VRP平臺(tái)三維虛擬校園交互功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃志平

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)實(shí)時(shí)的三維虛擬環(huán)境，用戶可以在虛擬環(huán)境中感受真實(shí)物理世界的情感體驗(yàn)。本文采用VRP編輯器作為虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，構(gòu)建了具有多種漫游方式、交互性強(qiáng)、多人在線交流等功能的三維虛擬校園系統(tǒng)。

創(chuàng)建虛擬校園，讓體驗(yàn)者在網(wǎng)上通過(guò)虛擬校園參與學(xué)校的學(xué)習(xí)、生活等日常活動(dòng)。三維虛擬校園設(shè)計(jì)中包括不同漫游形式、多人在線互動(dòng)、地圖導(dǎo)航等各種交互功能，這就需要在VRP編輯器中進(jìn)行相關(guān)操作以實(shí)現(xiàn)這些功能。本文主要對(duì)三維虛擬校園這些功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。

1 相機(jī)創(chuàng)建

VRP編輯器中提供了多種相機(jī)類(lèi)型，包括行走相機(jī)、飛行相機(jī)、繞物旋轉(zhuǎn)相機(jī)、角色控制相機(jī)、跟隨相機(jī)、定點(diǎn)觀察相機(jī)、動(dòng)畫(huà)相機(jī)等。本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)和制作三維虛擬校園場(chǎng)景漫游時(shí)，通過(guò)創(chuàng)建角色控制相機(jī)、飛行相機(jī)這四種相機(jī)讓體驗(yàn)者從不同視角、不同的路徑、不同的方式游覽虛擬校園場(chǎng)景，產(chǎn)生不同的感官感受。

1.1 角色控制相機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

角色控制相機(jī)，角色設(shè)置了跑動(dòng)、站立、行走三個(gè)動(dòng)作游覽校園，用戶可以根據(jù)游覽的需要自行選擇運(yùn)動(dòng)方式，增加體驗(yàn)者游覽的真實(shí)感和沉浸感。角色控制相機(jī)設(shè)計(jì)和創(chuàng)作過(guò)程如下：

（1）從角色庫(kù)中調(diào)用角色。點(diǎn)擊【創(chuàng)建對(duì)象】欄里的【骨骼動(dòng)畫(huà)】，然后點(diǎn)擊【角色庫(kù)】按鈕，在彈出的【角色庫(kù)】對(duì)話框中有很多角色可供選擇，這里選擇“亞洲休閑平跟鞋女士”調(diào)到虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)移動(dòng)工具和縮放工具調(diào)整其位置和大小。

（2）為加色添加動(dòng)作。點(diǎn)擊右側(cè)的【動(dòng)作庫(kù)…】按鈕，會(huì)彈出一個(gè)【動(dòng)作庫(kù)】對(duì)話框，在對(duì)話框中雙擊“跑動(dòng)原地（平跟女士）”、“空閑站立（平跟女士）”和“行走原地（平跟女士）”，將這三個(gè)角色的動(dòng)作添加到場(chǎng)景角色中。添加好三個(gè)動(dòng)作后，在動(dòng)作庫(kù)中分別右鍵單擊這三個(gè)動(dòng)作將“跑動(dòng)原地（平跟女士）”、“空閑站立（平跟女士）”和“行走原地（平跟女士）”分別設(shè)置為“跑步動(dòng)作”，“默認(rèn)動(dòng)作”和“行走動(dòng)作”。

（3）角色控制相機(jī)的創(chuàng)建。通過(guò)點(diǎn)擊【相機(jī)】面板下的【角色控制相機(jī)】按鈕，可以打開(kāi)【Camera name】對(duì)話框，在對(duì)話框里可以更改相機(jī)名稱。

