基于Unity3D的虛擬現實交互系統的設計與實現

潘舒潔 蘇州高等職業技術學校

虛擬現實技術是基于計算機和傳感器技術的可實現交互功能的數字化環境，一方面可以為用戶提供一種真實而又直觀視覺、聽覺、觸覺的真實感受和體驗，另一方面可以借助外在設備，實現真實物體與虛擬環境的交流互動，模糊了虛擬與現實之間的界限。近些年隨著虛擬現實技術的逐漸成熟和快速發展，在醫療、教育、軍事、工業生產、產品展示、房產開發、旅游等行業具有廣泛的應用。本文使用Unity3D引擎作為虛擬現實開發平臺，使用3DMAX作為三維場景的建模工具，使用HTC Vive作為交互設備，進行校史博物館虛擬展廳VR交互系統的開發設計。

1 虛擬現實交互系統設計的準備

1.1 構建流程

虛擬校史博物館交互系統的開發設計與實現，其基本的流程可以氛圍以下兩個階段：

第一階段是對于虛擬校史博物館的需求和功能實現進行分析，分析整個系統和交互模塊的功能分區，以及對于相關文字、圖片、影像資料等進行搜集整理。另外需要根據要求使用3DMAX軟件建立三維模型，并使用Photoshop軟件進行貼圖繪制，最后將所完成的三維模型進行烘焙導出FBX格式，并導入到Unty3D中使用。

第二階段是將所導入的三維模型按照虛擬校史館的功能分區，并進行場景碰撞檢測、運動路線的設定。充分利用Unity3D引擎的OnGUI、NGUI、UGUI模塊中的“Button”、“Lable”、“TextField”、“Slider”等控件功能，并使用C#與進行程序腳本的編寫以實現對于相關靜態模型和影像資料的碰撞檢測、事件觸發和交互功能的實現。

1.2 交互系統設計

基于Unity3D的虛擬校史館的建立，主要是以傳統展館為基礎，利用虛擬技術將展館及其陳列品移植到互聯網上進行展示、宣傳與教育活動，突破了傳統意義上的時間和空間的局限，使更為廣泛的用戶群體能夠在網絡平臺上真實感受展館及展品，用在線互動的方式體驗“身臨其境，暢游無限”的精彩世界。其基本功能需求是在網絡三維虛擬展館或展廳中，觀眾可以實現實景觀看、虛擬漫游、互動娛樂等，不但可以隨意漫游瀏覽，還可以720°觀看虛擬現實展館場景中的各種展品及相關資料，結合語音解說和其他影像手段，足不出戶就可以在電腦移動端前領略虛擬展館的魅力。對于虛擬校史館的交互功能需求，主要是讓用戶可以通過手機、電腦客戶端和HTC Vive頭戴式設備的手柄、頭戴顯示器，實現與虛擬場景的互動交流。根據VR校史館的功能分區和內容特點，對于其交互系統的設計流程進行設計優化。

2 虛擬現實交互系統設計的實現

2.1 場景建構

對于虛擬校史館教習系統的設計與實現，其基礎是校史館相關三維模型的創建，這是人機交互功能得以實現的基礎，也是決定著互動性、沉浸感、直觀性、真實感等交互功能實現效果的關鍵因素。虛擬校史館的三維模型創建主要包括校史館常見模型的創建、內部展示物體的模型創建兩部分。比如在對于校史館常見模型的創建時，主要是根據功能分區和校史館特點，使用3DMAX的多邊形建模工具，使用“擠出”、“分割”、“快速切片”等工具實現對于模型的創建；使用UV編輯器對弈相關具有圖片和材質紋理的模型部分進行“展UV”，并使用Photoshop軟件進行貼圖的繪制；場景燈光的搭建，烘焙并導出場景為FBX格式，最終導入到Unity3D中完成三維場景的創建。

2.2 交互功能實現

校史博物館兼具教育教學的功能，借助VR技術不僅大大提高了知識呈現的直觀性和情境性，而且融合了游戲化的特征、塑造了真實多樣化的學習環境，激發了學習者的學習動力，提高了學習者的學習效率。對于虛擬校史館交互功能的實現，要充分了解對于參觀者、學習者兩者不同用戶的不同需求，對于展示、教育兩者不同功能的實現對于交互性的也具有不同的要求，另外還有將虛擬校史博物館的可修改性、可維護性考慮其中。

2.2.1 漫游交互功能實現

用戶進入到虛擬校史館可以選擇自由參觀，還可以選擇以第一視角漫游參觀校史館，對于后者主要是在讓用戶帶上頭盔進行視角的轉換和相應展品的參觀、觸發學習。漫游功能的實現，一方面可以通過對于第一人稱攝像機的運動路徑進行控制，或者使用C#代碼實現對于相機的自由漫游、暫停、開始和視角轉換。比如為了讓相機角度的實現自由轉換的C#該腳本如下：

2.2.2 事件觸發交互功能實現

對于虛擬校史館各類事件的觸發，主要是懸停觸發、碰撞檢測觸發等各類觸發形式，比如使用觸發器實現對于觸發功能的實現，要將碰撞體組件屬性面板上的“Is Trigger”選項選中，當前的游戲物體的碰撞體就變成了觸發器，且移動的剛體物體會穿透碰撞體勾選了“Is Trigger”的物體。或者使用HTC Vive手柄扳機、觸摸板、滑動功能、功能鍵等進行觸發，不與目標物體發生直接的碰撞（接觸），通過手柄命令的發出來改變相應的參數進行觸發。

3 結語

以3DMAX三維軟件、Unity3D游戲引擎和HTC Vive交互設備為基礎，采用C#程序和GUI界面工具實現對于對于虛擬校史博物館交互系統的需求分析、開發設計與測試，整體而言其教學效果交互功能強大、效果逼真、觸感真實，能夠讓用戶實現較好的交流互動功能，以滿足其教學、展覽、參觀、宣傳以及史料留存等功能。總之，虛擬校史博物館交互系統的實現，逼真的視覺感受和交互體驗可以大大提高用戶使用時的自主性、交互性和沉浸感，為其他VR展廳的建立提供一定的參考價值。