基于Unity3D的教室三維查詢研究

汪俊峰　王星東　姚婷婷

摘 要：本系統以河南工業大學的3號和4號教學樓為模版，先對建筑物進行拍照，獲得紋理信息，并對建筑物進行測量，獲得相應的尺寸信息；然后以CAD的二維校園圖作為模型制作底圖，進而以3ds Max建模軟件建立三維模型，并進行紋理貼圖；最后將三維模型導入到Unity3D交互軟件實現教室分布的三維快速定位查詢及教室屬性信息的顯示。

關鍵詞：3ds Max；三維建模；Unity3D；教室查詢

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）04-0038-03

Research on Classroom Three-dimensional Query Based on Unity3D

WANG Junfeng WANG Xingdong YAO Tingting

（College of Information Science and Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： The system of Henan University of Technology， No. 3 and No. 4 teaching building for the template， the first to take pictures of the building， access to texture information， and the building measurements， access to the appropriate size information； then the CAD two-dimensional campus map as a model and then the three-dimensional model into the Unity 3D interactive software， texture mapping； finally， the 3D model is imported into Unity 3D interactive software to realize the 3D quick positioning query of classroom distribution and the display of classroom property information.

Keywords： 3ds Max；3D modeling；Unity 3D；classroom inquiry

1 研究背景

自從虛擬現實被提出后，在國內外得到了迅速發展。美國是研究虛擬現實技術最早的國家，美國航天局（NASA）模擬太空的真實環境為宇航員創建了虛擬太空空間，為宇航員提供訓練[1]。中國展示的第一個含有歷史文化韻味的虛擬漫游系統是IBM與故宮博物館聯合推出的“故宮VR《紫禁城 天子的宮殿》”[2]。清華大學的虛擬漫游系統滿足用戶了解校園的需求，三維模型能展示出校園環境，使用者可以漫游其中，并與虛擬對象進行交互，實現了對虛擬校園環境中對象的查詢和信息顯示[3]。上海交通大學基于360°全景技術實現了虛擬校園，提供漫游、景觀信息查詢和顯示功能[4]。

本系統是基于3ds Max的三維建模技術和Unity3D三維引擎開發技術構建的，可實現對河南工業大學蓮花街校區3號和4號教學樓教室的快速定位及屬性查詢。具體功能為：①用戶可通過第一人稱角色控制器在三維教學樓場景中漫游；②用戶可與系統交互，通過選擇教室編號對教室進行定位和展示，并顯示教室的基本屬性信息。

2 三維場景的構建

2.1 模型制作

教學樓模型利用3ds Max三維建模軟件制作而成，也是本系統開發的基礎。為了能更加逼真地還原教學樓，事先對教學樓建筑物信息進行實地拍攝和信息收集，主要包括教學樓外觀輪廓、內部結構、每層教學樓的平面圖、教學樓的紋理。用單反相機拍攝到的照片經過Photoshop軟件處理后可以作為三維建筑物模型的紋理貼圖，照片的質量將直接影響整個虛擬漫游環境的用戶體驗效果，所以需要注意拍攝時間、光照條件、拍攝位置、相機的傾斜角及拍攝的手段。

2.2 模型導入

不同軟件建立的模型導入到Unity3D中都要求一定的格式，3ds Max軟件建立的模型要以FBX文件格式才能導入。模型導入可能會造成模型貼圖的丟失，所以，將模型從3ds Max中導出時需要注意以下三個問題。

①嵌入的媒體。如果不選擇該項，3ds Max對模型的導出不包括貼圖資源，只有貼圖路徑的引用，不能真正地導出含有貼圖的模型，貼圖的資源路徑和名稱也不能是中文。

②單位設置。默認情況下，3ds Max軟件導出的模型再導入Unity3D中模型尺寸放大了100倍。因此，可以在Unity3D下Inspector面板中修改Scale Factor的值進行調整，還可以在3ds Max建模時設置基本單位為厘米。

③軸心設置。3ds Max導出的模型導入到Unity3D中總會出現軸向不符合要求的情況，因此，要對其進行一定的旋轉[5]。查閱相關資料發現，模型導入后軸向會自動偏轉，在Unity3D中y軸是朝上的，所以在導出時選擇軸轉向為z軸向上。

2.3 場景構建

2.3.1 地形創建。通過Unity3D提供的地形編輯器組件，可方便地模擬真實地形效果。首先，獲取地形資源包后導入Unity3D中，點擊視圖中的Terrain組件，創建出地形，然后調整教學樓模型的位置。之后，在地形編輯器中編輯樹木、花草貼圖。選擇地形組件屬性框中Paint Texture按鈕，給“白膜”繪制上草、花的貼圖，單擊Edit Textures按鈕選擇貼圖，利用畫筆在地形上繪制。

