基于Unity3D的水污染控制工程多媒体课件开发

刘嘉夫　齐昕　李前杰　熊鹰　马焕春

摘 要 虚拟技术在许多领域有着广泛的应用。通过三维软件实现建模和贴图，基于Unity3D研究交互式三维多媒体课件开发中的关键技术及具体解决方法，开发出场景逼真、控制灵活、不受观测角度的限制、随时可以拆解模型的交互式三维多媒体课件系统。

关键词 水处理；Unity3D；交互控制；多媒体

中图分类号：TP391.9；G436 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）04-0098-03

1 引言

水污染控制工程课程是学习水处理工艺、水处理构筑物构造的一门重要的专业课程。水处理厂是一个非常复杂庞大的系统，传统的教学方法是通过展示图片、动画来表现水处理构筑物的构造及运行状态，传统的二维平面设计不能清晰直观地显示水处理构筑物的构造及水流运动情况。自三维虚拟现实技术出现以来，通过利用三维虚拟现实开发各行业的仿真系统越来越多，但大多数集中在军事、医疗、房地产和机械制造等行业[1-5]。由于水处理工程通常规模大，内部构造复杂，并且需要展示水与构筑物的相互关系，当前水污染控制工程课程教学中三维交互式课件非常稀有。

Unity3D是一个近几年新兴的多平台的专业游戏引擎，可以实时处理大量的三维模型，其中尤其是创造高质量3D视觉效果，同时支持C#、Java script等多种脚本语言[3]。本文以Unity3D作为虚拟现实开发平台，基于Unity3D开发流程设计并实现水污染控制工程多媒体课件系统开发所需要的漫游控制、贴图渲染、交互控制和动态模拟等关键技术。

2 交互式三维多媒体课件开发

基于Unity3D的交互式三维多媒体课件开发流程包括场景三维模型建立、贴图渲染、交互控制脚本编写、模型动态模拟控制和软件发布测试。

场景建模技术 对于场景建模有两种方式，一种是利用Unity3D本身的功能建模，另一种是从外部导入模型。 Unity3D本身的建模功能较弱，主要是建立基本模型体以及碰撞体；通过外部专业建模软件，建立的模型精度高，一般需要导出为fbx格式。需要特别注意的是，建模的单位转换和竖直坐标的转换，在外部建模软件中一般以m作为建模单位，这样导入Unity3D时可以不用做模型比例的调整，在导出fbx文件格式时需要把y轴作为向上轴。

贴图渲染技术 模型制作完毕后，需要对模型进行贴图处理，水处理构筑物一般为长方体形状，因此在贴图时采用四方体贴图坐标即可满足。多媒体课件能否形成逼真的视觉效果，取决于光照渲染效果的好坏，所谓“三分建模，七分渲染”，正是这个道理。在Unity3D采用漫反射材质，通过内置的Beast烘焙工具，Beast烘焙工具可以根据网格物体、材质贴图和灯光属性的设置来烘培场景，从而得到完美的光照贴图。由于课件中的水处理构筑物需要实时剖切展示内部构造，因此在烘焙渲染时只对模型所处的空间进行Light Probe动态光探头烘焙，Light Probe会记录空间中的光照强度，可以让动态物体在烘焙好的场景里面受到光的照射效果产生实时阴影，如图1所示。

交互控制技术 交互控制技术是三维多媒体课件关键，建立灵活操控的摄像机观察控制系统，需要用Java-Script、C#等脚本语言编写控制代码。通过鼠标按键操控可以使视角随意改变，并且能深入到构筑物内部进行查看。实现思路：摄像机观察控制系统功能的实现需增加一个JS脚本文件，并加载在摄像机物体上，通过代码实现控制鼠标操纵反馈，具体实现过程如下。

3 结语

通过三维交互式多媒体课件可直观地展现水处理构筑物的结构及控制过程，此手段弥补了在水污染控制工程课程教学中观测角度不全面、内部构筑物难以观察等不足，使抽象的概念得以具体的表达，能促进水污染控制工程课程教学方法的改进，提高学生学习兴趣，提高教学水平。

参考文献

[1]干建松.基于Unity3d的室内漫游仿真系统[J].淮阴师范学院学报：自然科学，2011（6）：515-518.

[2]闫海艇，高淑娟，洪玉玲.基于Unity的虚拟现实技术在井下仿真中的应用[J].煤矿安全，2013（8）：99-101.

[3]倪乐波，戚鹏，遇丽娜，等.Unity3d虚拟展示技术的研究与应用[J].数字技术与应用，2010（12）：54-55.

[4]陈洪，马钦，朱德海.基于Unity 3d的交互式虚拟农业仿真平台研究[J].农机化研究，2012（3）：184-186.

[5]李姝博.虚拟现实技术在职业教育中应用的理论研究[J].辽宁高职学报，2013（7）：13-15.