基于Unity3D 的樣板房虛擬現(xiàn)實(shí)漫游

米丹，王琴，王春潔

（四川大學(xué)錦城學(xué)院，成都611731）

0 引言

近年來(lái)，科技的飛速發(fā)展同時(shí)也使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷發(fā)展，其科技性、藝術(shù)性以及真實(shí)性引起了全球的關(guān)注，如今其應(yīng)用的范圍已經(jīng)極其廣泛。在房地產(chǎn)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是將其作用與優(yōu)勢(shì)發(fā)揮得淋漓盡致，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行樣板房的近似真實(shí)地漫游，使用戶切實(shí)地感受與體驗(yàn)，并且虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬天氣、晝夜等特殊環(huán)境與情景，使場(chǎng)景更加真實(shí)。

本項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)的有：

（1）第一人稱的漫游。在近乎真實(shí)的三維場(chǎng)景中，通過(guò)手柄控制進(jìn)行瞬移，達(dá)到前進(jìn)、轉(zhuǎn)身、后退等效果；同時(shí)頭戴式設(shè)備根據(jù)體驗(yàn)者轉(zhuǎn)身等，改變視角觀看內(nèi)容；

（2）人機(jī)交互設(shè)計(jì)。用戶在三維虛擬場(chǎng)景中通過(guò)瞬移進(jìn)行漫游，當(dāng)靠近交互對(duì)象，使用手柄扳機(jī)按下即可對(duì)物體進(jìn)行抓取查看；提供交互界面，通過(guò)手柄射線檢測(cè)顯示選中的logo，開(kāi)啟地板材質(zhì)切換功能，選擇材質(zhì)進(jìn)行切換；為場(chǎng)景添加粒子系統(tǒng)與晝夜系統(tǒng)，模擬現(xiàn)實(shí)世界的下雪場(chǎng)景，以及體驗(yàn)晝夜變化。

（3）高清渲染導(dǎo)出。使用Lumion3D 可視化工具，將3DS Max 中的模型打包導(dǎo)入其中，通過(guò)使用快如閃電的GPU 渲染技術(shù)，實(shí)時(shí)編輯3D 場(chǎng)景，并且最終使用內(nèi)置的視頻剪輯器創(chuàng)建視頻導(dǎo)出。

1 硬件與軟件工具介紹

（1）沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備HTC VIVE

HTC VIVE 是由HTC 與Valve 兩家公司聯(lián)合研發(fā)出的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，分為三個(gè)部分達(dá)到給用戶沉浸式的體驗(yàn)：1 個(gè)頭戴顯示器，2 個(gè)激光傳感定位器，2 個(gè)手柄控制器；其中頭戴顯示器通過(guò)左右眼觀看不同顯示屏蔽達(dá)到雙目3D 疊加后的視覺(jué)效果，采用OLED 液晶屏作為頭盔顯示器的屏幕，該屏幕雙眼合并的有效分辨率高達(dá)2100×1600 像素，其清晰的分辨率有效地降低了畫(huà)面的顆粒感，即使近視400 度左右的用戶在沒(méi)有佩戴眼鏡的情況下，也可以清楚地看到畫(huà)面中的細(xì)節(jié)；2 個(gè)手柄有多個(gè)功能按鈕，通過(guò)判斷是否按下的狀態(tài)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)豐富的交互功能；2 個(gè)定位系統(tǒng)采用的是Value 公司的Lighthouse 作為產(chǎn)品的特有定位系統(tǒng)控制器，Lighthouse 由兩個(gè)基站構(gòu)成，其主要原理是通過(guò)發(fā)射的激光和光敏傳感器之間的相互交互來(lái)確定物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和位置，從而得到六自由度信息[1]。

（2）Unity3D 開(kāi)發(fā)引擎

本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)是基于Unity3D 平臺(tái)完成的，Unity3D 是由Unity Technologies 開(kāi)發(fā)的一個(gè)讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型游戲開(kāi)發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎；其官方資源商店中的可用資源，包括插件以及粒子效果等都使開(kāi)發(fā)者能夠更好地對(duì)Unity3D 項(xiàng)目的制作進(jìn)行深刻的理解。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)漫游設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 三維虛擬場(chǎng)景搭建

