基于Unity 3D的校園全景漫游系統的實現

史悅 顧宇紅

摘要：虛擬現實技術是當今計算機科學研究的一個熱點，將虛擬現實技術引入“智慧校園”的研究，可以提升智慧校園的體驗，并為學校規劃和合理應用“智慧校園”提供一種新的支持手段。本項目構建的虛擬校園漫游系統，具有校園的三維立體展示功能，并通過交互式查詢和信息延伸展示、校園導航、校園信息管理等，提升了信息交互體驗，是學校信息資產三維可視化的一個重要實踐。

關鍵詞：全景漫游; 智慧校園; Unity 3d

0.引言

VR/AR技術是繼計算機、互聯網與移動互聯網之后的又一個信息產業領域的潮流，是在技術突破后的又一個新應用場景，VR/AR技術融合了計算機仿真技術、計算機3D圖形技術、顯示技術等多種新技術手段，在三維信息空間上創建一個虛擬信息環境，使用戶具有身臨其境的沉浸感受，虛擬現實（增強現實）技術在2019年獲得爆發式發展，特別是在當前疫情狀況下，很多傳統項目都移植到網上，各種VR/AR軟件工程師需求量暴漲1400%以上，而隨著5G技術的發展，阻礙虛擬現實技術發展的網絡瓶頸得到突破，各種虛擬場景漫游項目找到現實應用場景，在此基礎上，開發校園全景漫游系統，就具有了現實意義。

Unity 3D是虛擬現實和增強現實（VR/AR）開發重要的一種開發引擎，它具有完善的技術和豐富的個性化功能，具有跨平臺的部署能力，能兼顧在PC端、蘋果端、網頁端、手機端和VR眼鏡等平臺進行項目發布和部署，從而降低了項目開發人員的要求，可以是一次開發多端使用。

Unity具有豐富的插件，例如地形插件Gaia可以快速完成高精度地形外貌制作，Playmaker插件可以提供無代碼開發等功能，通過成熟插件進行開發，能加快項目開發進度，提升項目開發質量。

本項目以校園全景漫游為研究對象，在完成部分DEMO案例項目的基礎上，實現了基于Unity的校園3D全境漫游，并獲江蘇省大學生創新創業項目省級立項。

1.項目背景

學校已建立有比較完善的信息化校園網絡系統，并在此基礎上建設有智慧校園，期中為提升學校形象，方便對外宣傳學校的情況，提供有大量的校園內教學樓、宿舍樓、食堂及實驗樓等場館的場地圖片，但由于是照片形式，閱覽者只能獲得片面的信息，沒有全局概念。如果能采用三維校園展示的形式，可以通過鍵盤和鼠標，在瀏覽器中展示全局的校園情況，以蘇州經貿職業技術學校主要道路、建筑物為虛擬空間，綜合運用地理信息建模、虛擬現實技術，以設計開發使用虛擬漫游系統為目的，從理論和技術上主要解決以下問題。

（1）規劃虛擬校園漫游系統的需求，通過場景分析，設計系統功能和界面，規劃路線，采集相關三維影像資料，整理相關的的場景數據和場景資料。

（2）作品的創新點，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，此類傳統表現形式，代入性差，全局性差，無法實現第一人稱的個性交互方式，而基于Unity 3D對校園場景進行三維全景采集，能進行三維立體、多方位、交互式展示。通過構建的數字校園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，并隨場景和個人操作，提供個性化的信息推送和互動。

2.項目研究的目標及主要內容

項目所要構建的虛擬校園漫游系統，主要是要構架一個基于3D效果的校園環境，通過建筑物、湖泊、河流、樹木等場景，在具有虛擬校園的三維展示功能的同時，還增加了校園導航、校園內信息管理及展示（校內建筑物功能介紹）等功能。三維數字校園具有友好的用戶操作界面，用戶操作方便快速，可以用鼠標或鍵盤實現三維校園虛擬場景的隨機漫游、按路徑和方向漫游等功能。通過三維數字校園可以比較直觀的了解校園的各個區域。

校園漫游可以根據用戶的選擇，自由規劃瀏覽路線，并推送相關道路和建筑的提示信息，用戶可以通過鍵盤和鼠標進一步查詢延伸資料，獲得更詳盡的圖片和文字信息，實現校園信息的3D全息展示。在這個三維的校園空間里，空間次序的視覺理解和感知變得非常容易，使瀏覽者對校園環境產生身臨其境的感覺。

校園的信息模塊，采用數據庫支持方式，通過數據庫存儲更新和存儲校內信息，信息管理將校園內的建筑、道路、數目的一些基本信息存放到數據庫中，用戶可以通過鼠標點擊、鍵入等互動行為在相應的位置呼出這些信息。

