基于Unity3D的水污染控制工程多媒體課件開發

劉嘉夫　齊昕　李前杰　熊鷹　馬煥春

摘 要 虛擬技術在許多領域有著廣泛的應用。通過三維軟件實現建模和貼圖，基于Unity3D研究交互式三維多媒體課件開發中的關鍵技術及具體解決方法，開發出場景逼真、控制靈活、不受觀測角度的限制、隨時可以拆解模型的交互式三維多媒體課件系統。

關鍵詞 水處理；Unity3D；交互控制；多媒體

中圖分類號：TP391.9；G436 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）04-0098-03

1 引言

水污染控制工程課程是學習水處理工藝、水處理構筑物構造的一門重要的專業課程。水處理廠是一個非常復雜龐大的系統，傳統的教學方法是通過展示圖片、動畫來表現水處理構筑物的構造及運行狀態，傳統的二維平面設計不能清晰直觀地顯示水處理構筑物的構造及水流運動情況。自三維虛擬現實技術出現以來，通過利用三維虛擬現實開發各行業的仿真系統越來越多，但大多數集中在軍事、醫療、房地產和機械制造等行業[1-5]。由于水處理工程通常規模大，內部構造復雜，并且需要展示水與構筑物的相互關系，當前水污染控制工程課程教學中三維交互式課件非常稀有。

Unity3D是一個近幾年新興的多平臺的專業游戲引擎，可以實時處理大量的三維模型，其中尤其是創造高質量3D視覺效果，同時支持C#、Java script等多種腳本語言[3]。本文以Unity3D作為虛擬現實開發平臺，基于Unity3D開發流程設計并實現水污染控制工程多媒體課件系統開發所需要的漫游控制、貼圖渲染、交互控制和動態模擬等關鍵技術。

2 交互式三維多媒體課件開發

基于Unity3D的交互式三維多媒體課件開發流程包括場景三維模型建立、貼圖渲染、交互控制腳本編寫、模型動態模擬控制和軟件發布測試。

場景建模技術 對于場景建模有兩種方式，一種是利用Unity3D本身的功能建模，另一種是從外部導入模型。 Unity3D本身的建模功能較弱，主要是建立基本模型體以及碰撞體；通過外部專業建模軟件，建立的模型精度高，一般需要導出為fbx格式。需要特別注意的是，建模的單位轉換和豎直坐標的轉換，在外部建模軟件中一般以m作為建模單位，這樣導入Unity3D時可以不用做模型比例的調整，在導出fbx文件格式時需要把y軸作為向上軸。

貼圖渲染技術 模型制作完畢后，需要對模型進行貼圖處理，水處理構筑物一般為長方體形狀，因此在貼圖時采用四方體貼圖坐標即可滿足。多媒體課件能否形成逼真的視覺效果，取決于光照渲染效果的好壞，所謂“三分建模，七分渲染”，正是這個道理。在Unity3D采用漫反射材質，通過內置的Beast烘焙工具，Beast烘焙工具可以根據網格物體、材質貼圖和燈光屬性的設置來烘培場景，從而得到完美的光照貼圖。由于課件中的水處理構筑物需要實時剖切展示內部構造，因此在烘焙渲染時只對模型所處的空間進行Light Probe動態光探頭烘焙，Light Probe會記錄空間中的光照強度，可以讓動態物體在烘焙好的場景里面受到光的照射效果產生實時陰影，如圖1所示。

交互控制技術 交互控制技術是三維多媒體課件關鍵，建立靈活操控的攝像機觀察控制系統，需要用Java-Script、C#等腳本語言編寫控制代碼。通過鼠標按鍵操控可以使視角隨意改變，并且能深入到構筑物內部進行查看。實現思路：攝像機觀察控制系統功能的實現需增加一個JS腳本文件，并加載在攝像機物體上，通過代碼實現控制鼠標操縱反饋，具體實現過程如下。

3 結語

通過三維交互式多媒體課件可直觀地展現水處理構筑物的結構及控制過程，此手段彌補了在水污染控制工程課程教學中觀測角度不全面、內部構筑物難以觀察等不足，使抽象的概念得以具體的表達，能促進水污染控制工程課程教學方法的改進，提高學生學習興趣，提高教學水平。

參考文獻

[1]干建松.基于Unity3d的室內漫游仿真系統[J].淮陰師范學院學報：自然科學，2011（6）：515-518.

[2]閆海艇，高淑娟，洪玉玲.基于Unity的虛擬現實技術在井下仿真中的應用[J].煤礦安全，2013（8）：99-101.

[3]倪樂波，戚鵬，遇麗娜，等.Unity3d虛擬展示技術的研究與應用[J].數字技術與應用，2010（12）：54-55.

[4]陳洪，馬欽，朱德海.基于Unity 3d的交互式虛擬農業仿真平臺研究[J].農機化研究，2012（3）：184-186.

[5]李姝博.虛擬現實技術在職業教育中應用的理論研究[J].遼寧高職學報，2013（7）：13-15.