基于3DS Max和Unity 3D的虚拟校园漫游系统的实现

基于3DS Max和Unity 3D的虚拟校园漫游系统的实现

张慧 朱美超 唐赫晨 乔泽 牟义强

沈阳航空航天大学

摘要：基于3DS Max软件和Unity 3D开发工具，并通过场景模型的构建以及利用虚拟现实技术和网络技术，本文主要研究具有交互功能的虚拟校园漫游系统的实现。该系统包含场景环境的模型展示和虚拟漫游功能。使用该系统可以使浏览者对目标场景更加熟悉,增加用户对目标场景的兴趣,具有一定的趣味性和实用性。

引言

近几年随着计算机技术的发展，校园信息化建设也快速发展，而虚拟校园是其中的重要组成部分。虚拟校园漫游系统基于虚拟现实技术和网络技术，相比与传统的虚拟校园更加直观形象，具有良好的交互性，并能够给使用者一种逼真、身临其境的感觉。

本项目通过实地调研，查取校园相关卫星地图来获取校园及其周边场景图像，再通过CAD、3Ds Max人工建模，完成虚拟场景的建造，从视觉上直观地、详细地展示学校面貌,并进一步Unity 3D实现虚拟漫游。浏览者通过电脑就能身临其境感受到优美的校园风光、良好的教学环境，而使用虚拟漫游功能，标示出每个建筑物的功能、办事流程以及联系人等，方便了解更多的校园教学资源。

1.虚拟校园漫游系统的总体设计

1.1设计工具选择

本项目实现目标为构建具备交互功能的虚拟校园漫游系统，将采用AutoCAD绘图软件。AutoCAD软件是由美国欧特克有限公司（Autodesk）出品的一款自动计算机辅助设计软件，可以用于绘制二维制图和基本三维设计，通过它无需懂得编程，即可自动制图，因此它在全球广泛使用，可以用于土木建筑，装饰装潢，工业制图，工程制图等多方面领域。同时，选用3DS Max软件作为建模工具，该软件是目前世界上应用最广泛的三维动画渲染和制作软件，它具有丰富的建模功能和灵活的插件架构，经常被视频游戏开发者，电视电影工作室和建筑可视化工作室使用。此外，利用开发工具——Unity 3D软件来完成人机交互，从而实现网络环境下虚拟校园的漫游。

1.2设计思路与制作流程

本虚拟校园漫游系统的整体设计框架主要包括以下几个方面：（1）建立校园地理相关场景信息数据库：做好前期数据采集工作，为后期工作顺利推进做好准备。（2）定位定姿数据的筛选和处理：建模之前对测量数据进行统筹规划，有层次有结构地划分区域和种类进行整理。（3）CAD图纸平面绘制：参照测得数据以及拍摄照片，落实CAD图纸绘制工作。（4）三维模型的建立及整合：在3DS Max软件中导入CAD底图，制造出建筑模型。（5）虚拟漫游系统的交互设计：通过Unity 3D软件对建模模型赋予交互功能，构有交互性的虚拟校园漫游系统。

系统设计流程图

2.详细设计

根据上述的设计流程，以下将对虚拟校园漫游系统的具体实现过程作进一步详细阐述。

（1）建立校园地理相关场景信息数据库。

通过查取校园的相关卫星地图，获得校园最全面的整体信息。再通过使用数码相机，在校园各个角落拍摄图片，获得更加细致、准确的建筑细节信息以及建筑相对地理位置信息，并利用在皮卷尺等工具准确测出校区建筑的外围数据，详细记录校区道路宽度、设施所处方位等相关信息，为后期工作的顺利推进提供全面、可靠的数据。

（2）定位定姿数据的筛选和处理。

虚拟校园场景要展现校园的真实环境,场景中需要建模的物体相当繁多,是一个细致而繁重的过程。为此,建模之前要对数据进行统筹规划,有层次有结构地分清重点,明确需要完成制作的各个子模型任务。按照划分的区域和种类整理素材,为后期建模和贴图等做好准备工作。

（3）CAD图纸平面绘制

绘制CAD图纸是虚拟校园漫游系统设计过程中一个重要的环节，其制作好坏直接影响到后期3D模型的建立甚至访问者在虚拟校园漫游系统中的使用体验。本系统采用AutoCAD 2007进行图纸绘制，为后期建模做准备。

（4）三维模型的建立及整合。

校园场景中的各种建筑模型非常多, 因此场景的建模过程是一个复杂繁琐的过程, 在制作过程中需要做的细致、精细, 对个建筑模型和环境进行不断的设置, 建立良好的模型环境。场景建模时注意要点:

1　以大批量的实景照片为基础，在材质处理（PS）技术的协助下，科学、合理地处理贴图材质的颜色、外形以及规格尺寸等，规范地落实仿真处理任务。

2　虚拟校园场景要展现校园的真实环境,场景中需要建模的物体相当繁多,是一个细致而繁重的过程。建模前,要先将整个校园进行分割,按照之前收集好的数据,完成虚拟场景的建模。

3　分清重点, 减少工作量。 对于虚拟场景中植被及其他辅助道具模型，如路灯、展牌等，在建模过程中可粗路建模或用纹理贴图实现。

4　对模型进行优化，充分的优化可以减小最后网络文件的大小，利于用户浏览。

（5）虚拟漫游系统的交互设计。

模型建立完毕，虚拟校园的静态场景就此完成，接下来需要给系统增加交互功能以达到漫游的实现。将建好的三维立体虚拟校园模型导出成FBX格式，再放入Unity3D中，编写C#脚本文件，再通过使用Unity中的Animation编辑器组件实现相机漫游功能。在项目中放置Camera以达到建立多视角漫游的目的，以此实现人机交互功能。

在场景驱动中需要注意的就是碰撞检测，碰撞检测是模拟物体遇到障碍时发生的物理反应，其实就是当人物碰到建筑物的时候会停止前进或者会在距离建筑物一定距离时就停止，一旦人物在漫游过程中直接越过了建筑物，那么就会产生失真的现象。可以通过给物体添加碰撞器（Collider）组件，并调整碰撞器的形状和大小来使物体发生碰撞时不移动。同时，也可以通过调整物体的rigid body（刚体）组件来控制碰撞后物体的运动方式。

总结

本项目采用3DS Max软件和Unity 3D开发工具设计实现一个虚拟校园漫游系统，并建立虚拟校园场景。让使用者在虚拟的校园场景中来漫游，使用者可以对校园文化获取直观的感受，对校园内的建筑物分布位置进行了解，更详细地了解校园规划，从而进一步促进了学校的建设和进一步发展。建立虚拟校园漫游系统是全面构建智慧校园的基础，对智慧校园的建设具有重要的意义。

参考文献

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[3]屈宇轩,王俊洁.基于虚幻引擎的3D虚拟校园漫游系统建设[J].电子技术与软件工程,2018,(12):142-143.