虚拟现实技术在高校校园的应用

张姣姣

摘要：论述了虚拟现实技术应用于高校校园的可行性与必要性，以天津科技大学泰达中部校区为研究对象并制作3D校园的虚拟游览平台，通过实践总结虚拟现实技术在校园应用的意义与发展前景。

關键词：虚拟现实；虚拟校园；游览平台；交互技术

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）34-0251-02

目前，虚拟现实技术是当今现代社会中所研究的热点。从刚开始的无人问津到现在的“全民VR”的转变，这些都表明着虚拟现实技术在国内乃至世界上都有着进步。而虚拟校园技术作为虚拟现实技术的子技术，它的使用在教学领域中有着重要的地位[1]。虚拟校园技术应用在学校内，是可以使用的一种三维地图，查看或标注在校学生熟悉的地方，360度的展示了实景，动一动鼠标就能在网上看到学校最为真实的求学环境。有关学校简介、专业介绍、师资力量、高考招生信息丰富，帮助学生家长选择大学、选择专业[2]。相比传统的平面地图，虚拟校园提供“学、食、住、行、乐、购”全面的服务指南，有着良好的发展前景。

1 虚拟现实技术应用于高校校园的可行性与必要性

以天津科技大学泰达中部校区为研究对象，制作3D校园的虚拟游览平台。首先通过制图软件Auto CAD制作天津科技大学泰达中部校区的位置三视图，其次在3ds Max中进行校区建筑和景物的3D模型，最后在Unity中完成校区的游览和制作动画。通过设计校区的虚拟游览平台，用户足不出户便可以了解天津科技大学楼层以及教学资源的分布。这不仅方便了全校师生，还可以更好地向外界宣传学校，与传统纸质或网络的方式相比，虚拟校园的方式不仅充满趣味性和互动性，还起到了保护环境、节约成本的作用。

2 开发环境与软件

开发环境：Windows 7系统，Intel（R） Core（TM）i5 CPU ，4G内存以及64位操作系统。制作用到了四款软件，Auto CAD 用来创建校区的三视图； Photoshop CS6对已经拍摄好的物体和材质进行修改，让其能够更好的能在3D MAX中进行贴图的处理；3D Max 用来创建建筑物的三维模型；Unity 5.3.4f1 （64-bit） 把构建好的模型放在一个整体并完成游览的效果软件。

3 虚拟校园游览平台的设计思路与制作

此次研究的设计思路如图1所示：

1）了解校园楼区分布、测量数据并拍摄照片

设计虚拟校园浏览平台需要了解校园的整体楼层分布。如图2为天津科技大学泰达中部校区整体俯视图。

将校园划分为外部环境、教学楼以及门窗道路三部分。其中外部环境和门窗道路可以在CAD中绘制，因此只用测量各个教学楼的数据和拍摄教学楼各个方位的照片。对各个楼层的数据进行精确的测量，保证所做模型的精确度以及模型的真实性；选择合适的天气，拍摄各个楼层各个方位的照片。在拍摄过程中，要避免树木对教学楼的遮挡，尽量保证所拍摄照片的完整性。图片的真实性及清晰度都会影响最终成品效果。由于教学楼高度问题，有些图片不能进行拍摄，可以在网上进行搜素，并通过Photoshop CS6进行处理。最后将所有的图片素材分类放好，方便后续工作的使用。

2）在Auto CAD中画出教学楼的各方位视图

在已有楼层照片和数据的基础上，利用Auto CAD对教学楼各方位的视图进行构建，以教学楼的单面主视图为例，主要分为3个方面。横梁的视图。横梁是构成整面正视图的主要部分，支撑着墙体，门窗的形体。首先已经知道，每栋教学楼的高同意设定成16000mm，也就是16米。然后在画出顶梁的距离，同意设置成1600mm，即1.6m；墙体的视图。墙体是教学楼不可缺少的一部分，也是整面视图中占的比例最多的一部分。为了能和横梁部分彼此镶嵌住，分毫不差的把横梁中空出的部分填补完成，并空出门和窗户的空隙，以便于后面窗户和门框的组装；门和窗户之间的视图。此部分要单独拿出来制图，因为在CAD导入3D MAX中时需要捕捉到相对应的点，如果在视图中直接画出门框和窗户，会导致点过多，找不清楚需要的点，容易出错。拿出来制图时，要注意在窗户的图示中，玻璃与窗楞的尺寸，以防后期不整体性的出现。其他视图的制作方法和注意事项与主视图相同，在3D MAX中制作出全部楼层的各个方位视图并进行教学楼的组装。

