三維數字校園展示的交互性研究與實現

劉穎

摘 要：在構建三維數字校園中，三維模型與場景環境的制作是為了在虛擬世界還原校園實景，而交互性設計就是為了給觀看者提供體驗內容的方式，在虛擬環境中場景對交互行為做出時實響應，使用戶能感受到自身操作帶來的變化，產生對相應現實世界的體驗，從而達到更好展示效果。通過實際制作過程總結出三維數字校園漫游交互設計的三個注意點，分別是交互內容設計，交互操作界面設計以及交互方式設計，并立足這三點逐一展開分析。

關鍵詞：三維數字校園；交互性；交互方式

1.交互內容

在交互內容設計方面，首先要實現的是漫游操作功能，必須實現觀看者主觀的操空游覽，通過選擇行走視角和全局俯視視角兩種方式，控制漫游路徑時實展現校園建筑風景，并放大縮小以及快捷切換多個視圖場景，便于選擇操作，同時要注意碰狀檢測問題，交互中因為場景的復雜性和時實性對碰狀檢測提出很高的要求，要提前考慮設置好哪些物體是可穿透哪些是不可穿透的，避免穿墻而過或進入地下的情況發生，但比如樹的設置，主干碰撞時就是不可穿透，但樹葉群又是可穿透的，種種設置便于形成更好的環境融入感。在交互漫游時才能更好的模擬真實環境體驗感。其次是導航功能，三維場景的漫游容易迷失方向，而配合上二維導航地圖，觀看者可以準確的掌握所處的地理位置，實現準確的導航功能，同時，觀看者可以單擊導航地圖上的任意一點，快速切換到該場景區域實現行走視角漫游，便于快速準確操作。而最后是查詢功能，當觀看者需要了解校園具體信息時，可點擊該建筑彈出提示框查詢相關的功能信息，并且可同時實現連接網頁、數據庫和加載視頻等功能。便于多樣化需求的實現。

2.交互操作界面設計

交互操作界面是觀看者體驗交互時運用的方式，其設計必須結合虛擬漫游操作內容展開，在不影響三維虛擬畫面效果的同時，給觀看者最好的需求實現指導。因此在設計時首先要注意的就是布局簡潔易用性，功能命令整理分組排列，第一層級中顯示命令不宜過多，同一功能的元素放在邊緣統一位置，不遮擋畫面同時減少鼠標移動的距離。其次導航設計時應情晰明確，簡單易懂，在主功能命令確定后，要注意細節功能布局的層次邏輯合理性，視覺分布條理性，以及規范統一性，減少操作者的理解思考時間，快速找到自己想要的內容，主要注意力放在校園漫游中。最后保證色調以及風格的統一和匹配，用色不宜過多過亮，界面風格也應該與整體虛擬場景想符合，太過于跳躍和繁雜的美術設計會賓奪主，搶奪觀看者注意力，導致虛擬校園融入感體驗的破壞。

3.交互方式

交互方式方面可分為線上和線下兩種。線上可通過校官網進入虛擬校園展示頁面，觀看者可通過鼠標和鍵盤操作控制行動方向路線，以及查詢建筑功能信息等。而線下可通過交互硬件設備來增強交互體驗感受和方式，通常使用的設備有環幕、穹幕、觸控屏、Kinect體感控制等。

立體環幕投影技術是將影像信號輸出到分轉設備后，連接到兩臺垂直疊加的投影機同時投射一幅影像。一臺投右眼影像，一臺投左眼影像，再采用不同的極化方向，通過被動立體眼鏡左右眼的圓周偏振極化鏡片實現立體投影效果。該立體投影方式是目前效果最好的立體投影技術，投影的光通效率很高達50%左右。同時因沒有左右眼影像的來回切換，因此不存在主動立體投影中讓人眩暈的問題，適合長時間觀看，立體眼鏡的價格便宜，重量較輕，長時間戴也不會有疲勞的感覺。因不需要與紅外發射裝置同步，因此使用者可隨意走動，靈活性很高。

穹幕影幕是構建一個能夠完全覆蓋觀眾視角的球幕影幕，使用計算機圖形圖像技術更真實、更直觀地展示星空。同時也能通過數字制作手段制作的球幕科普影片，來進行生物、地理、歷史、分子化學、物理等方面的科普科教，以及數字化娛樂節目的欣賞.

觸摸屏是個可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種連結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。硬件架構采用立式觸屏或平面觸屏桌。交互方式則采用多點觸控識別達到人機交互體驗操作。

Kinect技術簡介是一種3D體感攝影機，同時它導入了即時動態捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識、社群互動等功能。用戶可以借助于kinect體感設備，用自己的身體動作與虛擬環境進行直接交互。（自然用戶界面NUI）。

虛擬現實頭戴顯示器設備（VR眼鏡）是借助計算機及最新傳感器技術創造的一種嶄新的人機交互手段，分為外接式頭戴設備、一體式頭戴設備、移動端頭顯設備三種，其中外接式交互體驗更好，但行動不便，而移動端頭設備會有觀看后眩暈感受，不利于效果展示。

考慮到實際實施和用戶便捷度情況，一般使用線上連接漫游體驗以及線下觸摸屏或VR眼鏡配合使用更利于效果的呈現。

交互性問題可以說是虛擬校園展示的核心所在。隨著VR技術的日見成熟和普及，越來越多的高校開始使用該技術制作虛擬校園展示，便于更多的受眾了解學校，而交互性的設計是用戶操作和沉浸體驗的關鍵，把握好這一點為三維數字校園的展示提供更好的服務。

參考文獻：

[1] 李勛祥.虛擬現實技術與藝術[M] .武漢：武漢理工大學出版社，2007

[2] 魏勇.基于VRML的虛擬顯示技術的研究與實現.[期刊論文] .科技信息，2011