（4）設(shè)置相機(jī)控制角色。打開(kāi)角色控制相機(jī)屬性面板，在屬性面板中選擇“亞洲休閑裝平跟”角色。

（5）切換角色控制相機(jī)。設(shè)置好之后，點(diǎn)擊F5運(yùn)行，按“C”鍵打開(kāi)【相機(jī)列表】對(duì)話框，選擇“角色控制相機(jī)”就可以在虛擬校園場(chǎng)景中控制角色模型。通過(guò)點(diǎn)擊鍵盤(pán)上的W、S、A、D可以控制角色模型的前、后、左、右的移動(dòng)，如果用鼠標(biāo)直接單擊要去的位置，角色可以自動(dòng)前往，點(diǎn)擊鍵盤(pán)左上角的“～”鍵，可以將行走狀態(tài)切換成跑步狀態(tài)。

1.2 飛行相機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目中通過(guò)設(shè)計(jì)和創(chuàng)建飛行相機(jī)，讓體驗(yàn)者從高空俯視三維虛擬校園場(chǎng)景。

（1）創(chuàng)建飛行相機(jī)。在VRP編輯器的相機(jī)面板中創(chuàng)建飛行相機(jī)，設(shè)置飛行相機(jī)的名稱

（2）設(shè)置飛行相機(jī)屬性。點(diǎn)擊【相機(jī)列表】中的“飛行相機(jī)”，在彈出的飛行相機(jī)屬性列表中將【基本參數(shù)】下的【水平視角】設(shè)為90度，其它參數(shù)保持不變。

（3）轉(zhuǎn)換相機(jī)類(lèi)型。虛擬校園場(chǎng)景中創(chuàng)建了不同的相機(jī)類(lèi)型，我們可以通過(guò)點(diǎn)擊相機(jī)屬性面板中的【相機(jī)類(lèi)型】選擇需要的相機(jī)，在彈出的對(duì)話框中選擇“是”即可。

1.3 跟隨相機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

使用跟隨相機(jī)精心策劃一條較好的游覽線路，使體驗(yàn)者按照這條線路瀏覽校園，既可以較高效率的及時(shí)了解校容校貌，又方便體驗(yàn)者對(duì)學(xué)校有個(gè)快速整體的了解。實(shí)現(xiàn)方法和上面兩種相機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法類(lèi)似。首先創(chuàng)建角色并為角色添加動(dòng)作，然后創(chuàng)建角色路徑并將路徑綁定到角色，最后創(chuàng)建跟隨相機(jī)并設(shè)置相機(jī)跟隨角色，完成跟隨相機(jī)的創(chuàng)建。

1.4 相機(jī)創(chuàng)建的注意事項(xiàng)和技巧

在創(chuàng)建相機(jī)時(shí)，還會(huì)遇到一些問(wèn)題，因此，我們?cè)趧?chuàng)建相機(jī)時(shí)還要注意一些事項(xiàng)，掌握一些技巧。

（1）在VRP中編輯時(shí)可以設(shè)定角色自動(dòng)攀登符合實(shí)際尺寸的臺(tái)階。正常角色的高度，可以自行攀登20公分的臺(tái)階，若臺(tái)階超過(guò)20公分，則角色無(wú)法跨越。

（2）在制作過(guò)程中，若角色被墻或者地板卡住了，用鼠標(biāo)中鍵將角色拖到合適的位置就可以了。

2 碰撞檢測(cè)設(shè)置

為了讓體驗(yàn)者在瀏覽校園時(shí)有身臨其境的感受，我們還需要在虛擬校園場(chǎng)景中進(jìn)行碰撞檢測(cè)的設(shè)置。

設(shè)置碰撞檢測(cè)，單擊【物理碰撞】按鈕，在場(chǎng)景中選中全部模型，然后取消不需要進(jìn)行碰撞的模型，最后單擊【碰撞方式】下的開(kāi)啟按鈕，碰撞檢測(cè)設(shè)置完成。設(shè)置碰撞檢測(cè)好之后，角色在在場(chǎng)景中就不會(huì)發(fā)生穿墻而過(guò)等穿幫現(xiàn)象了，碰到墻壁會(huì)沿著墻壁向前行走。