3）导入3D MAX中进行贴图

将已经完成的CAD视图导入到3D MAX中，对所完成的楼层面进行捕捉，贴图。采用所拍摄图片的样本，给已经捕捉好的地方贴图，使得其整体效果更佳的真实，逼真。在得到了完整的单面楼层面后进行翻转，保证法线的一致性，防止在Unity中呈现不出面等。翻转后要对齐各个面，使其在一个水平高度上，在一个高度上的时候，为了精益求精，需要放大视图，调节视图的X，Y，Z坐标，使得两个层面完整的结合在一起，不留下缝隙。在完成整个天津科技大学的泰达中部校区的三维立体教学楼的模型后，将外部环境与门窗道路加入。外部环境包括花草树木等，选择对应的植物放在校园对应的位置，完成环境的配置；为校园铺建道路，选择合适的地板材质进行铺设，土路部分设为泥土；为教学楼安置门窗，选择与现实门窗最为贴切的材质进行捕贴，保证其无缝贴入。最后导出FBX文件。并将导出后的文件和3D MAX中所使用的所有材质的原始图片放在一起一个文件夹内。如图3所示为校园的三维立体模型图。

4）导入Unity 实现三维游览效果

打开Unity软件，创建新的Project并命名；导入FBX文件，将Unity缩小化，将选中的FBX拖入到Unity中；检查模型，将所做的FBX文件导入到Unity后，第一件需要做的事就是检测模型的完整性。虽然在制作模型的过程中已经注意了模型法线和贴图的注意事项，不过为了保险起见，导入后的检测也是必不可少的。按住快捷键“ALT”和鼠标左键可以改变Unity中模型的角度。设置第一人称视角，首先选中Hierarchy面板的摄像机对象，为摄像机增加角色控制，对角色进行适当的设置。在Unity中Slope Limit为最大爬坡角度，Step offse为移动距离，其中需要注意的是单位为米，在Unity中所有的单位都是米，例如坐标的位置，旋转的角度等。Skin width为皮肤宽，此设置可以在穿越树林的时候能碰撞树枝摇摆。然后增加控制脚本。先打开Project面板，创建一个C#代码文件，回到Hierarchy面板，选中Main Camera。选中菜单中的Component命令，在其子命令下找到scripts命令，选中刚才建立的脚本文件。用外部编辑器打开这个脚本文件，可以用mono或者visual studio打开，就是说Unity的项目文件可以用mono和vs打开。在Update方法里面编写移动的代码：

// Update is called once per frame

void Update（）

{float speed = 2000.0f；

float rotate Speed = 2000.0f；

//獲取人称控制器组件

Character Controller controller = （Character Controller）base.Get Component（type of （Character Controller））；

//水平方向旋转摄像头

trans form.Rotate（0， Input.Get Axis（"Horizontal"） * rotate Speed， 0）；

//Vector3.forward 前

//Vector3.back 后

//Vector3.down 下

Vector3 forward =transform.Trans form Direction（Vector3.forward）；

float cur Speed = speed * Input.Get Axis（"Vertical"）；

controller.Simple Move（forward * cur Speed）；

保存所完成的模型平台文件，鼠标单击“保存”或使用快捷键“CTRL+S”键，选择指定保存的文件路径，点击确定，完成文件的保存。建立一个“EXE”文件，保存后导出“EXE”文件，或直接使用“CTRL+ALT+B”快捷键，点击确定，完成“EXE”的文件保存。

5）发布与测试

将游览平台发布到手机、平板等电子设备上。在Unity中完成游览平台的制作。检测其运行的情况，内容的完整性并且检测所设置的游览平台是否可以进行游览效果。

5 结束语

此次研究设计并制作了天津科技大学泰达中部校区的三维浏览平台，相比传统的平面地图，三维游览平台360度地展示了校园实景，对虚拟校园技术的应用有着理论和实践上的双重意义。

参考文献：

[1] 李红梅. 虚拟现实技术在高职院校教学中的应用[J]. 科技创新导报， 2009（20）：247-247.

[2] 郑龙. 浅析高校CIS战略在招生工作中的应用[J]. 现代企业文化， 2010（2）：202-203.