論Unreal Engine4引擎基礎上虛擬校園游覽的價值與意義

王紹壘 胡帥勇 李剛 熊越

摘 要：文章將新的Unreal Engine4引擎建設理念應用于虛擬校園游覽建設中，并在此基礎上對虛擬校園游覽的經濟、社會、技術和文化方面等進行了綜合分析，從而探討了虛擬校園游覽在新潛力下的價值與意義。

關鍵詞：虛擬技術；VR技術；校園游覽

[項目名稱：校園數字化展示與虛擬交互瀏覽平臺建設——以衡陽師范學院東校區為例，項目編號：C1710；項目名稱：湖南省傳統古鎮中田村VR+數字化展示。項目編號：校科字[2017]2號-16]

現階段對于虛擬校園游覽大部分停滯在世界上首個WebVR的語言VRML階段，VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虛擬現實建模語言，VRML的應用在科技發展的今天弊端越來越突顯，一方面交互功能的擴展為JAVA語言這使得運行速度減慢，并且要下載各種插件之后才能用；另一方面制作繁瑣畫質較差不能打包和編譯，估計沒有人能夠忍受VRML近乎幼稚的效果。想要虛擬校園更好地發展必須要一個能夠克服這些缺點的制作方式，而現階段Unreal Engine4引擎的出現為虛擬校園的繼續發展提供了新的潛力，那么在新潛力下的虛擬校園游覽的價值意義何在？

一、新理念下的虛擬校園游覽

虛擬校園游覽在技術方面為虛擬校園的發展提供新的理論依據。虛擬現實技術演變發展史大體上可以分為四個階段：有聲形動態的模擬是蘊涵虛擬現實思想的第一階段（1963年以前）；虛擬現實萌芽為第二階段（1963-1972年）；虛擬現實概念的產生和理論初步形成為第三階段（1973-1989年）；虛擬現實理論進一步的完善和應用為第四階段（1990-2004年）。到現在虛擬現實技術已經較為成熟，應用領域也繁多，技術發展越來越快速，制作方法也由繁入簡，由開始的VRML一直發展到現在的Unreal Engine4引擎等。

本虛擬校園游覽拋棄了舊的VRML虛擬校園游覽的理念轉而進入Unreal Engine4引擎虛擬校園游覽理念，Unreal Engine4引擎虛擬校園游覽模式是通過程序語言和數學建模生成可執行程序供虛擬游覽。該技術屬于虛擬化技術的一種，利用3D圖像引擎技術對現實世界的虛擬。利用C++程序語言基于Epic公司提供的Unreal Engine4引擎開源API重新封裝了一個3D圖像引擎并構建一個“世界”類，該類定義了初始觀測的起點邏輯和面向FBX模型的兼容性模式并且派生出了一系列子類，該系列子類能編寫基于場景的操作和數據處理。并且還搭建了一個測試專用的Debug Editor IDE（Integrated Development Environment，集成開發環境），并在IDE中重新封裝了可供美工人員建模的框架和可供非編程人員使用的可視化腳本“藍圖”。將該IDE遞交給美工人員，美工人員完成場景搭建后再由項目負責人對項目進行測試封裝成可運行程序，與傳統的由程序員搭建場景和產品測試的開發模式相比具有很強的靈活性和高效性。

重新封裝的3D圖像引擎利用了C++語言面向對象的特性大大增加了代碼的可重用性和運行的效率，相比用C語言搭建或重新封裝的圖像引擎擁有更加真實的圖形計算能力。

為解決跨平臺IO流映射問題，使得不同平臺之間游覽者能使用相應的控制器進行場景的互動，創建一個虛擬控制器，使得不同平臺的控制器電氣接口對于負責場景搭建和測試的策劃人員是透明的，策劃人員只需要在IDE中編寫簡單的腳本就能創建虛擬場景中的可互動操作。