在碰撞檢測(cè)設(shè)置過(guò)程中，要掌握以下碰撞檢測(cè)的優(yōu)化技巧。

（1）在制作時(shí)，可以將模型不加入碰撞，而是制作一個(gè)盒子模型作為碰撞替代，運(yùn)行時(shí)將盒子模型隱藏即可。

（2）我們?cè)谥谱鬟^(guò)程中有必要盡可能的簡(jiǎn)化碰撞的模型。此外，一些走路碰不到的面如屋頂上的模型等就不需要加入碰撞。

3 MMO多人在線技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究

3.1 設(shè)置MMO虛擬場(chǎng)景里的角色

前面的內(nèi)容我們已經(jīng)研究過(guò)在VRP中添加角色的方法。下面我們將研究如何設(shè)置MMO場(chǎng)景里的角色。

（1）在【創(chuàng)建對(duì)象】中的【骨骼動(dòng)畫(huà)】面板里點(diǎn)擊【角色庫(kù)…】按鈕，在彈出的角色庫(kù)對(duì)話框中選擇需要的角色添加到場(chǎng)景中。根據(jù)制作需要為角色添加骨骼動(dòng)作，如行走原地、跑動(dòng)原地、空閑站立、跳躍動(dòng)作等，創(chuàng)建一臺(tái)角色控制相機(jī)，供MMO設(shè)置參數(shù)調(diào)用。

（2）在【多人在線】中的【角色系統(tǒng)】面板中點(diǎn)擊【添加】按鈕，添加角色骨骼。在【多人在線】中的【角色系統(tǒng)】面板中點(diǎn)擊【控制相機(jī)】按鈕，添加角色控制相機(jī)。

（3）在【多人在線】中的【基礎(chǔ)設(shè)置】面板中修改角色的登錄名稱，在角色的頭頂上方顯示修改后的名稱。

3.2 MMO多人在線聊天

三維虛擬校園設(shè)計(jì)多人在線時(shí)，在線用戶還可以進(jìn)行聊天。

（1）文本聊天的設(shè)計(jì)和制作。通過(guò)前面的制作已經(jīng)在場(chǎng)景里添加了角色。在制作文本聊天時(shí)有兩種方法，一種是設(shè)置GUI控件文本聊天函數(shù)，另一種是設(shè)置角色文本聊天函數(shù)。

創(chuàng)建GUI控件，在【高級(jí)界面】中的【控件】面板里創(chuàng)建輸入框和信息顯示框兩種控件，在初始化函數(shù)中設(shè)置一個(gè)變量，在自定義函數(shù)中創(chuàng)建腳本函數(shù)，創(chuàng)建MMO系統(tǒng)函數(shù)，新建MMO時(shí)間映射函數(shù)，用MMO文本信息接收文字，添加相應(yīng)腳本在MMO文本信息函數(shù)里。經(jīng)過(guò)上面的制作，進(jìn)行運(yùn)行效果測(cè)試。

設(shè)置角色文本聊天函數(shù)，我們?cè)谔摂M校園角色聊天中還可以設(shè)置文本聊天的內(nèi)容在角色頭頂顯示的效果。在上面制作的基礎(chǔ)上，我們?cè)诤瘮?shù)中創(chuàng)建相應(yīng)的腳本就可以。

【user_say】函數(shù)和【model_name】函數(shù)都是系統(tǒng)函數(shù)，要想實(shí)現(xiàn)不同客戶端說(shuō)的話都顯示在正確角色的頭頂，腳本里必須要調(diào)用，而且腳本不能隨意更改，否則不能實(shí)現(xiàn)。腳本設(shè)置好后，測(cè)試場(chǎng)景。

（2）語(yǔ)音聊天的設(shè)計(jì)和制作。在虛擬校園MMO多人在線場(chǎng)景里，也可以設(shè)計(jì)語(yǔ)音聊天。通過(guò)設(shè)置【創(chuàng)建鍵盤(pán)映射函數(shù)】K按下的函數(shù)來(lái)打開(kāi)控制語(yǔ)音聊天。同樣的方法，設(shè)置K彈起的的函數(shù)來(lái)控制語(yǔ)音聊天的關(guān)閉。設(shè)置GUI控制腳本，在自定義函數(shù)中創(chuàng)建函數(shù)腳本。

