基于Unity3D和PCS的虚拟化校园开发技术的研究与应用

朱向洋　涂心浩　王华宇

摘要：该文主要介绍开发一个基于Android智能手机的虚拟化校园模拟平台。通过虚拟化校园，新生及家长能够通过Android手机App进行校园环境熟悉，相比纸质材料和新闻媒体更加直观和全面；PCS（百度个人云存储）可以帮助在校师生轻松进行信息存取、共享，解决信息碎片化问题。

关键词：Unity3D；PCS；虚拟化校园；Android

中图分类号：TM83 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）17-4156-03

每年各个高校为了招生宣传、迎接新生等印制大量的纸质宣传手册和指导手册，不仅造成了资源的浪费，人力的损失，也造成了环境的污染。虚拟校园作为虚拟现实（Virtual Reality）技术应用的一项重要领域，很好的解决了上述问题。目前，虚拟化校园技术成为现在各高校关注的焦点，在我国迅速发展。但是其多是基于 PC 机上运行的，由于 PC 机在空间和时间方面的限制，人们往往无法随时随地进行虚拟校园的可视化查询和检索，不能获得及时的、良好的视觉交互体验[1]。

随着信息技术的发展，信息碎片化问题日益加剧，为了解决信息碎片化问题，诸如百度云盘、金山快盘等云盘技术迅速发展，实现了个人信息在“云”与“端”以及“端”和“端”之间同步的问题，它们均作为一个独立的App安装在手机上，灵活性较差，无法和用户常用的App进行集成。

本文将利用PCS（Personal Cloud Storage， 个人云存储）技术，将云存储服务作为一个独立子模块集成到虚拟化校园软件中，实现信息的随时存取和虚拟化校园浏览。除此之外，本软件还添加好友聊天子模块，方便学院官方对用户提供咨询服务。

1 虚拟化校园

3D 虚拟校园的概念最初由虚拟世界发展而来，虚拟世界是用户以3D 虚拟形象参与其中，进行创造、生产、交换、交流、娱乐与生活的桌面虚拟现实系统[2]。虚拟校园系统可直观展示校园、可利于招生宣传、方便新生提前熟悉校园环境、可方便学生学习生活、可利于优化管理等。其直观、立体的特点，可作为数字化校园的基础平台，成为老师、学生、家长之间三者沟通的数字化平台。

虚拟化校园，更确切的说为全三维虚拟化校园，不同于全景图。全三维虚拟化校园采用建模与程序驱动相结合的方法设计虚拟校园系统。采用建模工具，如3DMax、Maya等，对校园中的建筑物、花木等进行真实的建模，并进行渲染、烘焙以及贴图制作；选用虚拟现实软件，如Unity3D、Vega Primer、OpenGVS 等进行模型驱动，结合脚本编程技术，实现人性化的交互。[3]

Unity3D作为一个跨平台的全面整合的专业游戏引擎。利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件。Unity3D 通过自身优秀的粒子系统可以更真实的模拟现实世界中的物理现象，为全三维虚拟校园良好的现实感开发提供有力的技术支持，性价比较高， 开发方便，并且可以发布成网页浏览的方式， 用户不需要下载客户端， 就可以直接体验。

本文论述的虚拟化校园采用模拟实体校园的设计方法，使用3D Max进行学院楼宇的模型建设及立体模型建设，将3D max所建校园模型导入到Unity3D工程并对校园模型进行加工和数据分析、细节处理及代码的撰写形成动态模型，通过Unity3导出.fbx格式，然后导出为Android源码，最终Android源码中编译生成APK文件。

2 PCS（Personal Cloud Storage， 个人云存储）

随着云技术的发展，面向个人的云存储平台已得到用户广泛认可，如国外的Dropbox、Google Drive、iCloud，国内的百度云盘、金山快盘、115网盘等[4]。通过网络随时随地存储个人的资料文档，并将其传到云端已成为一种潮流。

随着智能手机的性能不断提高和移动互联发展不断深化，云存储渐渐从PC端向移动终端转移，产品功能的设计也越来越强调移动化。PCS支持多种文件类型，并根据文件格式类别分类，与移动终端的设计思路类似，让用户更容易管理文档，推出一系列子应用，增加了用户粘性[5]。

区别于常用云盘，PCS是为开发者提供的，并不是直接面向App用户，开发者开发的应用（第三方应用）访问个人云存储数据时，必须经过基于OAuth2.0的百度授权和用户认证。授权成功后，百度PCS将用户和数据通过非常安全的方式发送给第三方应用。这样，用户就可以像使用百度官方提供的应用一样，方便安全的使用第三方应用处理用户数据。

