虚拟校园漫游系统的设计与实现

张凯

摘要：虚拟现实技术是信息化数字校园建设的一项重要技术，本文围绕淄博职业学院虚拟校园项目为研究对象，对虚拟现实技术中的动画技术进行分析，结合MAYA 动画软件的的应用，进一步改进和完善三维动画技术，运用untiy平台整合虚拟现实技术、图形图像技术、三维动画技术，构建虚拟校园的结构框架及功能模块，实现虚拟校园交互式导航与网络发布和运行。

关键词：淄博职业学院；虚拟现实技术；三维动画技术

一、本文研究的背景及目的意义

利用计算机三维技术和互联网技术，对学校各种资源进行收集、整理、制作、组合、优化和传播，完成校园资源的数字化和信息化，提高淄博职业学院校园信息化建设的水平。通过对校园三维景观和教学环境的数字化和虚拟化，在网络上真实的再现校园优美的场景，真实的反映淄博职业学院的人文气息，丰富我校对外宣传的手段，提高学校的知名度，让来访者足不出户就可浏览校园风光和有关介绍信息，体验身临其境的感受。通过对学校资源的数字化和信息化，为学院以后的校园规划、基建建设提供辅助，提高校园管理的现代化水平。

二、国内虚拟校园建设研究现状

自从1998年，浙江大学建成国内第一套用于虚拟现实技术的CAVE系统之后。国内的985、211院校大多数已建成了虚拟校园系统，清华大学、北京理工大学、山东大学等高校的虚拟校园主要分两种类型。一类是三维虚拟俯视地图，如下图1所示，采取3ds Max/Maya建模，斜45度渲染的三维地图，并通过切片技术加载到展示系统中，极大的提高了地图的加载速度；二类是三维虚拟漫游系统；采取3ds Max/Maya建模，360度展示地图信息，犹如身临其境。目前，山东地区70余所高职院校还没有建设自己的虚拟校园系统。

三、虚拟校园系统的构建

1.设计思路

淄博职业学院虚拟校园的设计打破三维虚拟俯视地图或三维虚拟漫游系统单一展示的功能，实现了三维虚拟俯视地图和三维虚拟漫游系统结合，进行位置的跟踪定位功能，用户既可在三维虚拟俯视地图浏览学院概貌，也可在三维虚拟漫游系统体验学院真实的环境。

2.总体规划

“虚拟校园”主要由界面设计、校园模型建模、信息数据输入、系统交互四大模块组成，它们主要通过漫游子系统、导航子系统、平台操作子系统来实现：

（1）漫游系统。漫游系统依托学院真实环境中的所有室外建筑物的虚拟表现，重点介绍学院基本概况及教育教学，我们结合校园室内建筑及学院概况划分虚拟教学院系展示、虚拟教学楼展示、虚拟学生公寓展示、虚拟校史馆展示、虚拟校园交通展示等9个漫游的展示，采用Untiy三维互动仿真平台。运用Untiy虚拟现实编辑器、Untiy 二次开发软件包、Photoshop绘图技术、Maya动画技术完成漫游系统的开发。

（2）导航系统。导航功能主要包括组织机构、教学院系、教学楼、学生公寓、服务设施、校史馆、校园交通、获奖荣誉9个导航系统。

（3）校园平台操作设置。控制键：键盘方向键及A、S、D、W键：控制前后左右行走；键盘QE键：控制高度；鼠标中间滑轮键：控制前后平移；按住鼠标左键移动鼠标：控制上下左右视角；键盘C键：显示相机列表。

3.技术路线

（1）项目开发主要包括5个流程：数据采集—>Photoshop图片处理—>CAD图纸的处理—>3Ds Max建模—>漫游引擎的制作。实现的功能主要包括：机构设置、楼宇场馆、校园服务、校园漫游、迎新服务、招生咨询等栏目的定位与介绍。

