魏育坤

摘要 以真实空间场景为基础，依托地理信息技术、三维建模技术，借助游戏引擎，构建出三维可视化模型景观。此外，通过引入漫游逻辑、导航逻辑等控制逻辑，允许使用者于虚拟场景中进行漫游、导航等操作。系统具备真实感强、界面友好、可交互等特征，满足现代校园在对外宣传、对内引导、校园规划、信息化管理等方面的需求。

【关键词】虚拟校园 游戏引擎 三维建模

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是人类在探索自然、认识自然过程中创造产生，逐步形成的一种用于认识自然、模拟自然，进而更好地适应和利用自然的科学方法和科学技术。利用虚拟现实技术，可以真实场景为基础，依托地理信息技术、三维建模技术及游戏引擎，构建出兼具真实感与交互性的虚拟现实场景。

1 概述

近年来，校园的信息化建设得以迅速发展，而虚拟校园是校园信息化建设的重要组成部分。传统的虚拟校园大多建立在二维地图及影像资料上，难以满足当代校园在对外宣传、对内引导、校园规划、信息化管理等方面的需求。而最新的虚拟现实技术具有真实感强、可交互、多设备兼容等特点，将其应用于虚拟校园的建设中可弥补传统虚拟校园固有的不足，

针对上述背景，本文利用虚拟现实技术，使用3D Max进行三维模型构建，借助Unity3D构建出虚拟场景，并通过c#编程，引入相应的控制逻辑，构建出了兼具真实感及交互性的虚拟校园。虚拟校园支持漫游、导航等操作，并可部署在不同平台上，为校园宣传、规划、信息化管理等方面提供服务。

2 系统设计

2.1 構建流程

系统开发过程中以软件工程方法学为基础，以实际需求为导向，设计系统内各模块的功能。系统的开发流程主要分为三个部分：模型构建、三维虚拟场景搭建及控制逻辑的引入。此外，开发完成的系统还可部署于不同平台之上，具备跨平台兼容的特性。图l给出了系统开发的主要流程。

2.1.1 模型构建

三维模型的构建方法日渐趋于成熟。Autodesk公司推出的3D Max软件，为快速构建三维模型提供解决方案，是目前最流行的三维建模软件之一。

要构建三维模型，首先需获取模型的参数信息。通常地，可通过建筑图纸、实地观测、卫星地图测距等方式获取到场景内模型的坐标及轮廓信息。本文采用卫星地图与实地观测组合的方法进行参数化建模。3D Max支持多边形建模、NURBS曲线建模、面片建模等多种建模方式，其中，以多边形建模最为常用。多边形建模以点、线、面为操纵对象，通过对网格模型的编辑，将基本的几何体转换为目标模型。

2.1.2 三维虚拟场景搭建

随着虚拟现实技术的不断发展，用以VR系统开发的软件平台及建模语言亦应运而生。近年来，Unity Technologies公司开发出了Unity图形图像引擎，使得建筑可视化、实时三维动画的创建变得简单易行。模型构建完成后，只需将其导入Unity3D并以可视化的方式完成场景中对象的布局即可完成三维虚拟场景的搭建工作。

为增强虚拟场景的真实感，需要对场景中的对象进行进一步的配置。例如，在真实世界中，是不允许对象之间随意穿行的，根据这一规则，需为虚拟场景中的对象添加碰撞检测机制以避免刚体间的穿行现象。

2.1.3 控制逻辑的引入

通过控制脚本，可以方便地操作虚拟场景中的对象，以达到人机交互的目的。Unity支持以C#及JavaScript编写控制逻辑。从功能上划分，控制逻辑可分为：漫游逻辑（定义了系统内角色的漫游行为，如漫游的方式、漫游的速度等）、导航逻辑（角色的导航方法）、交互逻辑（主要包括用户与界面的交互、角色同系统内对象的交互）等。

2.2 功能分析

2.2.1 手动漫游

手动漫游即通过外部设备的控制信息操纵系统内角色的移动。在虚拟场景中，可使用键盘的“w”“A”“S”“D”键控制角色的移动，按下鼠标右键并拖拽可进行视角的旋转，按下空格键可以进行跳跃。在漫游过程中，角色碰到障碍物要停止前进。本系统使用了Unity3D中自带的的第一人称角色控制预设体，其中定义了角色的移动、跳跃、降落时的加速度等信息，使得角色的移动过程具有真实感。

2.2.2 自动漫游

自动漫游是在漫游事件触发后无任何输入的情况下，允许角色沿着既定路线进行漫游。可通过用户界面层的组件以触发自动漫游功能，角色会自动按照预置的路径进行移动。自动漫游功能的实现借助了Unity3D中的外部插件一行为树来实现，其主要应用于系统内对象的AI行为控制，通过对行为树上节点的组合，可以实现对角色的控制。

2.2.3 虚拟导航

虚拟导航指的是以角色的当前坐标点为及目标点为输入，通过对应的导航方法，生成从起点到目标点的路线，该功能也是通过行为树实现的。与自动漫游不同的是，进行虚拟导航首先要通过Unity3D烘焙出场景的导航网格。为简化操作、降低使用门槛，可在场景中预先生成静态的地图，外部使用者仅需以可视化的方式选择地图上的目标位置即可进行导航。

3 系统实现与测试

基于上述构建方法，本文以华北电力大学为例，构建出了三维虚拟校园，如图2所示。

4 结语

基于本文设计方法的虚拟校园使用3DMax进行模型构建，并借助Uniry3D三维虚拟场景的搭建。此外，控制逻辑的引入解决了外部使用者与虚拟场景的交互问题。构建出的虚拟现实交互系统效果逼真，且兼具实用性。然而，该方法仍存在一定的局限性，如系统的功能相对单一、且数据不具备持久性，在今后的研究中，丰富交互逻辑、与数据库连接实现数据的动态存取将会是重点。

参考文献

[1]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学（F辑：信息科学），2009 （01）： 2-46

[2]潘飞，王继成，高等学校虚拟现实全景技术开发与实践[J].沈阳农业大学学报（社会科学版），2017，19 （06）： 673-677.

[3]张丹，华北科技学院虚拟校园漫游系统的设计与实现[D].电子科技大学，2012.