Unity3D虛擬現(xiàn)實場景分析與設(shè)計 

宋傳磊++侯世中++周芳++潘麗麗

[摘要]文章依據(jù)實際建筑物體結(jié)構(gòu)完成模型構(gòu)建，通過相機拍攝真實圖片實現(xiàn)模型紋理貼圖，導入Unity3D中進行二次開發(fā)，充分運用Unity3D自然環(huán)境模擬技術(shù)，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實漫游仿真，實驗驗證完成三維虛擬校園場景設(shè)計。文章分析了場景設(shè)計的模式和方法，闡述了實驗驗證過程，結(jié)合現(xiàn)實完成地形創(chuàng)建，以及自然環(huán)境和不同天空盒效果設(shè)置。

[關(guān)鍵詞]Unity3D；虛擬現(xiàn)實；場景

[DOI]1013939/jcnkizgsc201718084

1概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在當下?lián)碛蟹浅８叩臒岫龋琔nity3D作為當今熱門的游戲引擎，可以模擬真實場景漫游和實現(xiàn)友好的交互。場景設(shè)計貫穿整個虛擬現(xiàn)實的各個環(huán)節(jié)，只有場景設(shè)計得真實完美，該虛擬現(xiàn)實平臺才能成功。本文從一個具體虛擬現(xiàn)實項目課題出發(fā)，對場景的設(shè)計思路和方法做出了分析研討。

2研究內(nèi)容和方法

筆者從工作實際出發(fā)，對場景設(shè)計及Unity3D引擎的技術(shù)做出研究和設(shè)計實現(xiàn)，其中著重對三維虛擬現(xiàn)實場景設(shè)計做了較深入研究。

本文基于Unity3D平臺完成場景設(shè)計搭建，主要工作涉及以下幾個方面：場景地形的創(chuàng)建和編輯，模型的導入和設(shè)置，場景元素的整合，制作添加場景特效，場景音效和輸出設(shè)置。

調(diào)研現(xiàn)有的研究成果，分析其在場景設(shè)計中的使用方法和原理，進而針對項目課題涉及的問題進行重新思考和構(gòu)想。不斷學習相關(guān)課題前沿技術(shù)和理論，按計劃有步驟地解決課題研究中遇到的問題。堅持理論聯(lián)系實際，采集運用現(xiàn)實場景真實數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)資源，充分發(fā)揮團隊力量，共同商討分析研究得出全面準確的理論和方法。

3場景分析設(shè)計

本文就青島理工大學琴島學院為實驗研究對象，對該校園的虛擬現(xiàn)實場景進行了分析設(shè)計。一個完整的校園場景應(yīng)當包含地形、河流湖泊、花草樹木、小品對象和場景建筑五大部分，針對不同部分獨立制作，后期將不同的模型元素進行整合，其中花草樹木、小品對象以及建筑模型需要在Maya中完成構(gòu)建，地形和河流湖泊利用Unity3D引擎編輯器來制作，最終再通過游戲引擎編輯器實現(xiàn)。

31場景模型制作

整個場景需要制作的模型元素共分為三大類型：建筑模型、小品模型和植物模型。

下文以校園中心樓為例闡述建筑模型設(shè)計方法。學院行政辦公中心和圖書館都集中在該建筑，樓前是噴泉廣場，是學院的標志性建筑，也是建筑設(shè)計創(chuàng)作的重點。該建筑分為5層，以中間天橋為界線，分為左、右兩個部分，基本結(jié)構(gòu)相同，只要做好一邊，另外一邊復制產(chǎn)生，窗戶結(jié)構(gòu)基本相同，這也為設(shè)計制作帶來便利，所以復制在此起到很大的作用。

采用多邊形建模方法實現(xiàn)模型制作，以基礎(chǔ)幾何體擠出、倒角等命令來構(gòu)造整個模型的結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)完成后，刪除窗戶對應(yīng)的面，再把制作好的窗戶盡量做到精確擺放，在旋轉(zhuǎn)復制時要控制好中心點。中心樓模型如圖1所示。