本软件利用PCS技术，用户可以将自己文件同步到云端进行存储，实现私有信息保存，同时可以将同步信息设置为共享，方便其他用户使用。

3 基于Unity3D和云计算的虚拟化校园

Google公司推出的Android智能手机平台系统，以其开源、开放和优异便捷的开发架构，成为在移动终端搭载虚拟化校园的首选之一，下面将详细阐述该软件架构及主要功能。

3.1 系统架构

3.2 系统功能

3.2.1 登录模块

该软件客户端分为PC端和移动终端。PC端由两类人群构成系统管理员和学院工作人员。系统管理员，可以查看除用户私有文件以外的所有信息，具有本系统的最高权限。学院工作人员由系统管理员分配，负责处理常见问询工作。

移动终端共分为三种用户，分别为游客、学生和老师。其中游客没有云服务的功能，用户可以虚拟校园漫游、好友聊天和向学院专用账号进行问询，不能同步自己的文件到云端，但可以下载云共享的内容。

该软件在使用中必须在线使用，用户需要先登录再使用。游客需要注册后，以游客的身份登录。而在校师生无需注册，由系统管理员统一按工号和学号分配，通过自己的学号或工号登录即可。

3.2.2 全三维虚拟校园模块

该模块作为该软件的重要组成部分，浏览方式采用菜单浏览和滑动浏览相结合的方式。用户可以从学校大门开始逐步向校园里面走动，也可以根据需要选择特定地点为出发点，比如图书馆、体育馆等等，然后在通过滑动屏幕逐步移动。

3.2.3 好友聊天模块

好友聊天模块显示的分组默认包括学院的专用账号，提供广大师生及游客的问询工作，此分组不允许用户修改或删除。除此之外，允许用户进行创建分组、删除分组、添加好友、删除好友。添加好友是时既可以通过账号添加，又可以通过扫描二维码添加。

好友聊天分为一对一和群组聊天。学院专有账号可以进行学院官方信息广播，一般用于学校通知或公告等。该功能如果和学校的数字化校园信息管理系统实现接口互联，可实现数字化校园中的消息推送功能。

3.2.4 PCS云服务模块

PCS提供公有云服务，除游客以外的移动终端用户可以编写自己文件，并将其同步到云端进行托管数据保存，还可以将一些共享资料或文件上传到对于其他用户可见的公有云端，提供他们下载使用，实现数据共享。

4 对Android平台下校园交流软件开发引起的思考

4.1 Android平台本身存在的问题

Android凭借着自身的五大优势：开放性、挣脱运营商的束缚、丰富的硬件选择、不受任何限制的开发商、无缝结合的Google应用，在短短的几年内占据了近八成的手机市场，然而正是它自身的优势阻碍了自己的长远发展，碎片化严重、Android版本的问题、在厂商定制系统上运行的应用兼容性问题成为了当前Android开发者们关注的热点。

4.2 Android平台的处理速度问题

该软件的模型数据通过建模软件直接写在程序中，渲染产生大量数据，对硬件条件的要求较高，目前高校部分学生，特别是新生手机的配置普遍低于软件配置要求。使得学生使用虚拟校园的效果受到不同程度的影响，特别是图像的显示质量及效率上。所以，需要在计算机的价格与使用效果之间做一个平衡。

5 结束语

本文较为详细的阐述了基于Unity3D和云计算的虚拟化校园的关键技术和工作流程，虚拟校园模块同过3D Max和Unity3D联合建模的方式进行校园模型建立，通过Unity3D引擎实现可视化的交互的体验。云服务模块较为方便进行私人信息存储和资源共享，托管服务，简答便捷。好友聊天和学院专用账号问询可以较为方便用户之间联系，对于游客及新生提前熟悉校园环境起到重要作用。

随着移动互联的发展和3D虚拟校园研究的进一步深入，将会有越来越多的高校加入其中，虚拟化校园也从起初的静态校园环境虚拟向教学活动上转移，3D课堂、支持合作化的团队学习功能、虚拟化讲座等等将不断呈现在我们大学的学习生活中。虚拟化校园也会迎来移动终端占据主流的时代，这同时也需要虚拟化校园建模时要简化图形和导航、交流工具及交互形式等从而适应手机等移动设备的技术特点。

参考文献：

[1] 王运.基于手机 Android 平台的虚拟校园漫游系统的设计与实现[D].北京：北京工业大学，2013.

[2] A. J. Kelton.Second Life： Reaching into the Virtual World for Real -World Learning[J].ECAR Research Bulletin，2007（17）.

[3] 蔡兴泉，李杰，李晋宏.虚拟校园在线系统中的导航技术[J].Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Computational Intelligence and Industrial Application（Volume 9） 2010.

[4] 贺博，王欣.个人云存储市场发展状况分析[J].现代电信科技，2012（8）：11-14，19.

[5] 杨镒菲.基于云存储的分布式全文检索系统的设计与实现[D].华南理工大学，2012.