設(shè)置好虛擬校園語(yǔ)音聊天后，用戶在MMO虛擬校園場(chǎng)景中通過(guò)按鍵盤(pán)上的【K】鍵就可以控制語(yǔ)音聊天的開(kāi)啟和關(guān)閉。

4 導(dǎo)航圖的設(shè)計(jì)和制作

在設(shè)計(jì)虛擬校園時(shí)，有必要制作導(dǎo)航圖以增加用戶瀏覽校園時(shí)的便捷性。虛擬校園導(dǎo)航圖的設(shè)計(jì)和制作如下：

（1）創(chuàng)建導(dǎo)航對(duì)象。在虛擬校園場(chǎng)景中點(diǎn)擊創(chuàng)建導(dǎo)航圖工具，在場(chǎng)景中想要?jiǎng)?chuàng)建導(dǎo)航圖的位置按住鼠標(biāo)左鍵拖拽繪制虛擬校園導(dǎo)航圖。

（2）創(chuàng)建并添加導(dǎo)航圖圖片。在Photoshop中對(duì)截取的導(dǎo)航圖進(jìn)行編輯操作，包括裁切、去除背景、設(shè)不透明度為70%等，將編輯好的圖片保存為PNG格式。在VRP中為導(dǎo)航圖選擇在Photoshop中處理好的學(xué)院整體輪廓圖。

（3）設(shè)置導(dǎo)航圖透明。選擇【編輯界面】下的【主頁(yè)面】，點(diǎn)擊【透明】選項(xiàng)，在下拉列表中選擇【使用貼圖alpha】。導(dǎo)航圖顯示為鏤空與透明了。

（4）回到3ds Max場(chǎng)景中，通過(guò)拾取場(chǎng)景坐標(biāo)，找到世界坐標(biāo)的值，表明當(dāng)前相機(jī)的位置。單擊【箭頭】按鈕，在彈出的對(duì)話框中找到在Photoshop中處理好的手指型導(dǎo)航箭頭圖片。手指箭頭圖片準(zhǔn)確的出現(xiàn)在導(dǎo)航圖里。

5 太陽(yáng)光暈和霧效的設(shè)計(jì)與制作

添加太陽(yáng)光暈和霧效，使得虛擬校園場(chǎng)景更加自然逼真。

（1）太陽(yáng)光暈的設(shè)計(jì)和制作。在VRP編輯器中單擊【太陽(yáng)光暈】按鈕，在【樣式列表里】雙擊需要使用的太陽(yáng)光暈樣式縮略圖即可添加太陽(yáng)光暈效果。可以通過(guò)調(diào)整太陽(yáng)照射的角度、方位，使得太陽(yáng)光暈效果與虛擬校園場(chǎng)景的投影吻合。

（2）霧效的設(shè)計(jì)和制作。單擊VRP編輯器中的【霧效】按鈕，勾選【開(kāi)啟】設(shè)置霧效的顏色，通過(guò)調(diào)整【開(kāi)始距離】與【結(jié)束距離】調(diào)整霧效的景深效果。

6 為虛擬校園場(chǎng)景添加背景音

在VRP中使用復(fù)合腳本添加背景音樂(lè)。

在VRP編輯器中創(chuàng)建一個(gè)【系統(tǒng)函數(shù)】，在函數(shù)中創(chuàng)建【#初始化】事件。單擊【插入語(yǔ)句】，選擇【播放音樂(lè)】，添加選好的背景音樂(lè)。

聲道-1=無(wú)

重復(fù)次數(shù)（0=無(wú)線）0。

目前各高校正在使用的三維虛擬校園，但功能還比較簡(jiǎn)單，本文在研究這些已有成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)理實(shí)結(jié)合的方法，利用3ds Max三維建模軟件和VRP軟件，研究和制作了三維虛擬校園，尤其是重點(diǎn)研究虛擬校園交互式漫游，多人在線功能、碰撞檢測(cè)技術(shù)等在虛擬校園系統(tǒng)中的應(yīng)用。