基于Unity 3D的校園全景漫游系統(tǒng)的實現(xiàn)

史悅 顧宇紅

摘要：虛擬現(xiàn)實技術是當今計算機科學研究的一個熱點，將虛擬現(xiàn)實技術引入“智慧校園”的研究，可以提升智慧校園的體驗，并為學校規(guī)劃和合理應用“智慧校園”提供一種新的支持手段。本項目構建的虛擬校園漫游系統(tǒng)，具有校園的三維立體展示功能，并通過交互式查詢和信息延伸展示、校園導航、校園信息管理等，提升了信息交互體驗，是學校信息資產(chǎn)三維可視化的一個重要實踐。

關鍵詞：全景漫游; 智慧校園; Unity 3d

0.引言

VR/AR技術是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)網(wǎng)之后的又一個信息產(chǎn)業(yè)領域的潮流，是在技術突破后的又一個新應用場景，VR/AR技術融合了計算機仿真技術、計算機3D圖形技術、顯示技術等多種新技術手段，在三維信息空間上創(chuàng)建一個虛擬信息環(huán)境，使用戶具有身臨其境的沉浸感受，虛擬現(xiàn)實（增強現(xiàn)實）技術在2019年獲得爆發(fā)式發(fā)展，特別是在當前疫情狀況下，很多傳統(tǒng)項目都移植到網(wǎng)上，各種VR/AR軟件工程師需求量暴漲1400%以上，而隨著5G技術的發(fā)展，阻礙虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展的網(wǎng)絡瓶頸得到突破，各種虛擬場景漫游項目找到現(xiàn)實應用場景，在此基礎上，開發(fā)校園全景漫游系統(tǒng)，就具有了現(xiàn)實意義。

Unity 3D是虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實（VR/AR）開發(fā)重要的一種開發(fā)引擎，它具有完善的技術和豐富的個性化功能，具有跨平臺的部署能力，能兼顧在PC端、蘋果端、網(wǎng)頁端、手機端和VR眼鏡等平臺進行項目發(fā)布和部署，從而降低了項目開發(fā)人員的要求，可以是一次開發(fā)多端使用。

Unity具有豐富的插件，例如地形插件Gaia可以快速完成高精度地形外貌制作，Playmaker插件可以提供無代碼開發(fā)等功能，通過成熟插件進行開發(fā)，能加快項目開發(fā)進度，提升項目開發(fā)質量。

本項目以校園全景漫游為研究對象，在完成部分DEMO案例項目的基礎上，實現(xiàn)了基于Unity的校園3D全境漫游，并獲江蘇省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目省級立項。

1.項目背景

學校已建立有比較完善的信息化校園網(wǎng)絡系統(tǒng)，并在此基礎上建設有智慧校園，期中為提升學校形象，方便對外宣傳學校的情況，提供有大量的校園內(nèi)教學樓、宿舍樓、食堂及實驗樓等場館的場地圖片，但由于是照片形式，閱覽者只能獲得片面的信息，沒有全局概念。如果能采用三維校園展示的形式，可以通過鍵盤和鼠標，在瀏覽器中展示全局的校園情況，以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學校主要道路、建筑物為虛擬空間，綜合運用地理信息建模、虛擬現(xiàn)實技術，以設計開發(fā)使用虛擬漫游系統(tǒng)為目的，從理論和技術上主要解決以下問題。

（1）規(guī)劃虛擬校園漫游系統(tǒng)的需求，通過場景分析，設計系統(tǒng)功能和界面，規(guī)劃路線，采集相關三維影像資料，整理相關的的場景數(shù)據(jù)和場景資料。

（2）作品的創(chuàng)新點，傳統(tǒng)的校園展示都是建立在二維平面圖像或視頻影像的基礎上，此類傳統(tǒng)表現(xiàn)形式，代入性差，全局性差，無法實現(xiàn)第一人稱的個性交互方式，而基于Unity 3D對校園場景進行三維全景采集，能進行三維立體、多方位、交互式展示。通過構建的數(shù)字校園利用虛擬現(xiàn)實技術將真實的校園場景通過數(shù)字化模型再現(xiàn)到計算機中，用戶對所構建的三維虛擬場景可以進行自由漫游，并隨場景和個人操作，提供個性化的信息推送和互動。

2.項目研究的目標及主要內(nèi)容

項目所要構建的虛擬校園漫游系統(tǒng)，主要是要構架一個基于3D效果的校園環(huán)境，通過建筑物、湖泊、河流、樹木等場景，在具有虛擬校園的三維展示功能的同時，還增加了校園導航、校園內(nèi)信息管理及展示（校內(nèi)建筑物功能介紹）等功能。三維數(shù)字校園具有友好的用戶操作界面，用戶操作方便快速，可以用鼠標或鍵盤實現(xiàn)三維校園虛擬場景的隨機漫游、按路徑和方向漫游等功能。通過三維數(shù)字校園可以比較直觀的了解校園的各個區(qū)域。

校園漫游可以根據(jù)用戶的選擇，自由規(guī)劃瀏覽路線，并推送相關道路和建筑的提示信息，用戶可以通過鍵盤和鼠標進一步查詢延伸資料，獲得更詳盡的圖片和文字信息，實現(xiàn)校園信息的3D全息展示。在這個三維的校園空間里，空間次序的視覺理解和感知變得非常容易，使瀏覽者對校園環(huán)境產(chǎn)生身臨其境的感覺。