為加強程序的運行效率和降低對計算機硬件配置的要求，應使用異步加載和高模拓撲低模技術。

高模拓撲低模是指通過將具有高細節、高面數的模型按照UV展開成二維平面，然后在其基礎上繪制貼圖，將貼圖烘焙出來，再按照高模的細節拓撲到低細節、低面數的模型中，以此將高模的計算用貼圖來替代。以本項目場景中所有模型總面數為例，場景中所有高細節、高面數模型超過到500000個面，每個面以單獨坐標形式將會產生1500000坐標信息。若將模型直接用于場景中，計算機將需要直接處理超過5000000個面和超過1500000坐標信息。若將高細節、高面數模型進行拆分、烘焙、拓撲等處理之后能將面數壓縮到8000-10000。數據的壓縮效率達到90%以上，可以大大增加計算機的運行效率。

異步資源加載指的是在程序加載場景資源的時候并沒有100%加載資源，而是將將要加載的資源排入資源注冊表的隊列中去。程序運行的時候將會優先加載入口對象即起點附近的場景資源，離入口對象近的對象將會優先排入資源注冊表的隊列中等待被加載，加載完成的對象將會被釋放等待下一次被加載，以此來實現增加內存的利用率。即使場景資源量非常大，需要分塊加載，但是通過這種技術就能實現場景資源的無縫加載并且能使場景運行幀數穩定在每秒25～30幀的區間內。該技術還能實現場景的沙盒化，使場景更加符合現實。

二、積極響應政策把握主動先機

教育部在一系列相關的文件中，多次涉及虛擬校園，虛擬校園游覽是對其的積極影響。

2016年8月26日，國家發改委印發《關于請組織申報“互聯網+”領域創新能力建設專項的通知》（以下簡稱《通知》）指出，我國要建設虛擬現實/增強現實技術及應用國家工程實驗室。針對我國虛擬現實/增強現實用戶體驗不佳等問題，建設虛擬現實/增強現實技術及應用創新平臺，支撐開展內容拍攝、數據建模、傳感器、觸覺反饋、新型顯示、圖像處理、環繞聲、（超）高清晰度高處理性能終端、虛擬現實/增強現實測試等技術的研發和工程化，實現對行業公共服務水平的提升。申報單位需具備虛擬現實/增強現實產品集成研發和產業化能力，并在體育直播、軍事、教育等領域取得應用。

這一系列的社會認可代表著虛擬現實技術應用在虛擬校園游覽中是一種必然的歷史趨勢。

三、拓寬虛擬現實道路把握經濟主流

虛擬校園游覽在經濟方面拓寬虛擬現實的產業發展。現如今虛擬現實領域猶如三國時期各種理念和產品層出不窮，每一種產品和理念的出現都會拓寬虛擬現實的道路，這條路是所有人一步一步摸索出來的，虛擬校園的出現也定會為虛擬現實的經濟增加一把助力。

由上面的KZero對虛擬現實市場的調查預測可得知2018預測消費虛擬現實的全球活躍用戶將會超過1.7億，虛擬現實的產業收入也會同比增加。因此學校也應把握主流趨勢發揮虛擬校園游覽的價值。

四、把握校園文化促進和諧發展

虛擬校園游覽在校園文化方面具有促進校園的和諧發展的優勢。虛擬校園游覽對校園文化建設的促進主要體現在校園精神方面的學校影響力和學校認可度兩個方面

（一）提升學校影響力

虛擬校園游覽作為一種展示工具，可作為一個標桿式的展示，而這種展示是一種學校實力的認證，也就是學校信息實力的認證，因此在同等或高等的學校當中這種虛擬現實的校園展示就是一種對校園文化的展示，在內部展現校園的布局風光等，往往校園中的布局和學院文字也是此學校的校園文化的側面反映。

（二）增加學校認可度

校園建筑和校園標志在虛擬校園中的出現和展示，使不了解本校園文化的各界社會人士都會有一種初步的認識，這也是側面對校園文化做了一種宣傳，增加了社會各界對校園的認可度。

由于筆者知識水平的局限性以及相關材料的不足還有一些內容未作探討，同時，許多觀點難免主觀、論述也不夠全面。因此，懇請各位專家批評指正。

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作者單位：

衡陽師范學院美術學院