基于unity3d 的室內虛擬現實漫游

沈忠杰

桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004

虛擬現實技術是利用計算機模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，通過對真實環境的模擬讓使用者對未來項目的具體情況有了深入理解。目前在家居設計行業得到廣泛的應用和發展，當下平面圖結合效果圖的表現方法隨著時間的發展已經不能滿足業主高端的需求，業主更希望能有一個好的交互系統，能夠提供一個逼真的環境來展示未來房子裝修的效果。Unity3D軟件在這樣的環境下被應用是非常合適的，Unity3D 是一個全面整合的專業游戲引擎，Unity3D 結合3DMax 或者Maya軟件就能夠輕松的實現室內的虛擬現實漫游。

一、室內虛擬現實漫游關鍵技術

（一）虛擬現實系統開發流程

室內虛擬現實漫游系統的實現流程依次是項目分析、設計、開發、測試、修改等若干個步驟。項目制作流程主要分為三部分：（1）創建室內場景3D 模型（2）將模型導入到Unity3D 中進行材質和燈光調整（3）通過編寫C#腳本，實現用戶與虛擬環境間的互動。第一部分的主要工作是利用3DMAX 軟件進行模型創建，同時將模型的UV 拆開，盡可能的節省UV 空間。第二部分的主要工作是在Unity3D 中將模型導入進行材質調整以及燈光的調整。第三部分利用腳本將模型與Unity3D 鏈接起來，能夠完成用戶和系統之間的交互。虛擬現實系統的開發流程主要包含以下幾個方面：3DMAX 模型制作，UV 展開，模型貼圖繪制，導入模型，材質和燈光調整，編寫互動腳本，交互測試等幾個部分。

（二）關鍵技術要點

在室內虛擬現實漫游系統開發中3DAMX 模型制作要控制面的數量以及面的布線，在建模中不允許出現大于四邊面的面，UV 展開在繪制貼圖時貼圖最好用一整張。Unity3D中光照貼圖的計算利用進而采用PowerVR Ray Tracing 和Enlighten 的結合進行光照貼圖計算，兩者無縫的拼接起來，最終保證在畫面上面不會有任何的走樣效果。在Unity3D 中實現交互，利用C#進行腳本編寫，然后將腳本鏈接到相機上或者鏈接到角色上。

1.相機運動控制方法

用戶可以利用“W”、“S”、“A”、“DT”鍵控制相機在場景中向前、向后、向左、向右運動來實現相機的虛擬漫游，同時也可以鼠標的旋轉來控制攝影機的觀察角度。我們編寫相機控制腳本，然后將腳本鏈接到相應的攝影機，以下是相機運動的代碼片段。

2.碰撞檢測

在Unity3D 中，通常利用碰撞器來檢測對象間是否發生碰撞。Unity3D 中內建的碰撞器有多種類型，我們可以為物體添加碰撞器進行測試物體間的碰撞效果，我們在測試中要注意碰撞發生的條件及因素，在Unity3D 中能夠檢測碰撞發生的方式主要有兩種，一種是利用碰撞器，另一種是利用觸發器。完成物體碰撞實現的步驟如下：（1）為需要進行碰撞檢測的對象添加規則的長方體碰撞或球體碰撞；修改碰撞體的相應屬性，確保能夠將檢測對象完全包圍??；將長方體碰撞或球體碰撞的觸發屬性設置為開，這樣表示要檢測的對象碰撞有效。（2）編寫碰撞腳本，然后將其指定給待檢測對象，代碼片段如下。

3.燈光烘焙

燈光烘焙技術利用Light Mapping（光照貼圖技術）來烘焙物體，這是一種增強場景光照效果的技術，當我們把物體放進場景中，引擎就會計算光線，光線照到物體表面形成反光和陰影，一般有兩種情況：當不烘焙物體時，游戲運行時，反光和陰影都是由顯卡和CPU 計算出來的；當烘焙物體時，反光和陰影都會記錄到模型中，變成新的貼圖，游戲運行時，顯卡和CPU 不需要對環境光進行運算，正好大大節約了CPU 的資源。燈光烘焙具體操作如下：（1）首先創建一個天空盒，將天空盒賦予材質（2）創建反射探頭，將反射屬性調整為環境幀，環境就可以跟隨物體而產生運動，然后再調整燈光探頭組將燈光效果也跟隨到物體的運動。燈光烘焙代碼片段如下：

二、室內漫游系統的實現

（一）模型及貼圖細節控制

在虛擬現實系統實現的過程中，模型要還原真實場景，建模中我們采用1：1 的建模流程。同時注重模型的整體布線結構以及平滑原理及方法，將場景中交叉看不到的模型刪除。建模中合理優化面的數量，在場景中需要特寫的部分我們需要比較高數量的面來完成。不需要特寫的部分例如：窗戶上的格子，以及衣柜上的雕花，還有電視背景墻上的花紋細節都可以用貼圖來實現。貼圖中按照UV 展開的方法進行貼圖，這樣可以節省貼圖數量同時方便燈光烘焙，貼圖在繪制過程中注意光影和明暗關系的處理，不要出現過多色塊的部分，在烘焙中會影響到燈光效果。

（二）界面及功能設計

在Unity3d 中對整體界面進行設計，我們可以采用UGUI組件進行頁面布局，UGUI 中區域瀏覽能讓用戶直接到達指定的瀏覽區包括游戲窗口、文本窗口、輸入框、按鈕、貼圖框等。整體的技術要點是繪制一個Canvas 畫布，將所有需要排列的按鈕及內容呈現在畫布上，按鈕觸發事件方式有多種，例如：依靠屬性面板綁定物體然后找到物體腳本上的方法觸發，還有是用純代碼的方式進行觸發事件發生。UGUI 優點是高效、快速、同時可視化效果好。

（三）交互性設計

Unity3D 利用腳本添加來實現用戶與環境間的互動，在開發中主要用C#來編寫腳本，將編寫好的腳本鏈接到要控制的對象上。在Unity3D 中內置了物理引擎，可以利用實現自然現象的模擬，也可以利用剛體來模擬對象之間的碰撞。環境漫游通過利用鍵盤和鼠標控制相機的運動來完成。用戶可以通過第一人稱視角對環境的漫游、瀏覽，如果在開發中想讓相機自由的漫游可以通過加載CameraPath 插件來完成，相機可以沿著指定的路徑進行場景漫游，在漫游中可以通過觸發器來觸發燈光和聲音效果。

三、結束語

本文以3Dmax 為建模工具，利用Unity3D 游戲引擎，結合C#腳本語言開發了室內虛擬現實漫游系統，在系統開發過程中嚴格按照流程化的方式進行，前期建模階段按照建模標準進行，后期材質的烘焙，腳本的編寫及鏈接到對象都是難點，是我們重點把握的部分。本系統的開發流程不僅僅使用于室內虛擬現實漫游系統，也適合其他的系統。例如：建筑漫游系統，景觀漫游系統等都可以借鑒本文的方法。