圖1中心樓模型

32地形的創(chuàng)建與編輯

場景地形在Unity3D引擎編輯器中創(chuàng)建。地形是場景搭建的基礎(chǔ)，所有場景元素最終都要在Unity3D中進行整合。創(chuàng)建地形之前首先需要在Photoshop中完成高度圖的繪制，其決定了場景地形的大致結(jié)構(gòu)，高度圖的導入極大地方便了后期地表的編輯和制作。

首先，通過Terrain菜單中的命令創(chuàng)建基本地表平面，使用Set Heightmap resolution命令設(shè)置地形的基本參數(shù)；其次，導入地形高度圖，使用Smooth Height工具對地形進行柔化處理；通過地形凹陷工具或者繪制高度工具制作凹陷地形結(jié)構(gòu)，作為湖泊。基本地形結(jié)構(gòu)制作完成后，在地形面板中導入基本地表貼圖；基本地表貼圖繪制完成后，使用地形面板中的植樹工具模型，添加導入Unity3D預(yù)置資源中的基本樹木模型；通過Create Other選項創(chuàng)建平行光，來模擬場景日光效果；最后通過RenderSettings選項，在Inspector面板中添加Skybox Material，為場景添加天空盒。地形創(chuàng)建與編輯效果如圖2所示。

33模型的導入與設(shè)置

整理Unity3D項目文件夾。在Assets資源文件夾下創(chuàng)建Object文件夾，用來存放模型、材質(zhì)和貼圖文件，在Object文件夾下創(chuàng)建Materials和Texture文件夾，分別用來存放模型的材質(zhì)球文件和貼圖文件。將在Maya中設(shè)計的模型文件導出為FBX格式，將FBX文件及貼圖文件復制到創(chuàng)建好的資源目錄中，啟動Unity3D引擎。選中項目面板中的模型資源，在Inspector面板中對模型的Shader進行設(shè)置，如果出現(xiàn)貼圖丟失，可以重新指定貼圖的路徑位置。

34場景元素的整合

將所有的模型元素全部導入Unity3D引擎的場景視圖，調(diào)整模型之間的位置關(guān)系，模型擺放完成后還要利用地形工具繪制模型周邊的地表貼圖，保證模型和地表的完美銜接。以中心樓為中心，在其周圍環(huán)繞分布放置校園主題建筑，對于路燈、垃圾桶、宣傳牌等小品模型對象，在進行移動、旋轉(zhuǎn)等操作的時要注意操作的精度，確保模型交疊銜接處不會出現(xiàn)穿插現(xiàn)象。場景整合布置如圖3所示。

35場景音效設(shè)置

本虛擬現(xiàn)實具有語音播報功能，當角色到達相應(yīng)景觀地點，將自動播報相關(guān)語音。首先在項目文件夾Assets中創(chuàng)建Sound文件夾，將音頻文件復制進去，然后在Unity3D引擎中調(diào)用相關(guān)音頻文件。音頻文件以場景對象為載體，通過添加Audio Source控制器來完成音效的添加。如進入校園門口音效，選擇升降桿，通過Component組件菜單下的Audio選項添加Audio Source控制器，在Audio Clip中添加學院簡介的音效文件，勾選Play On Awake和Loop選項，當角色與升降桿碰撞后就發(fā)出學院簡介音效。

4結(jié)論

本文簡要闡述了Unity3D在虛擬現(xiàn)實場景設(shè)計中的設(shè)計方法和過程，討論了將Maya創(chuàng)建的模型導入Unity3D場景中的方法，以及場景地形的創(chuàng)建與編輯、場景元素的整合、場景音效的設(shè)置等。Unity3D功能強大，操作簡單應(yīng)用方便，仿真效果好。通過人機交互界面來控制角色在場景中漫游，真正實現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實的結(jié)合。

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[基金項目]山東省高等學校科技技術(shù)項目（項目編號：J15LN79）。

[作者簡介]宋傳磊（1979—），男，漢族，山東蘭陵人，青島理工大學副教授。研究方向：軟件工程。