數字化虛擬校園的制作

李政峰　王青霞　陳曼麗

摘要：隨著虛擬現實技術的迅速發展，虛擬現實技術的應用在我們的生活中應用得越來越廣泛。數字化虛擬校園的建設，可以讓我們更直觀的看到校園中的各個建筑物及實時的各種校園活動。本文結合3DMAXS、Photoshop、CAD、Unity3D等軟件的應用特點，選擇懷化學院東校區為設計對象，完成了數字化虛擬校園的建設。

關鍵詞：虛擬校園;3DMAX;Unity3D

中圖分類號：G647;F49??????????????????文獻標識碼：A

收稿日期：2020-05-11

作者簡介：李政峰（1975-?），男，講師，碩士，研究方向：多媒體技術應用。

數字化校園漫游系統，不僅能通過移動終端直觀地展示整個校園的概況，還能通過人機交互產生身臨其境的感覺，對整個校園的規劃，校園文化宣傳，數字化校園的發展具有重要的現實意義[1]。虛擬校園是目前3DSMAX和UNITY3D等軟件的典型應用，論文首先通過3DSMAX等軟件實現實物模型創建，然后通過UNITY3D輔助的漫游、交互工具實現互動展示，有傳統的照片、視頻錄像無法比擬的美感和視覺震撼力[2]。

1 核心軟件的應用技術分析

3DMAX是由Discreet公司開發的一款世界知名三維軟件，全稱3D Studio MAX，在三維建模、動畫與渲染方面提供了很好的解決方案[3]。利用3DMAX軟件在計算機中建立三維幾何形體，賦予其表面材質（材料、顏色、紋理貼圖），設計幾何形體的運動與變形，設置空間所需要的燈光類別、燈光強度，位置和變化，并根據需要安排攝像機的位置、焦距，攝像機移動的路徑，最終使這些設置按照時間的變化連續的運動起來，再輸出成可供播放的各種類型的動畫文件，供不同的用戶平臺使用。

Unity 3D是由丹麥Unity Technologies公司開發的多平臺游戲開發引擎，是一個跨平臺整合的游戲制作軟件，適合創建三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫系統開發，具有高度優化的圖形渲染效果，支持用戶定制，支持Direct3D和OpenGL，采用了Nvidia PhysX的物理引擎并支持Lightmap?Baking光影渲染系統，使畫面運動更加真實逼真。Unity 3D引擎擁有豐富的開發資源包，還有粒子系統、常用腳本、碰撞檢測組件、圖像畫面的處理方法等。基于Unity 3D的數字化虛擬開發平臺實現虛擬校園的設計，可以大大降低工作的難度，提高系統制作的效率。

2 校園漫游系統模型制作

2.1 校園場景和模型等信息處理

（1）校園建筑、場景比例信息處理。一是借助Google地球的地理影像顯示功能，利用其提供的測量工具獲取整個校園的地理坐標信息和具體的教學產館、宿舍、食堂等具體建筑尺寸作為3DMAXA建模的參數要求。二是找到學校規劃設計的圖紙為參照，獲得CAD工程圖的基礎上在3DMAX中建模。三是進行現場的實際測量得到具體的參照數據。

貼圖材質的處理。采用的方法是進行現場拍攝局部的素材，利用Photoshop對圖像進行大小、形狀、色彩等校正，完成各個建筑、地面的相關材質的制作。Photoshop主要應用的工具有，裁減功能、圖層變換中變形功能、圖像大小、圖像色彩、對比度、亮度、飽和度等功能。處理得到的貼圖材質盡量平整，數據量大概在512*512像素左右[4]。

2.2 校園虛擬模型的搭建

虛擬校園的校園建筑模型主要采用放樣建模、修改建模、多邊形建模等建模方式完成。本次校園模型建模分幾個部分完成。

校園路面的建模。具體做法是利用GOOGLE地球獲取地形圖片，然后導入到PHOTOSHOP應用鋼筆工具根據原圖繪制地面馬路，接著通過路徑調整，變換等操作，輸出為3DMAX能識別的AI文件，接著應用3DMAX的放樣功能，完成相關路面的建模。具體的操作為，馬路部分應用擠出功能實現，人行道根據實際測量繪制需要的圓角矩形然后放樣得到。

校園建筑物建模。建筑物建模根據測量得到的參照數據或者CAD工程圖，在基礎線條路徑得到的基礎上，利用擠出、布爾運算等功能完成基礎模型的創建，在建模的過程中注意單層和多層的關系，也就是完成一層的基礎上進行復制應用[3]。在模型設計的基礎上，打開材質編輯器，選擇九個空白的材質球，分別給不同的對象導入對應的材質。

在模型創建的過程中，注意局部和整體的關系，為了保證網絡瀏覽的速度，盡量減少面的數量。在模型創建的過程中，注意多變形模型面數的優化。一個漫游系統模型式具有很多個三角面，對模型充分的優化可以減少打包文件的大小。本案例強調的整個校園的虛擬效果，很多建筑面的材質可以通過整體貼圖的方式完成，如各種教室、宿舍的門窗效果;需要強調的校門，教學樓門口等則采用局部建模、局部貼圖的方式完成[5]。如大校門的學校名字就采用文字倒角的方式完成局部處理。