前期根據(jù)實(shí)際情況，確立場(chǎng)景的面積大小，建筑風(fēng)格，交互功能設(shè)計(jì)想法以及視頻制作方法等，在收集相關(guān)樣板間資料以及學(xué)習(xí)制作模型后，創(chuàng)建島嶼以及透明落地窗式兩層小型建筑，豐富室內(nèi)家具以及擺件。建模常見(jiàn)軟件有多種，例如3DS Max、Maya 等，每個(gè)軟件有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，3DS Max 在建筑效果行業(yè)使用更加廣泛，操作流程相對(duì)熟練，所以在該項(xiàng)目中使用3DS Max 進(jìn)行建模。主要按照實(shí)際大小比例進(jìn)行模型創(chuàng)建，樣板間以簡(jiǎn)潔大方風(fēng)格呈現(xiàn)，材質(zhì)主要以淺色木材、弱反光金屬以及乳膠漆等清新材質(zhì)為主。導(dǎo)出fbx格式文件效果如圖1 所示。

圖1 樣板間整體框架

2.2 HTC VIVE與Unity3D結(jié)合

HTC VIVE 手柄和頭戴顯示器將數(shù)據(jù)傳遞回電腦，結(jié)合HTC VIVE 基站定位技術(shù)，使游戲中的場(chǎng)景和物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和現(xiàn)實(shí)世界保持一致[2]。下載SteamVR與VRTK 插件資源包，將資源導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D 中，在PC端上安裝Steam 平臺(tái)，連接配置軟硬件。HTC VIVE 中定位器將根據(jù)用戶設(shè)置的碰撞邊界，當(dāng)用戶在現(xiàn)實(shí)世界中太靠近時(shí)，對(duì)用戶進(jìn)行提示。最后，利用SteamVR與VRTK 提供的C#接口以及邏輯控制腳本即可實(shí)現(xiàn)部分基礎(chǔ)功能。

2.3 功能實(shí)現(xiàn)

用戶體驗(yàn)在三維虛擬場(chǎng)景中的移動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并且走進(jìn)對(duì)象進(jìn)行抓取查看。實(shí)現(xiàn)瞬移通過(guò)SteamVR 與VRTK 的集成：創(chuàng)建空物體命名為VRTK_SDKManager，用來(lái)管理任何進(jìn)行設(shè)置的VRTK_SDKSetup，VRTK_SDKManager 對(duì)象下創(chuàng)建兩個(gè)子物體命名為L(zhǎng)eftcontroller 和RightController，利用VRTK_Controller Events、VRTK_Pointer 以及VRTK_Straight Pointer Renderer 腳本對(duì)左右手柄進(jìn)行配置，最后空對(duì)象PlayArea通過(guò)VRTK_Basic_Teleport 實(shí)現(xiàn)瞬移區(qū)域的設(shè)置。

對(duì)物體的抓取在瞬移的功能基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，在Left-Controller 和RightController 對(duì)象上添加VRTK_Interact Grab、VRTK_Interact Touch 以 及VRTK_Interact Use，表示此控制器可以進(jìn)行抓取、觸碰、使用。

（1）場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)

該功能通過(guò)視線碰撞檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。用戶進(jìn)入碰撞范圍內(nèi)，并且當(dāng)視線看向凝視圖標(biāo)時(shí)，開(kāi)始加載進(jìn)度條，若成功將進(jìn)行場(chǎng)景的切換。代碼思路流程圖如圖2所示。

圖2 凝視功能流程圖

（2）控制電視的播放，通過(guò)手柄發(fā)出射線，碰撞檢測(cè)電視屏幕上的“開(kāi)始播放”按鈕，進(jìn)行視頻播放，同樣可以進(jìn)行暫停以及繼續(xù)播放。利用C#腳本進(jìn)行控制，腳本中包含一系列的邏輯代碼以及調(diào)用操作。

借助Unity 的shader 中的Unlit/Texture，將ogv 格式的視頻綁定到此類shader 的材質(zhì)球上，通過(guò)腳本控制交互，再利用canvas 新建pannel 作為視頻的播放介質(zhì)，將綁定了目標(biāo)視頻的材質(zhì)球綁定到image 屬性里，并且為了控制交互，再為其添加button 組件，當(dāng)button按鈕被觸發(fā)時(shí)，綁定腳本中的自定義函數(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻的播放。

在自定義函數(shù)中，聲明了image 屬性的moviePanel視頻播放面板以及MovieTexture 格式的視頻，通過(guò)（MovieTexture）moviePanel.material.mianTexture 方 法，獲取材質(zhì)中綁定的目的視頻，存入變量，如果視頻正在播放，則將其暫停，如果處于暫停，則恢復(fù)播放。

（3）地板材質(zhì)切換，通過(guò)被選擇的按鈕進(jìn)行觸發(fā)，手柄發(fā)出的射線點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)材質(zhì)列表，用戶選擇材質(zhì)，地板將切換到相應(yīng)的材質(zhì)，腳本的控制和UI 界面同時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該功能的效果。腳本主要代碼如下：

