貌，也可在三維漫游系統中瀏覽學院真實的環境。

（2）豐富的應用接口功能。三維虛擬校園系統具有良好的開放性，該項目通過Unity可發布到Windows、Phone 8、BlackBerry 等9個不同的平臺，該系統可直接嵌入到學院的網站，可接觸摸屏，還可以接手機、平板電腦支持多平臺發布。

（3）優化領導管理。三維虛擬校園的直觀特性，可以優化領導管理，對于校園規劃、建設等能夠全局掌控。

6.項目創新點

對校園場景進行三維立體、多方位、交互式展示。傳統的校園展示都是建立在二維平面圖像或視頻影像的基礎上，這種表達方式性能單一、交互性差；而我們所構建的三維數字校園是利用虛擬現實技術將真實的校園場景通過數字化模型再現到計算機中，用戶對所構建的三維虛擬場景可以進行自由漫游，交互性強。

四、結束語

通過建設虛擬校園漫游系統，可以使用戶在計算機上利用瀏覽器實現交互式漫游，用戶通過空中俯視、底面瀏覽等方式實現對虛擬學校虛擬場景的交互式漫游，這種交互式漫游允許用戶隨意手動控制漫游或控制相機的位置和視角。使用戶在使用虛擬漫游系統所創造的虛擬學校環境中有很強的真實感，并可以對虛擬學校的環境中的相關建筑物進行訪問，查看，和移動等功能，并可以進入數學樓內部。該系統可以為學校樹立一個全方位的，直觀的形象，對學校知名度的提升和校園數字化管理向著現代化和技術性方向發展有顯著的推動作用，這些是學校智慧校園的一個重要組成部分。

參考文獻：

[1] 吳迪.虛擬校園漫游系統的研究與開發.天津大學，2007

[2] 黃瑩瑩、彭敏俊，許岷基于虛擬現實的數字校園漫游系統的設計與實現應用科技，2005