虛擬校園漫游系統具備良好友善的用戶界面，用戶可以通過操作鼠標和鍵盤實現對整個場景的漫游。具體可分為兩個方面的漫游：一方面，用戶可以通過導航圖點擊想要到達的地點，切換到當地的自動相機視角，實現自動漫游。另一方面，用戶可以通過點擊屏幕下方的按鈕切換到當地的相機視角，實現自由漫游。 本系統最大的優勢在于它實現了對我校的三維立體多方位展示。

3.項目創新特色

虛擬校園漫游系統能展示校園風采，提升校園形象。項目不僅僅能現實校園建筑形狀、地理形態的展現，而是可以提供豐富的交互信息。第一人稱漫游是指用戶通過鼠標和鍵盤在虛擬校園中根據自己的興趣自由的行走觀看。校園漫游系統將校園內的建筑功能信息等一些展示信息存放到數據庫中，用戶可以通過鼠標點擊、鍵入等互動行為在相應的位置呼出這些信息，并且能獲得個人所特有的信息推送模式。

4.項目研究技術路線

以蘇州經貿職業技術學院主要道路、建筑物為虛擬空間，綜合運用地理信息建模、虛擬現實技術，以設計開發使用的虛擬漫游系統為目的，從理論和技術上主要解決以下問題。

根據虛擬校園漫游系統的需要，進行需求分析，設計系統的結構和功能，采集相關的數據和資料。

通過Unity 3d動畫引擎引入資源，開發校園虛擬環境。

通過PlayMaker插件完成漫游設計和交互信息處理。

（1）場景的采集

采用google-camera的全景照功能，完成校園場景的采集，并通過Unity軟件導入成3D全景。

場景采集的精度要統一，綜合考慮系統容量和圖片清晰度間的平衡，盡可能采用2的冪次方。

（2）場景的路徑規劃

根據校園主干道路，結合校園的主體建筑，規劃線路，并進行位置坐標數字化，對相關坐標點建設資料集，整理和采集相關圖片、交互點、外延信息。

（3）場景的切換

通過預設場景，使用SceneManager.LoadScene（）函數實現切換。相關代碼：

using UnityEngine.SceneManagement;

public class right ： MonoBehaviour {

public string?QianScene ;

public string?HouScene ;

public string?LeftScene ;

public string?ZhongScene ;

public string?RightScene ;

public void OnQIANClick （） {

SceneManager.LoadScene（QianScene） ;

}

public void OnHouClick （） {

SceneManager.LoadScene（HouScene） ;

}

public void OnLeftClick （） {

SceneManager.LoadScene（LeftScene） ;

}

public void OnZhongClick （） {

SceneManager.LoadScene（ZhongScene） ;

}

public void OnRightClick （） {

SceneManager.LoadScene（RightScene） ;

} }

（4）SQLite數據庫與信息場景交互

在Unity項目中的信息管理，可以引入小型化的SQLite數據庫，從而對校園信息進行存儲和更新。通過在添加SQLite數據庫相關的三個Dll文件（Mono.Data.Sqlite.dll”、“sqlite3.dll”、“System.Data.dll），并且把三個文件都放置在Plugins文件夾下完成數據庫的部署，通過腳本調用SQL語音，對SQLite數據庫進行操作，完成對場景交互信息的記錄和更新操作。

結束語

本項目以蘇州經貿職業技術學院信息技術學院為依托，通過項目踐行了實現應用型人才培養和產業崗位需求有效銜接，提升學校計算機應用技術及相關專業人才培養水平，在貫徹執行對學生培養圍繞 “433”成才工程建設要求，助力學生實現應用型人才培養和產業崗位需求有效銜接，提升計算機應用技術及相關專業人才培養水平，學校明確在政策上對雙創項目進行政策傾斜和支持，項目組中的學生也都是學習認真、動手能力較強的優秀學生，項目組指導老師都是經驗豐富的教師，并曾指導學生參加省技能大賽獲獎，項目順利實現完成推進，達成預期建設目標。

參考文獻

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[3] 姬喆. 基于VR虛擬漫游技術的交互設計應用研究[J] 現代電子技術. 2019（15）

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[5] 劉顏東. 虛擬現實技術的現狀與發展[J] 中國設備工程. 2020（07）

[6] 劉霞 李曉華. 基于 Unity3D 的虛擬校園漫游系統[J] 科技視界. 2020（6）

作者簡介：

顧宇紅（1970-），蘇州經貿職業技術學院教師，本科，講師，專業方向是軟硬件信息系統部署，虛擬現實與動畫設計。2020年江蘇省大學生創新創業訓練項目指導老師。

史悅，蘇州經貿職業技術學院18計應33班學生，江蘇省大學生創新創業訓練計劃2020年立項項目“基于Unity的校園3D全境漫游”主持人。