//創(chuàng)建材質(zhì)容器列表，材質(zhì)按鈕原型

public FloorMatData[]MatdataList;//材質(zhì)數(shù)據(jù)

private bool isOpen=false;//材質(zhì)列表是否打開(kāi)

public Transform matUIContainer;//材質(zhì)列表容器

public GameObject matButtonPrefab;//材質(zhì)按鈕原型

//初始化函數(shù)：遍歷生成材質(zhì)列表容器中的材質(zhì)，保證八種材質(zhì)都被生成且不重復(fù)；

//設(shè)置logo 的動(dòng)態(tài)動(dòng)畫(huà)，使用戶能夠更容易看到，提升體驗(yàn)感。在設(shè)置按鈕的動(dòng)畫(huà)功能中，泳道了DOTween 插件，其中Append 方法使按鈕在調(diào)用一次后產(chǎn)生補(bǔ)充動(dòng)畫(huà)，參數(shù)t1，t2 的scale 不同，然后使用SetLoops（-1）進(jìn)行無(wú)線循環(huán)，這樣使得Append（t1）和Append（t2）不斷循環(huán)，按鈕大小交替，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)跳動(dòng)效果；

Sequence seq=DOTween.Sequence（）;

Tween t1=matListButton.transform.DOScale（Vector.one*1.2f,0.5f）;

Tween t2=matListButton.transform.DOScale（Vector.one,0.5f）;

seq.Append（t1）;

seq.Append（t2）;

seq.SetLoops（-1）;

//當(dāng)用戶點(diǎn)擊材質(zhì)列表中的材質(zhì)對(duì)地板進(jìn)行材質(zhì)切換時(shí)，如果用戶所選是列表中的材質(zhì)并且當(dāng)前地板不是該材質(zhì)，那么將該材質(zhì)通過(guò)獲取地板的Renderer 組件中的material 方法賦予地板；

private void onMatButtonClick（GameObject button）//材質(zhì)按鈕點(diǎn)擊處理函數(shù)

最后為logo 按鈕綁定Onclick 事件。

（4）晝夜系統(tǒng)

晝夜系統(tǒng)使用lens flare 組件調(diào)節(jié)太陽(yáng)光的顏色以及光暈，模擬現(xiàn)實(shí)世界太陽(yáng)光的變化。通過(guò)太陽(yáng)圍繞場(chǎng)景旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)行日落日出的實(shí)現(xiàn)。核心代碼如下：

（5）粒子系統(tǒng)表示三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中模擬一些特定的模糊現(xiàn)象的技術(shù)，在三維空間渲染出來(lái)二維圖像，由粒子發(fā)射器、動(dòng)畫(huà)器以及渲染器三個(gè)獨(dú)立部分構(gòu)成。在本項(xiàng)目中使用粒子系統(tǒng)模擬雪景，產(chǎn)生真實(shí)而又帶有隨機(jī)性的效果。

（6）動(dòng)畫(huà)視頻渲染導(dǎo)出

最后，利用一款Lumion 渲染軟件將Unity 中整體場(chǎng)景導(dǎo)入其中，Lumion 是ACT-3D 公司推出可視化三維軟件，可用來(lái)制作影視動(dòng)畫(huà)和建筑效果圖。通過(guò)導(dǎo)入主流3D 制作軟件所創(chuàng)建的模型和材質(zhì)后，結(jié)合軟件自帶的場(chǎng)景模塊，創(chuàng)建立體逼真的自然景觀。優(yōu)秀的圖像質(zhì)量，高效的運(yùn)算渲染速度，實(shí)時(shí)3D 場(chǎng)景編輯功能，短時(shí)間內(nèi)就能創(chuàng)造出驚人的可視化3D 景觀效果，Lumion 現(xiàn)已成為影視后期制作的一大利器[3]。

選擇渲染風(fēng)格以及放置小擺件等，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行豐富，保證后期制作的美觀性。利用Lumion 導(dǎo)出視頻。

3 結(jié)語(yǔ)

本次項(xiàng)目通過(guò)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)樣板間漫游的研究和實(shí)現(xiàn)，利用3DS Max 進(jìn)行建模場(chǎng)景搭建，并在Unity3D 中結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)樣板間的漫游以及一系列人機(jī)交互設(shè)計(jì)。構(gòu)建出的交互系統(tǒng)逼真，且在日后房地產(chǎn)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展中比較具有意義。在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)交互功能不夠完善和豐富，在今后的研究中將豐富交互邏輯以及數(shù)據(jù)庫(kù)連接實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)存取等內(nèi)容。

圖3 Lumion渲染效果