宋传磊++侯世中++周芳++潘丽丽

[摘要]文章依据实际建筑物体结构完成模型构建，通过相机拍摄真实图片实现模型纹理贴图，导入Unity3D中进行二次开发，充分运用Unity3D自然环境模拟技术，实现虚拟现实漫游仿真，实验验证完成三维虚拟校园场景设计。文章分析了场景设计的模式和方法，阐述了实验验证过程，结合现实完成地形创建，以及自然环境和不同天空盒效果设置。

[关键词]Unity3D；虚拟现实；场景

[DOI]1013939/jcnkizgsc201718084

1概述

虚拟现实技术在当下拥有非常高的热度，Unity3D作为当今热门的游戏引擎，可以模拟真实场景漫游和实现友好的交互。场景设计贯穿整个虚拟现实的各个环节，只有场景设计得真实完美，该虚拟现实平台才能成功。本文从一个具体虚拟现实项目课题出发，对场景的设计思路和方法做出了分析研讨。

2研究内容和方法

笔者从工作实际出发，对场景設计及Unity3D引擎的技术做出研究和设计实现，其中着重对三维虚拟现实场景设计做了较深入研究。

本文基于Unity3D平台完成场景设计搭建，主要工作涉及以下几个方面：场景地形的创建和编辑，模型的导入和设置，场景元素的整合，制作添加场景特效，场景音效和输出设置。

调研现有的研究成果，分析其在场景设计中的使用方法和原理，进而针对项目课题涉及的问题进行重新思考和构想。不断学习相关课题前沿技术和理论，按计划有步骤地解决课题研究中遇到的问题。坚持理论联系实际，采集运用现实场景真实数据和网络资源，充分发挥团队力量，共同商讨分析研究得出全面准确的理论和方法。

3场景分析设计

本文就青岛理工大学琴岛学院为实验研究对象，对该校园的虚拟现实场景进行了分析设计。一个完整的校园场景应当包含地形、河流湖泊、花草树木、小品对象和场景建筑五大部分，针对不同部分独立制作，后期将不同的模型元素进行整合，其中花草树木、小品对象以及建筑模型需要在Maya中完成构建，地形和河流湖泊利用Unity3D引擎编辑器来制作，最终再通过游戏引擎编辑器实现。

31场景模型制作

整个场景需要制作的模型元素共分为三大类型：建筑模型、小品模型和植物模型。

下文以校园中心楼为例阐述建筑模型设计方法。学院行政办公中心和图书馆都集中在该建筑，楼前是喷泉广场，是学院的标志性建筑，也是建筑设计创作的重点。该建筑分为5层，以中间天桥为界线，分为左、右两个部分，基本结构相同，只要做好一边，另外一边复制产生，窗户结构基本相同，这也为设计制作带来便利，所以复制在此起到很大的作用。

采用多边形建模方法实现模型制作，以基础几何体挤出、倒角等命令来构造整个模型的结构，框架结构完成后，删除窗户对应的面，再把制作好的窗户尽量做到精确摆放，在旋转复制时要控制好中心点。中心楼模型如图1所示。

图1中心楼模型

32地形的创建与编辑

场景地形在Unity3D引擎编辑器中创建。地形是场景搭建的基础，所有场景元素最终都要在Unity3D中进行整合。创建地形之前首先需要在Photoshop中完成高度图的绘制，其决定了场景地形的大致结构，高度图的导入极大地方便了后期地表的编辑和制作。

首先，通过Terrain菜单中的命令创建基本地表平面，使用Set Heightmap resolution命令设置地形的基本参数；其次，导入地形高度图，使用Smooth Height工具对地形进行柔化处理；通过地形凹陷工具或者绘制高度工具制作凹陷地形结构，作为湖泊。基本地形结构制作完成后，在地形面板中导入基本地表贴图；基本地表贴图绘制完成后，使用地形面板中的植树工具模型，添加导入Unity3D预置资源中的基本树木模型；通过Create Other选项创建平行光，来模拟场景日光效果；最后通过RenderSettings选项，在Inspector面板中添加Skybox Material，为场景添加天空盒。地形创建与编辑效果如图2所示。

33模型的导入与设置

整理Unity3D项目文件夹。在Assets资源文件夹下创建Object文件夹，用来存放模型、材质和贴图文件，在Object文件夹下创建Materials和Texture文件夹，分别用来存放模型的材质球文件和贴图文件。将在Maya中设计的模型文件导出为FBX格式，将FBX文件及贴图文件复制到创建好的资源目录中，启动Unity3D引擎。选中项目面板中的模型资源，在Inspector面板中对模型的Shader进行设置，如果出现贴图丢失，可以重新指定贴图的路径位置。

34场景元素的整合

将所有的模型元素全部导入Unity3D引擎的场景视图，调整模型之间的位置关系，模型摆放完成后还要利用地形工具绘制模型周边的地表贴图，保证模型和地表的完美衔接。以中心楼为中心，在其周围环绕分布放置校园主题建筑，对于路灯、垃圾桶、宣传牌等小品模型对象，在进行移动、旋转等操作的时要注意操作的精度，确保模型交叠衔接处不会出现穿插现象。场景整合布置如图3所示。

35场景音效设置

本虚拟现实具有语音播报功能，当角色到达相应景观地点，将自动播报相关语音。首先在项目文件夹Assets中创建Sound文件夹，将音频文件复制进去，然后在Unity3D引擎中调用相关音频文件。音频文件以场景对象为载体，通过添加Audio Source控制器来完成音效的添加。如进入校园门口音效，选择升降杆，通过Component组件菜单下的Audio选项添加Audio Source控制器，在Audio Clip中添加学院简介的音效文件，勾选Play On Awake和Loop选项，当角色与升降杆碰撞后就发出学院简介音效。

4结论

本文简要阐述了Unity3D在虚拟现实场景设计中的设计方法和过程，讨论了将Maya创建的模型导入Unity3D场景中的方法，以及场景地形的创建与编辑、场景元素的整合、场景音效的设置等。Unity3D功能强大，操作简单应用方便，仿真效果好。通过人机交互界面来控制角色在场景中漫游，真正实现了虚拟和现实的结合。

参考文献：

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[5]曹瑜3D游戏场景设计制作技术[M]北京：人民邮电出版社，2015：106-109

[6]张荣华几何建筑技术在虚拟校园漫游系统开发中的应用[J]计算机工程与设计，2008，29（23）

[7]于建松基于Unity3D的室内漫游仿真系统[J]淮阳师范学院学报，2011（12）：515-518

[基金项目]山东省高等学校科技技术项目（项目编号：J15LN79）。

[作者简介]宋传磊（1979—），男，汉族，山东兰陵人，青岛理工大学副教授。研究方向：软件工程。