基于Unity3D的虛擬校園漫游系統設計與開發

葛巖　吳帆　王澤華　孫艷

摘要：Unity3D是跨平臺的游戲開發引擎，其內置的API函數與Visual Studio開發工具結合能夠高效地開發視景仿真系統。基于3ds Max與Unity3D軟件，將三維技術與虛擬現實技術進行有機結合，以北華大學東校區為案例設計多用戶虛擬漫游系統，為所有無法親臨北華大學的用戶提供了解校園的機會，是高校教育信息化在數字時代的必然目標，對中國高校教育改革起到積極的推動作用。

關鍵詞：虛擬校園;Unity3D;漫游;3dsmax

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0167-01

1 虛擬校園漫游系統開發的意義

1.1 為學校的信息化建設提供平臺

虛擬校園漫游系統的研究為用戶提供了一個信息交流的平臺，讓來訪者足不出戶就可瀏覽虛擬校園中的景觀和建筑模型，體驗身臨其境的感受; 將我們真實生活中的校園環境映射到電腦中，以立體圖形、圖像和三維動畫的方式活靈活現地展現在人們的面前，此研究對于北華大學校園信息化具有十分重要的意義。

1.2 有利于提升校園的知名度，樹立學校形象

該系統的研發對本校的宣傳工作具有較大的作用性，比如學生、家長與校友通過電腦自主漫步于校園的各個角落，從而達到了宣傳學校形象的目的;既又可作為校園規劃的輔助工具，提高校園管理的現代化水平，還可以提高學校的知名度，為學校帶來可觀的社會效益[1]。

1.3 建設資源節約型和環境友好型校園的需要

三維虛擬校園漫游系統是資源節約型和環境友好型校園建設的需要，它的基本特征是數字化、可視化、智能化和網絡化，此漫游系統用于學校的宣傳工作，不用打印更多宣傳畫冊，即新穎又節約紙張，節約很多資源，為建設資源節約型和環境友好型校園奠定技術基礎。

2 基于Unity3D的虛擬校園漫游系統的開發流程

按照系統的開發時間周期，分為前期工作、系統實現與測試應用三個階段，具體如下：首先，通過對虛擬校園、場景漫游技術等相關研究文獻進行整理、分析、比較與歸納的基礎上，結合Unity3D技術的應用情況及其技術要點，析出虛擬校園漫游系統的模型分類、實現路徑和理論架構。考察Unity3D技術在游戲領域上應用的成功案例，研究其對虛擬校園漫游系統的借鑒意義。其次，對真實校園布局進行分析之后，對3DsMax和Unity3D技術組合開發虛擬校園的一般流程進行策劃與設計。虛擬校園環境的構建首先是模型的構建，包括地形、建筑物與校園小景和其他附屬物體等模型，構建3dsmax虛擬校園場景，將其導入到Unity3D軟件中進行交互設計，包括場景漫游、碰撞檢測與語音交互等功能。最后，將Unity3D虛擬校園漫游系統輸出到Windows、Android與IOS等系統平臺，在實踐中應用，并對使用過程進行觀察、訪談、評價，并修改系統原型和完善制作流程。

3 虛擬校園漫游系統的設計與制作

3.1 數據采集與整理

3.1.1 GoogleEarth軟件的應用

Google Earth作為虛擬地球儀軟件，能將衛星照片、航拍圖像和GIS布置在一個地球的三維模型上[2]，本漫游系統的制作是通過GoogleEarth軟件將道路和建筑物位置導出來，借助于GoogleEarth進行比例的采集。將搜索位置定位到北華大學東校區并截圖，將其導入到3dsmax中作為參考圖，以道路為參考，勾勒出校區整體分布圖。

3.1.2 設計圖紙與實地測量相結合

通過查找設計圖紙相關數據，記錄校園內各個教學樓、運動場與大學生活動中心等校內建筑的尺寸，此外，仍需用測量工具（米尺）測出周圍附屬物體，如宣傳欄等。貼圖紋理的采集，主要借助于照相機和手機，采集所需要的貼圖材質和紋理，應用3dsmax中的“貼圖縮放器”修改器將貼圖縮小，從而使其不失真。

3.2 虛擬漫游系統三維模型構建

將虛擬校園場景中的模型分為三類：地形模型、建筑物模型與校園小景模型。根據校園實貌構建虛擬道路，以道路為參照，將制作的樓群、校門、運動場、假山、花草樹木及其它對象放在相應的位置，考慮真實物體的構造特點選擇混合建模方法構建模型，分析并給出虛擬校園場景模型的建立及優化方案。

3.2.1 創建地形與樹木

Unity3D軟件內置強大的地形編輯器，能快速創建樹木、巖石與草等，具有細節貼圖繪制、整合的Lightmaps與自動填充優化等特點，故利用unity3d來創建地形。具體方法如下：點選Terrain||Create Terrain，通過操作Inspector面板，可建立不同的地形和花草樹木。樹木模型的建立是首先將素材導入到Assets文件夾中，然后拖拽到場景中，可在Inspector面板中對其進行參數的修改和編輯。

3.2.2 建筑物模型

本虛擬漫游系統的建筑物模型主要利用3dsmax來創建的，以逸夫教學樓為例，在建模初期，對逸夫教學樓多角度拍照，并查找設計圖紙的相關數據，為了保證3d模型與現實世界中的物體成比例，設置“厘米”作為系統單位。建筑物模型制作完成后，將其導出為*.fbx格式文件（unity3d可識別，可讀取的文件格式），并置于Project卷展欄的Assets文件夾下。

3.3 虛擬校園漫游系統交互設計

虛擬校園漫游系統交互設計能模擬現實世界的運動規律，為用戶提供良好的用戶體驗。為了提高虛擬校園的逼真程度，在己建好的校園模型基礎上，探究基于Unity3D的虛擬校園漫游系統交互能夠，最終能夠在Unity3D環境下隨意自如地漫游，實現身臨其境的效果。

4 結語

通過探討虛擬現實游戲引擎Unity3D在虛擬校園漫游系統中的具體應用，實現了在unity3d中，導人并讀取3dmax構建和貼圖的模型構建漫游場景，通過鍵盤和鼠標可以實現場景內自由行走，將其移植到多個平臺，為數字化校園建設搭建了很好的平臺，同時也為虛擬現實技術在這一領域的應用與實踐做了有意義的探索。目前該系統在人工智能、導航策略、自動巡路、群組動畫方面功能還不夠強，后面會繼續增加這方面功能，將其建成一個良好的虛擬校園漫游系統平臺。

參考文獻

[1] 張典華，陳一民.基于Unity3D的多平臺虛擬校園設計與實現[J].計算機技術與發展， 2014（2）：127-130.

[2] 薛亞婷.基于GoogleEarth及KML的數字校園設汁.實現方法[D].蘇州大學，2007.

Design and Development of Virtual Campus Roaming System Based on Unity3D

GE Yan，WU Fan，WANG Ze-hua，SUN Yan

（School of Computer Science and Technology， Beihua University， Jilin? Jilin? 132013）

Abstract：Unity3D is a cross-platform game development engine with built-in API functions combined with Visual Studio development tools to efficiently develop visual simulation systems. Based on 3ds Max and Unity3D software， the 3D technology and virtual reality technology are combined to design a multi-user virtual roaming system based on the case of the East Campus of Beihua University. It provides an opportunity for all users who cannot visit Beihua University to understand the campus. The inevitable goal of education informatization in the digital age has played a positive role in promoting the reform of Chinese college education.

Key words：virtual campus; Unity3D; roaming; 3dsmax