张利群

[摘要]  重点探讨以3ds Max和Unreal Engine 4为工具来构建VR虚拟校园系统，结合校园全景拍摄的素材，重点阐述了系统关键功能的设计与实现，包括3ds Max中的三维模型的建立、材质贴图等，以及在Unreal Engine 4中的场景、界面以及交互功能的设计与实现，最后利用Unreal Engine 4自带组件进行系统的功能和性能测试，实现了VR虚拟校园。

[关键词]  VR;3ds Max;UE4;建模;虚拟校园

[中图分类号]  TP391.9                    [文献标志码]  A               [文章编号]  2096-0603（2021）37-0150-02

VR（虚拟现实技术）主要指包括计算机、电子信息、仿真技术于一体，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。虚拟校园，就是将现实中学校的教学环境和校园的三维建筑以及景观利用先进的技术在计算机中虚拟地再现出来。虚拟校园不仅能够构建一个三维的逼真的校园环境，还可以挂到学校网站上，让远程用户下载或者直接观看。有了虚拟校园，学校的对外宣传就不再仅仅局限于文字、图片等传统的宣传方式，它能够更加直观地将学校的情况展现在用户的眼前。通过三维、全景构建的VR虚擬校园系统建设成功之后可以在以下方面发挥重要作用：

1.满足用户网上虚拟校园漫游，使用户更直观地了解校园的布局。

2.在招生宣传工作中发挥作用，方便新生对学校情况进行了解。

3.辅助学校进行校园规划，对于校园信息管理、规划、建设等能够全局掌控。

4.学生通过实时参与到系统的开发和设计，了解了VR制作的流程，更好地学习和应用专业知识。

通过三维、全景构建VR虚拟校园系统，使用合适的开发工具可以提高构建的效率。在构建过程中，遵循规范的开发流程可以确保按时、保质、保量地完成预期效果。

一、开发工具选型

构建VR系统，可以选择的开发工具包含Unity、Unreal、CryEngine、Lumberyard、UE4、3ds Max等，综合考虑虚拟校园需要实时渲染真实效果、物理属性逼真的特点，选取3ds Max和UE4作为工具。其中，3ds Max用来构建三维模型，UE4用来制作和渲染VR效果。

3ds Max是Autodesk公司推出的一款强大的三维动画软件，它在工业产品设计、室内外建筑效果表现、影视广告、动画、游戏制作等方面得到了广泛的应用，是目前最流行的三维软件之一。

UE4（虚幻引擎4）是Epic Game公司开发的3A级引擎，它不仅包含各类工具与资源， 还开放了源代码，由上至下提供了一个完整的生态系统。UE4基于C++开发，它可以运行于Windows、Mac OS、Linux等各种不同的桌面操作系统，iOS、Android等移动便携平台，以及其他的一些游戏平台。通过各种渠道进行封装发布将应用的范围涵盖到了游戏、影视、工业制造、房地产、国防军事、公共医疗卫生、公众事业等各个专业领域。

二、开发流程

VR虚拟校园开发流程需要考虑VR制作过程中各步骤的前后关系，以及各角色关注的内容和分工，在实践过程中不断梳理和优化。

（一）全景拍摄

全景拍摄是指以某个点为中心进行水平360度和垂直180度拍摄，将所拍摄的多张图拼接成一张长度与宽度比为2：1的图的照片拍摄及图片拼接的方法。

首先带领学生在晴天的中午或者周末的上午利用鱼眼镜头和三脚架对校园的各种主要建筑进行拍照，再利用PTGUI软件进行拼接得到校园的全景图。

对于校园里的一些不是非常具有立体感的物体，可选择不用3ds Max建模，等后期直接在UE4中通过将这里拍摄的全景图贴图到球体或者其他几何体来实现VR虚拟校园的部分效果，可以减轻很多的工作量，看起来也更加真实。

（二）在3ds Max软件中建模

三维建模技术是整个虚拟校园系统建立的基础，它处于非常重要的地位。它的研究有助于提高虚拟环境的真实感、实时交互的速度以及实际交互的可操作程度，使所构建的校园环境更加直观，让用户感受到真正的“身临其境”。在真实的世界里，人感受到的是三维信息，所以三维建模技术是虚拟现实技术所必需的，它是虚拟现实技术的底层，也是所有应用中的一个非常关键的步骤和技术，模型的准确度、虚拟场景的真实性往往直接关系到整个案例的成败。

在本研究中先对学生分配任务，让每个人负责不同的建筑物，并认识到各种任务模型的重难点和需要注意的地方，再分别将前面拍摄的一些照片导入3ds Max作为建模的参考，通过3ds Max快速创建校园的建筑和环境模型，最后导出成FBX格式的文件。

在建模过程中应注意如下几点事项：

1.建模过程中，应考虑工作量，对于不太重要的元素，可以用纹理贴图实现，尽量采用标准几何体建模，而且要尽量做简模。虚拟现实中运行的画面每一帧都是靠显卡和CPU实时计算出来的，如果模型的面数太多，会导致运行速度急剧下降，甚至无法运行;模型面数过多，还会导致文件容量增大，在网络上发布也会导致用户下载时间增加。

2.提前将场景中所有的材质由VRay材质转换为3ds Max的默认材质。虽然VRay材质在使用中能够获得更加准确的物理照明和更快的渲染，但由于VR虚拟校园的后期制作会在UE4引擎中完成，而UE4不支持VRay材质。