2.3.2 添加角色控制器及其碰撞實現。導入角色資源包，把第一人稱控制器組件拖入到網格層次面板中，調整角色的位置和視角，以便場景進入到角色的視野中。主要用到的組件有Transform、Rigidbody、Capsule Collider。在這些組件中，修改前進的速度、爬坡的高度等參數，使角色能在場景中漫游。另外，角色控制器組件默認情況下移動鼠標會旋轉視角，這在某種情況下會給我們的操作帶來很多困擾，所以要修改角色控制器下的Mouse Look腳本，實現檢測到鼠標按下時才旋轉視角，在Look Rotation（ ）方法中當按下鼠標左鍵時執行函數。

3 系統開發

3.1 界面和菜單設計

本系統的界面設計采用Unity3D的NGUI插件，首先下載NGUI插件后導入，導入成功后菜單欄會增加NGUI菜單。

3.1.1 界面設計。選擇NGUI菜單下面的Create，在場景中創建Sprite將其命名為main，再創建main子節點index，在子節點下創建Lable和Sprite，分別作為系統的標題和按鈕，標題上添加Tween組件，以動畫的效果顯示，界面設計如圖1所示。

在工程面板中創建Resource及子文件夾prefab，把設計好的主界面直接拖到prefab文件夾下生成預制體，使界面在運行時才被實例化，設計的界面預制體必須放在Resource文件下，在Inspector面板中，物體是由預制產生的。

3.1.2 查詢菜單設計。由于河南工業大學3號和4號教學樓的教室編號是四位數字，所以這里設置4個下拉列表提供用戶選擇，然后是查詢按鈕和詳細信息按鈕的設計。

3.2 查詢功能實現

該系統是通過設計下拉框選擇教室編號實現查詢。根據收集的教室編號信息，對下拉列表的值進行設置，由于3號和4號教學樓教室編號不同，不同的下拉列表的值會根據用戶選擇的值而顯示。由于設計了在未選中下拉列表的值時后面下拉列表的值不能選擇，動態添加列表內的值是通過把值存儲在集合中，在設計列表框時添加Box Collider，所以在鼠標選中當前列表值時會獲取當前選中的值。用戶在選擇樓層編號后會實現畫中畫的效果，在屏幕的右下角顯示該樓層的平面圖。

當選擇完教室的編號后，會對教室查詢的結果以一定的視角進行大概方位的定位顯示，并在平面圖上顯示出教室的位置，點擊圖標會進入到教室門口，圖2和圖3是教室編號為4120的定位效果圖。定位的實現是把教室的位置賦予第一人稱控制器，第一人稱控制器可在場景中漫游。

對教室進行定位的同時，點擊詳細信息按鈕，會彈出教室信息窗口，如圖4所示。信息顯示的實現是通過連接數據庫，在數據庫中創建教室信息屬性表，對表的行和列進行設計，把獲取的教室信息和行一一對應，存儲在數據庫的表中。

3.3 系統發布

Unity3D提供多種系統發布平臺，本系統采用的是PC版，直接運行.exe可執行文件即可運行該系統。操作步驟如下。

①在系統功能完成后選擇File菜單下的Building Setting選項，選擇創建好的兩個場景：第一個場景是首頁場景，序號為0；第二個是查詢的場景，序號為1。因為發布后系統是按索引值載入場景的，所以首頁場景要確定索引值為0，查詢場景確定索引值為1。如果場景的索引順序不對，可進行拖動調整。

②Unity提供Platform選項選擇目標平臺PC & Linux Standalone，以PC單機版的形式發布，選擇PC單機版平臺后會被高亮顯示。另外，對發布的單機版進行了設置，去除了在啟動系統時的Resolution Dialog（分辨率對話框）。選擇Player Settings，在打開的窗口中設置Display Resolution為Disabled。

③做好發布的準備后點擊Build按鈕，選擇發布的位置，Unity會在相應的文件夾下生成一個數據文件夾和一個.exe可執行的文件。點擊.exe文件，運行教室分布三維快速查詢系統，系統可以很好地運行，且操作界面良好。

4 結論

本系統通過使用Photoshop圖片處理軟件處理紋理貼圖，3ds Max三維建模軟件制作建筑物、地形、樹木等校園環境的三維模型，Unity3D三維引擎軟件對整個場景進行編輯和快速查詢功能開發，構建教室分布三維快速查詢系統，不但可以讓用戶在計算機上通過地面瀏覽進行漫游，還可以實現對教室位置的快速定位和屬性信息的查詢，使用戶在虛擬漫游系統中具有較強的真實感。

參考文獻：

[1]周超.基于Unity3D的虛擬校園設計[D].桂林：廣西師范大學，2014.

[2]朱惠娟.基于Unity3D的虛擬漫游系統[J].計算機系統應用，2012（10）：36-39，65.

[3]李俊軍.基于Unity3D的室內建筑三維建模與交互系統實現[D].徐州：中國礦業大學，2014.

[4]仲于姍.基于Unity的3D虛擬校園漫游系統的開發[D].昆明：云南大學，2015.

[5]戴茜.基于Unity3D的虛擬故園系統開發與實現[D].北京：北京林業大學，2014.