（2）数据采集阶段：是系统开发的基础，包括建筑图纸图纸的获取、建筑实景照片的拍摄、校园建筑信息的收集。

（3）建筑图纸处理阶段（应用软件：CAD）：将得到的CAD图纸进行整理，分层导出校园平面图、建筑轮廓图、校园道路图、植被分布图等。

（4）图像图像处理阶段（应用软件：Photoshop）：将拍照得到的建筑物图片进行处理，制作模型的贴图、纹理材质，以及进行地图系统界面的设计。

（5）三维动画阶段（应用软件：3Dmax、Maya）：运用整理后得到的CAD图纸进行建模，包括地形模型、建筑模型、环境模型、装饰物的建造。

（6）编程设计阶段（应用软件：Untiy3D）：系统制作的最后阶段，主要是将建造的模型经过纹理贴图后进行系统功能和界面的制作。

4.技术特点

本系统具有友好的可视化界面，用户可以通过操作鼠标和键盘实现对整个校园场景的浏览或漫游。具体可分为两个方面的进行浏览：一方面，用户可以三维平面地图中通过导航图点击想要到达的地点，实现三维平面自动漫游。另一方面，用户可以通过点击导航下三个校区的按钮切换到校区的自由相机视角，实现三维虚拟实景地图自由漫游。

本系统最大的优势在于它实现了对我校的二维和三维立体结合多方位展示的功能，传统的校园展示大都是以二维图片、影视图像为基础的，这显然已经不能满足学校对外招生宣传、校园展示等方面的要求，而本系统集二维平面地图和三维场景于一体，可使用户具有身临其境的感觉。虚拟校园的漫游具有广阔的应用领域。首先，它可以个更好的展示校园风采，可以为学校所用。再就是，掌握了这项技术可以开发房地产全景漫游、工业园全景漫游甚至城市漫游，潜在市场价值巨大。

5.功能特色

（1）本系统集三维平面地图和三维漫游系统于一体，打破传统地图单一展示功能。传统的校园展示都是建立在二维平面图片以及视频影像的基础上的，这显然已经不能适应新时代校园的展示。本系统集三维平面地图和三维漫游系统于一体，是用户能对校园场景有一个更为直观、清晰的认识，用户可以通过漫游浏览校园各个学区，能产生身临其境的感觉，相比传统那个的二维展示更加科学先进，用户即可在三维平面地图浏览学院概貌，也可在三维漫游系统中浏览学院真实的环境。

（2）丰富的应用接口功能。三维虚拟校园系统具有良好的开放性，该项目通过Unity可发布到Windows、Phone 8、BlackBerry 等9个不同的平台，该系统可直接嵌入到学院的网站，可接触摸屏，还可以接手机、平板电脑支持多平台发布。

（3）优化领导管理。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园规划、建设等能够全局掌控。

6.项目创新点

对校园场景进行三维立体、多方位、交互式展示。传统的校园展示都是建立在二维平面图像或视频影像的基础上，这种表达方式性能单一、交互性差；而我们所构建的三维数字校园是利用虚拟现实技术将真实的校园场景通过数字化模型再现到计算机中，用户对所构建的三维虚拟场景可以进行自由漫游，交互性强。

四、结束语

通过建设虚拟校园漫游系统，可以使用户在计算机上利用浏览器实现交互式漫游，用户通过空中俯视、底面浏览等方式实现对虚拟学校虚拟场景的交互式漫游，这种交互式漫游允许用户随意手动控制漫游或控制相机的位置和视角。使用户在使用虚拟漫游系统所创造的虚拟学校环境中有很强的真实感，并可以对虚拟学校的环境中的相关建筑物进行访问，查看，和移动等功能，并可以进入数学楼内部。该系统可以为学校树立一个全方位的，直观的形象，对学校知名度的提升和校园数字化管理向着现代化和技术性方向发展有显著的推动作用，这些是学校智慧校园的一个重要组成部分。

参考文献：

[1] 吴迪.虚拟校园漫游系统的研究与开发.天津大学，2007

[2] 黄莹莹、彭敏俊，许岷基于虚拟现实的数字校园漫游系统的设计与实现应用科技，2005