基于Unity 3D技術的互動展示系統研究與應用

張剛 潘衛 賀明明

（核工業西南物理研究院 四川省成都市 610041）

1 引言

相較于國外核聚變科普宣傳方式，中國核聚變科普手段相對滯后。核發達國家的核能和核技術應用起步早，核聚變科普工作體系相對完整，手段豐富、形式多樣，比如科普展覽、現場體驗、科普網頁、網絡課堂等方式。國內許多科普領域也都相繼投入 3D、VR 等相關技術和設備，但在核聚變科普領域，數字化科普手段收入不夠，難以吸引公眾興趣，科普效果難以達到預期。

為了引導公眾正確認識核聚變，利用3D 互動技術普及核聚變裝置最核心知識，促使大家認識到核聚變能源對人類未來生活的重要意義，需要構建一個集成化、專業化、智能化、分布式的軟件系統。本項目利用數字化的科普互動產品，采用嵌入式觸摸一體化顯示終端，基于Java 開發在線Web 配置系統，并基于Unity3D 引擎開發出TV 端系統，進一步提升公眾參與的興趣和熱情，強化一線核聚變科普效果，鍛煉公眾的科學意識、科學思想和科學方法，培養科學創新理念，圍繞 “人造太陽”這一科技前沿專題開展核聚變能源的開發、利用等相關科技熱點、開展相關培訓，最終達到全民關注能源問題，消除人們“談核色變”的恐懼的目的，同時吸引到更多學生對核聚變研究的熱情和興趣，便于越來越多的優秀人才投身到解決未來能源問題的科學工作中來，推動磁約束聚變事業的快速進步和發展。

2 關鍵技術

Unity3D 是Unity Technologies 開發出來，可以進行背景設計的可視化和三維動畫控制的一款綜合性游戲平臺，通過Unity3D 強大的物理引擎，可以對相關的場景進行模擬，讓整個動畫和游戲更為逼真。Unity 類似于Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder 等利用交互的圖型化開發環境為首要方式的軟件。其編輯器可運行在Windows、Linux(目前僅支持Ubuntu 和Centos 發行版)、Mac OS X 下 。

C# 是一種運行于.NET Framework 上的面向對象的高級程序設計語言，是c 語言延伸出來的，可以通過可視化操作來完成程序的編寫，本系統TV 端展示系統基于Unity3D 引擎開發，采用C#編寫，主要組件為頁面3D 建模，內置瀏覽器插件和視頻展示功能。

krpano 是目前世界上最強大的全景圖漫游制作引擎。隨著html5 和VR時代的到來，krpano 引入了WebGL、CSS3D、WebVR、3Dvr 等最新技術，優化切片渲染和VR 功能， krpano 逐步會向純html5 及三維空間應用方向過渡，本項目全景VR 部分均通過krpano 完成。

3 設計思路

3.1 總體設計

科普互動體驗APP 基于MVC 模式，主要實現核聚變專題知識版塊介紹、環流器模型科普演示及核聚變反應過程展示 ,包括用戶管理，后臺管理，TV 端展示三部分模塊。Web 管理端的主要功能有用戶的登錄注冊，用戶角色權限的管理，TV 端的后臺管理。科普平臺TV 端系統基于Unity3D 開發，該引擎的最大特點是其跨平臺特性，能夠創建實時、可視化的2D 和3D 動畫。TV 端的主要功能有展示院校簡介，待機音視頻，聚變小咖，聚變天地宣傳視頻，系統設置等功能。如圖1 所示。

圖1

圖2

3.2 模塊劃分

管理平臺后臺部分主要由以下幾部分組成。

（1）用戶管理。用戶管理為用戶權限管理設置，分為賬號管理、功能管理、權限管理、角色管理。

（2）系統設置。對TV 端進行滑動切換音效、開機動畫、待機動畫設置。

（3）內容管理。內容管理是針對在科普軟件平臺TV 端顯示的內容進行添加、修改操作，對應TV 端的5 個功能項：院所概況、宣傳視頻、VR 展示、聚變天地、聚變小咖。

4 功能實現

本系統主要由WEB 后臺系統和TV 展示系統組成，采用pdlegacyshell 模型工具和SQLyog 管理工具。以Axure RP 做為原型設計工具，Sketch 做為界面設計工具，采用Maven 項目管理工具完成。其中WEB 后臺系統的功能主要是對TV 展示系統進行數據管理和數據展示。

4.1 設計規范

圖3

圖4

根據需求分析及概要設計，將Service 層定義為業務邏輯處理層，同時采用面向接口的編程思想，將業務邏輯功能的實現與定義分隔開，使得系統的耦合度大大降低的同時也使得系統的靈活性和可擴展性大幅度提高。將Dao 層定義為數據訪問層，同時采用面向接口的編程思想，將數據訪問功能的實現與定義分隔開，使得系統的耦合度大大降低的同時也使得系統的靈活性和可擴展性大幅度提高。

4.2 設計模型

MVC全名是Model View Controller，是模型(model)-視圖(view)-控制器(controller)的縮寫，是一種軟件設計典范。用一種業務邏輯、數據、界面顯示分離的方法組織代碼，將業務邏輯聚集到一個部件里面，在改進和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業務邏輯。MVC 主要用于把傳統的輸入、處理和輸出功能映射在一個邏輯的圖形化用戶界面的結構中，如圖2 所示。

4.3 數據庫設計

其物理數據庫主要有以下幾個，文章標題表article，聚變天地表cafe，聚變小咖表earth，文件屬性表file，院所介紹表institutes，待機設置表swith_video 等，系統表關系如圖3、圖4 所示。

5 結論

核聚變交互式科普展覽平臺，其硬件上借鑒2017年阿斯塔納世博會的“中國核聚變能源開發與ITER 計劃”展項的設計理念，并對相關功能進行優化設計，降低開發成本優化用戶體驗，是國內首創的核聚變科普互動產品，基于Unity3D 引擎開發，采用B/S 分布式系統，真正實現了不同終端受眾的3D 交互及傳播展覽。通過該系統，用戶可以輕松地構建一個集中化、專業化、智能化、分布化的交互式科普展覽系統，提供信息編輯、傳輸、發布和管理等媒體交互式服務。