3 虛擬漫游系統的組裝與交互控制

3.1 虛擬漫游系統的場景組裝

場景組裝是虛擬校園設計的重要環節。為了方便操作，各種3DMAX文件的顯示單位和系統單位都改為厘米。導出的文件為FBX文件，在導出的過程中，需要注意的地方有兩點，一是如果場景中有動畫、有材質，在導出選項中要勾選動畫和嵌入媒體選項。二是導出的路徑選擇UNITY3D資源文件包。

在UNITY3D中，先用地形工具創建需要的地形效果，接著按順序導入各種路面、人行道、相關建筑物、場館、場景小品等模型。在模型位置調整的基礎上，給整個場景打光。最后根據需要應用UNITY3D提供資源包，在校園中進行各種樹、花圃、草地的創建。校園局部效果如圖1。

3.2?虛擬漫游系統的場景交互

在整個場景搭建的基礎上，需要完成的主要功能有：場景的自動漫游，分場景漫游，視聽廣場等功能。

（1）各種場景的碰撞檢測效果應用。為了保證對象不產生穿墻效果，需要給相應的對象添加碰撞檢測對象，為了縮減資源大小，本案例中大多建筑物采用盒形碰撞，對于一些特殊對象，如圍欄則采用添加透明盒的方式完成[6]。

（2）分場景導航效果實現。?為了方便瀏覽者快速瀏覽相關的場景，針對不同的場景設置了分場景熱點，瀏覽者通過熱點直接跳轉到需要的場景。相關的按鈕部分代碼如下：

function OnGUI（）{

GUI.Label（Rect（280，150，400，200），str）;

if（GUI.Button（Rect（250，320，100，25），"進入"））

}

（3）場景自動漫游效果實現

自動漫游主要是以第一人稱的方式進行，操作者以指定點為出發點，通過控制鼠標和鍵盤的上下左右鏡頭完成方向與前進控制。控制的部分代碼（鼠標方向鎖定）如下：

float rotationX?= transform.localEulerAngles.y + Input.GetAxis（"Mouse X"） * sensitivityX;

rotationY?+= Input.GetAxis（"Mouse Y"） * sensitivityY;

rotationY?= Mathf.Clamp （rotationY， minimumY， maximumY）;

transform.localEulerAngles?= new Vector3（-rotationY， rotationX， 0）;

在自動漫游過程中，各種場景的室內瀏覽是一個主要組成部分，在本案例中，對相關的場館門禁系統進行了自動開關門設計，瀏覽者可自行到相應場館進行參考。部分碰撞檢測的代碼如下：

function OnControllerColliderHit（hit：ControllerColliderHit）{

if （hit.gameObject.tag=="playerDoor"&& doorisopen==false）{

currentdoor=hit.gameObject;

opendoor（hit.gameObject）;

（4）視聽廣場效果實現

在整個場景的漫游中，為了很好的宣傳學校的相關情況，制作了視聽廣場，當用戶漫游到廣場的特定區域，可以在大屏幕上看到學校的相關介紹說明，用戶可以根據自己的需要到各個院系的門口通過單擊了解相關的專業介紹，使用戶不但看到還能聽到。

4 結語

本文以懷化學院東校區為例，系統闡述了制作虛擬校園所涉及的軟件的應用方法與技巧，對核心應用軟件3DMAXS、photoshop、CAD、Unity3D的應用進行了系統的應用說明。實驗結果表面，所應用的方法相對來講較為逼真，在實際的應用中操作簡單，軟件應用容易掌握，省去了許多復雜的操作。完成的數字化虛擬校園具有沉浸、實時、交互的特點，為學校的數字化虛擬校園建設、學校的校園建設規劃、社會影響力度和招生宣傳將起到了很好的推動作用。

參考文獻：

[1]王文韜.謝陽群.李力.虛擬現實技術在圖書館中的應用前景分析[J].圖書館，2016（05）：10-14+20.

[2]詹青龍.三維動畫設計與制作技術[M].北京：清華大學出版社，2012.

[3]陸平，陳熙.計算機三維動畫制作教程：3ds?MAX[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4]況揚.基于Unity3D的景點漫游系統制作[J].科技廣場，2014（04）：47-50

[5]修春華，孫秀娟，苗坡，等.基于Unity3D的虛擬礦山漫游仿真系統設計與實現[J].金屬礦山，2015（04）：262-266.

[6]華江林，姚宏亮.基于Unity3D實現校園Web三維虛擬漫游的設計研究[J].九江學院學報（自然科學版），2015（04）：57-60.

Abstract：With the rapid development of virtual reality technology， the application of virtual reality technology is more and more widely used in our life. The construction of digital virtual campus can make us more intuitive to see the various buildings and real-time campus activities. Based on the application characteristics of the software such as 3DMAXS， photoshop， CAD and Unity3D， this paper chooses the East Campus of Huaihua University as the design object and completes the construction of digital virtual campus.

Key words：Virtual campus;3DMAX;Unity3D