基于Unity3D的虛擬校史館的研究與開發

高文銘

摘? 要：Unity3D作為一款專業的跨平臺游戲引擎，它使開發者只需做少量的工作就可以將作品發布到不同的平臺。它在游戲、虛擬現實、增強現實、模擬仿真等領域的出色表現，使它受到越來越多開發者的青睞。該文以基于Unity3D平臺的虛擬校史館開發為例，從項目前期策劃、三維模型制作、平面UI制作、Unity美工制作、Unity交互制作、作品發布6個方面，詳細闡述虛擬現實展館項目開發的過程和方法。

關鍵詞：虛擬現實技術? Unity3D軟件? 虛擬校史館? 開發

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）12（b）-0041-03

Abstract： Unity3D， as a professional cross platform game engine， allows developers to publish their works to different platforms with only a small amount of work. Its outstanding performance in games， virtual reality， augmented reality， simulation and other fields makes it more and more popular among developers. Taking the development of virtual school history museum based on Unity3D platform as an example， this paper elaborates the process and method of virtual reality Pavilion project development from six aspects： Project pre planning， 3D model making， plane UI production， unity art production， unity interactive production and work release.

Key Words： Virtual Reality Technology; Unity3D software; Virtual School History Museum; Development

虛擬現實技術是利用計算機生成的模擬環境，所以用虛擬現實技術生成的場景和人物都是虛擬的，虛擬現實技術最大的突破是全新的“渲染感”，它強調的是體驗者的“臨場感”。

虛擬現實系統中的虛擬環境，包括以下幾種形式：一是模擬真實世界中的環境。這種真實環境可以是已經存在的，也可以是已經設計好但還沒有建成的，或者是曾經存在但現在已經發生變化、消失或者受到破壞的。例如地理環境、建筑場館、文物古跡等。二是人類主觀構造的環境。此環境完全是虛構的，是用戶可以參與，并與之進行交互的非真實世界。例如影視制作中的科幻場景，電子游戲中三維虛擬世界。三是模仿真實世界中人類不可見的環境。這種環境是真實環境，是客觀存在的，但是受到人類視覺、聽覺器官的限制，不能感應到。例如分子的結構，空氣中的速度、溫度、壓力的分布等。

虛擬現實系統被廣泛應用，也是因為其有很多特有的優勢，以虛擬展館為例，一是它有高仿真度，通過真實資料采集，借助虛擬現實技術，構建三維模型，科學合理地規劃展館布局，使其符合實際，并且不受客觀條件限制;二是低成本性，借助電腦虛擬仿真建設，所有工作只需在電腦中完成，成本和周期更容易把握;三是操作簡單，高互動電腦游戲形式，更容易被掌握應用。采用主流的三維游戲操作方法，第一人稱視角觀看，適合各類人群。通過預先設計好的路線，操作提示等體驗者可以輕松地完成各種操作;四是便于調整，根據需求，使用軟件可以快速調整內容，對內容進行豐富。

1? 基于Unity3D的虛擬校史館的開發

虛擬展館項目開發可以分為項目前期策劃、三維模型制作、平面UI制作、Unity美工制作、Unity交互制作、作品發布6個環節。下面以長春職業技術學院虛擬校史館開發為例，詳細介紹下虛擬展館項目開發的過程和方法。具體如圖1所示。

1.1 項目前期策劃

通過實地考察、上網搜集、電話訪談等多種途徑，收集校史館資料，結合一般校史館主題專欄和自身特色主題，長春職業技術學院虛擬校史館設置了“職校整合宏圖初繪”“匠心育人春華秋實”“專業建設成效顯著”“技能名師率先垂范”“理實一體知行合一”“生生不息桃李天下”“鑄誠精藝以文化人”“國際視野廣泛交流”“筑夢前行續寫華章”9個主題展廳。在確定主題后，對收集的素材進行篩選、整理。與研發人員一起討論各展廳中的內容，分別編寫三維腳本、平面腳本和程序腳本。

在三維腳本中需要體現的內容有：根據主題，給出展館風格參考;給出展館中的文字、圖片內容及位置;給出展館中視頻的位置;給出展館中展品的樣子、尺寸及擺放的位置，明確寫出是否有交互、動畫;給出展館中場景還原的樣子、尺寸及擺放的位置，明確寫出是否有動畫，在每個展廳中，寫清具體的內容，包含圖文、視頻、展品、場景還原。這樣，三維人員就可以根據每個廳中圖文和視頻的內容確定展板的大小及位置，根據展板、展品和場景還原確定每個展廳的大小。在平面腳本中需要體現全部的文字和圖片內容;展館中的UI。在程序腳本中需要體現展館運行方式是VR/PC的;哪些內容可以進行交互、如何交互的等。

