三维虚拟漫游系统的设计与实现.docx

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三维虚拟漫游系统的设计与实现

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褚欣凡朱长永

摘要：近年来，伴随着信息技术的迅速发展，数字化校园建设成为各大高校研究的重要课题，而虚拟校园作为校园信息化建设的重要组成部分意义重大。传统的校园信息化大多建立在二维地图及数字影像资料的基础上，难以满足校园在对外宣传、对内引导、校园规划、信息化管理等方面的需求。虚拟现实技术具有真实感强、可交互、多设备兼容等特点，现将其应用于虚拟校园的信息化建设，设计一种三维虚拟数字校园漫游系统，以弥补传统校园固有的不足，为校园宣传、规划、信息化管理等方面提供服务。

关键词：虚拟校园;消息化建设;三维数字模型;交互设计

0??引言

本文以南通理工学院为试点，研究虚拟现实技术与数字化校园的融合，将三维建模技术、三维可视化技术和虚拟现实技术相结合，让用户在虚拟的网络中产生一种身临其境的感觉，利用漫游功能和人机交互功能，使用户更加深刻地体会校园文化和校园环境，并通过三维可视化功能显示校园内的各种信息，方便学院的规划和发展。

1??相关技术介绍

虚拟现实技术（VirtualReality，VR）是借助计算机技术及传感装置所创建的一种崭新的模拟环境[1]。在虚拟数字校园建设过程中，主要是采用Maya并结合Unity3D软件进行开发。Maya是Alias公司生产的一款用于动画制作、影视后期制作及虚拟交互设计的优秀三维软件，其因强大的建模、渲染、后期等功能受到用户的肯定。Unity3D引擎是由UnityTechnologies公司开发的能够支持多平台发布的专业虚拟现实引擎[2]，各种游戏创意和三维互动开发可以通过此平台轻松完成，精彩丰富的游戏作品、逼真庞大的虚拟场景都是其产物。Unity3D具有良好的兼容性，通过使用c#脚本可以很好地完成与三维虚拟物体的交互。

2??主要开发流程

任何项目的开发都需要一个完整的流程，在本次南通理工学院虚拟校园漫游过程中，同样需要一个完整的流程进行项目的开发，具体开发流程如下：

2.1??建筑资料信息数据整理

在项目前期，主要搜集学校各个建筑的资料，并对建筑的形体进行测量，记录相关数据，使用CAD软件绘制建筑的四个视图，为后期的三维建模打下基础。

2.2??三维数字模型制作

经过前期的测绘以及数据资料的整理，使用三维软件Maya进行三维模型的制作。以南通理工学院体育馆为例，首先使用Maya中的多边形工具绘制基本的形体，并通过调整基础模型的点、线、面等命令绘制出体育馆的基础模型，在基础模型的技术上，进行细致的刻画，最终完成三维模型制作，如图1所示。

2.3??三维模型UV的拆分及贴图绘制

三维模型制作完成后，需对模型进行UV的拆分，三维建模中材质与贴图能够赋予模型图案纹理，使模型更加形象。要达到更好的效果，需对模型拆分UV、生成贴图[3]。UV主要是指物体表面的纹理坐标点，模型上的每个UV点直接依附于模型的每个顶点，可以理解为模型表面的纹理坐标信息，通过UV拆分技术，获得物体表面的纹理坐标，将绘制完成的UV重新贴到物体的表面，则可将物体本身的纹理信息呈现出来。UV在本次项目中用到的非常多，在Maya有四种基本的UV映射方式，它们分别是：平面映射（PlanarMapping）、圆柱体映射（CylindricalMapping）、球体映射（SphericalMapping）、自动方式映射（AutomaticMapping）。通过对不同的物体进行分析，从而选择不同的UV拆分方式。拆分完成后导出jpg图片格式，并使用Photoshop软件进行贴图的绘制，最终完成模型与贴图的匹配，使完成的模型不再是白色的，而是具备一定颜色及纹理的模型，如图2所示。

2.4??三维模型输出

将制作完成的三维数据模型，输出到Unity3D软件中，在输出过程中主要采用的是FBX模型格式，Unity3D本身并非建模软件，只能完成基本模型的创建，无法对模型进行细节的修改。FBX格式为三维软件通用格式，通过FBX输出可以将Maya的材质贴图及三维模型一起输出到Unity3D软件中，从而完成交互设计的前期工作。

2.5??Unity3D交互设计的实现

在Unity3D中，建立工程目录便于将制作所需要的资源进行分类归纳整理，从而保证场景更加规范，后期如果某个制作环节存在问题，开发者只需要在相应的目录中修改错误的部分，数据就会实时更新，从而提高了开发效率。

2.6??第一人称角色的实现

第一人称是以“我”作为主角进入场景中，用户即为“我”，在场景中第一人称视角更容易给用户产生带入感，能够带来更加直观刺激的感受。第一人称角色控制器的组件保存在Unity3D的标准资源包中，Unity3D标准资源包功能十分强大，可以模拟用户不同的视角。同时，标准资源包中的角色自身