校園的信息模塊，采用數(shù)據(jù)庫支持方式，通過數(shù)據(jù)庫存儲更新和存儲校內(nèi)信息，信息管理將校園內(nèi)的建筑、道路、數(shù)目的一些基本信息存放到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過鼠標點擊、鍵入等互動行為在相應的位置呼出這些信息。

虛擬校園漫游系統(tǒng)具備良好友善的用戶界面，用戶可以通過操作鼠標和鍵盤實現(xiàn)對整個場景的漫游。具體可分為兩個方面的漫游：一方面，用戶可以通過導航圖點擊想要到達的地點，切換到當?shù)氐淖詣酉鄼C視角，實現(xiàn)自動漫游。另一方面，用戶可以通過點擊屏幕下方的按鈕切換到當?shù)氐南鄼C視角，實現(xiàn)自由漫游。 本系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于它實現(xiàn)了對我校的三維立體多方位展示。

3.項目創(chuàng)新特色

虛擬校園漫游系統(tǒng)能展示校園風采，提升校園形象。項目不僅僅能現(xiàn)實校園建筑形狀、地理形態(tài)的展現(xiàn)，而是可以提供豐富的交互信息。第一人稱漫游是指用戶通過鼠標和鍵盤在虛擬校園中根據(jù)自己的興趣自由的行走觀看。校園漫游系統(tǒng)將校園內(nèi)的建筑功能信息等一些展示信息存放到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過鼠標點擊、鍵入等互動行為在相應的位置呼出這些信息，并且能獲得個人所特有的信息推送模式。

4.項目研究技術路線

以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院主要道路、建筑物為虛擬空間，綜合運用地理信息建模、虛擬現(xiàn)實技術，以設計開發(fā)使用的虛擬漫游系統(tǒng)為目的，從理論和技術上主要解決以下問題。

根據(jù)虛擬校園漫游系統(tǒng)的需要，進行需求分析，設計系統(tǒng)的結構和功能，采集相關的數(shù)據(jù)和資料。

通過Unity 3d動畫引擎引入資源，開發(fā)校園虛擬環(huán)境。

通過PlayMaker插件完成漫游設計和交互信息處理。

（1）場景的采集

采用google-camera的全景照功能，完成校園場景的采集，并通過Unity軟件導入成3D全景。

場景采集的精度要統(tǒng)一，綜合考慮系統(tǒng)容量和圖片清晰度間的平衡，盡可能采用2的冪次方。

（2）場景的路徑規(guī)劃

根據(jù)校園主干道路，結合校園的主體建筑，規(guī)劃線路，并進行位置坐標數(shù)字化，對相關坐標點建設資料集，整理和采集相關圖片、交互點、外延信息。

（3）場景的切換

通過預設場景，使用SceneManager.LoadScene（）函數(shù)實現(xiàn)切換。相關代碼：

using UnityEngine.SceneManagement;

public class right ： MonoBehaviour {

public string?QianScene ;

public string?HouScene ;

public string?LeftScene ;

public string?ZhongScene ;

public string?RightScene ;

public void OnQIANClick （） {

SceneManager.LoadScene（QianScene） ;

}

public void OnHouClick （） {

SceneManager.LoadScene（HouScene） ;

}

public void OnLeftClick （） {

SceneManager.LoadScene（LeftScene） ;

}

public void OnZhongClick （） {

SceneManager.LoadScene（ZhongScene） ;

}

public void OnRightClick （） {

SceneManager.LoadScene（RightScene） ;

} }

（4）SQLite數(shù)據(jù)庫與信息場景交互

在Unity項目中的信息管理，可以引入小型化的SQLite數(shù)據(jù)庫，從而對校園信息進行存儲和更新。通過在添加SQLite數(shù)據(jù)庫相關的三個Dll文件（Mono.Data.Sqlite.dll”、“sqlite3.dll”、“System.Data.dll），并且把三個文件都放置在Plugins文件夾下完成數(shù)據(jù)庫的部署，通過腳本調用SQL語音，對SQLite數(shù)據(jù)庫進行操作，完成對場景交互信息的記錄和更新操作。

結束語

本項目以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院信息技術學院為依托，通過項目踐行了實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)崗位需求有效銜接，提升學校計算機應用技術及相關專業(yè)人才培養(yǎng)水平，在貫徹執(zhí)行對學生培養(yǎng)圍繞 “433”成才工程建設要求，助力學生實現(xiàn)應用型人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)崗位需求有效銜接，提升計算機應用技術及相關專業(yè)人才培養(yǎng)水平，學校明確在政策上對雙創(chuàng)項目進行政策傾斜和支持，項目組中的學生也都是學習認真、動手能力較強的優(yōu)秀學生，項目組指導老師都是經(jīng)驗豐富的教師，并曾指導學生參加省技能大賽獲獎，項目順利實現(xiàn)完成推進，達成預期建設目標。

參考文獻

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作者簡介：

顧宇紅（1970-），蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院教師，本科，講師，專業(yè)方向是軟硬件信息系統(tǒng)部署，虛擬現(xiàn)實與動畫設計。2020年江蘇省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目指導老師。

史悅，蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院18計應33班學生，江蘇省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃2020年立項項目“基于Unity的校園3D全境漫游”主持人。