最后，由開發人員評估項目工作量，制定項目周期。

1.2 三維模型制作

使用三維軟件，制作模型。包括展館建筑模型、展臺、展板、展品等所有三維模型。以使用3ds Max軟件制作模型為例，在制作過程中要注意與Unity軟件的銜接問題及后面交互設計時的需要。一是注意單位問題，Unity中使用的單位是米。二是注意導出前的模型檢查與整理。所有模型各自中心點要居中;所有模型的縮放比例應為100%，存在有縮放的模型時，要為模型添加“重置變換”命令，并進行塌陷操作。三是注意控制模型的面數。在能滿足表現需求的情況下，能用低模表現的模型，盡量采用低模。為了提高低模的表現效果，可以使用烘焙技術，通過法線貼圖、凹凸貼圖等使低模表現出高模的細節;通過刪除模型中不可見的面、使用貼圖表現模型等方式優化模型，將模型面數控制在要求范圍內。

以長春職業技術學院虛擬校史館為例，三維模型創建主要包括展廳框架模型、展板模型、入口石碑模型等。

1.3 平面UI制作

平面UI制作包括展板貼圖制作、所有模型紋理貼圖制作、各種按鈕圖標、系統界面設計等所有涉及平面領域的圖形圖案及紋理制作。制作紋理貼圖使用較多的是Substance Painter軟件，它是一款專業的3D繪畫軟件，由粒子繪制和材質繪制兩大功能組成，它擁有真實的物理引擎和豐富的Sbsar格式材質包，能夠制作非常真實的紋理效果，可以制作包括法線貼圖、凹凸貼圖、高光貼圖、金屬貼圖、AO貼圖等各種紋理貼圖。另一款進行平面UI制作時使用最多的軟件就是Photoshop，使用Photoshop可以完成各種界面UI、展板、按鈕圖標等各種平面圖案設計與制作。兩款軟件配合使用基本可以達到項目平面UI制作要求。

以長春職業技術學院虛擬校史館為例，平面UI制作主要包括各種展板貼圖制作、材質紋理貼圖制作等。

1.4 Unity美工制作

模型制作完成后，由三維軟件導出，以資源的形式導入Unity后，首先要檢查所有模型的位置、大小、方向等，將場景及所有物品擺放好。注意，如果模型在三維軟件中已經編輯過材質并賦予過紋理貼圖，在導入模型前，要先將其紋理貼圖導入Unity，這樣導入模型后的紋理才能正常顯示。

Unity美工制作是指將所有資源導入Unity后，進行的材質編輯、布光和反射探針設置等。檢查所有模型的材質和紋理貼圖，逐一進行編輯和調整。在Unity中布光時，可以使用方向光，模擬自然光，照亮整個場景;使用聚光燈制作墻壁的射燈;使用區域光制作各種燈帶光、窗口射入光。在布光時注意與時段、環境色相符，注意光影關系。添加反射探針，當場景比較大時，可以分區域添加反射探針，因為添加反射探針計算量較大，對機器配置要求較高，所以建議在加反射探針前，注意保存文件。添加反射探針，生成照明，烘焙出正確的光影及反射效果，完成虛擬場景制作。

1.5 Unity交互制作

Unity交互制作包括第一人稱視角游覽、各種物品交互及場景跳轉等交互的制作。在制作第一人稱視角游覽前，先要為模型添加碰撞體。在Unity中常用的碰撞體類型有Box Collider、Sphere Collider、Capsule Collider、Mesh Collider4種，其中Box Collider形狀是立方體形的，用于包裹類似“立方體”的模型，比如盒子、箱子、門、房子等;Sphere Collider形狀是球形的，用于包裹類似“球形”的模型;Capsule Collider形狀是膠囊狀，用于包裹“膠囊形”的模型;Mesh Collider網格碰撞體，用于包裹復雜結構的模型。雖然Mesh Collider對復雜模型包裹效果最好，但由于其面數多，占用資源多，所以，在能滿足需求情況下要減少使用量。設置完碰撞體后就可以導入Unity官方資源包中的角色資源包，將第一人稱角色控制器FPSController放入場景中，禁用新建場景時默認的攝像機，測試游覽效果。

物品交互需要編寫腳本實現，Unity早期版本與MonoDevelop捆綁發行，支持C#、JavaScript、Boo這3種腳本語言，自Unity 2018.1開始不再捆綁也不再支持使用MonoDevelop進行開發，Unity腳本編寫需要使用Visual Studio軟件C#語言。在虛擬展館中的物品交互可以設置展板上的圖片放大、展品放大、播放視頻/動畫、翻書效果、將展品720度旋轉查看等，交互方式可以設置為鼠標單擊、鼠標雙擊、設置交互區域，當游覽者進入該區域時實現交互等。除此之外，還可以設置語音講解、場景跳轉等，為用戶提供身臨其境的真實體驗。

1.6 作品發布

作品發布前首先要進行發布設置，在發布設置對話框中添加發布的場景、選擇發布的平臺、進行玩家設置，發布作品。發布的作品會存放在設置的文件夾中，文件夾中除了.exe的應用程序文件外，還會有一些其他的數據文件或文件夾，在使用時，要一起使用，才能正常運行。

2? 結語

虛擬現實技術在教育、醫療、娛樂、軍事、旅游等眾多領域有著非常廣泛的應用前景，隨著虛擬現實硬件設備及軟件技術的不斷進步，它給人們帶來的全新體驗，也吸引著越來越多的專業技術人員，投入虛擬現實產品研發中，相信虛擬現實的應用會給生產、生活帶來更多的實用價值。

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