基于UE4引擎的营区规划可视化应用

张斌 周欣明

摘 要 文章介绍了以UE4和VS2013为主要开发工具，进行三维模型的绘制和自主漫游等功能的设计。可以利用此虚拟现实技术，在虚拟空间中完成对营区的立体化模拟，以构建出更加真实的营区网络架构。通过分析虚拟现实技术与营区仿真等，提出基于UE4引擎的营区规划的相关优化方案。

关键词 UE4引擎；营区规划；可视化

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）208-0070-02

当前大多营区规划设计中，主要运用表格、图纸等平面模型，来完成整体架构的设计。虚拟现实技术引入到城市规划中，可以代替传统的GIS数据处理技术，实现对城市的立体仿真模拟。本文主要利用UE4引擎来制作营区的虚拟现实场景，以方便设计者更加直观地检查规划方案。

1 UE4引擎的特点

UE4是最优秀的游戏引擎之一，在游戏、仿真领域都有广泛的应用。它的图形处理能力非常强大，包括全新的实时高级动态光照，可以处理百万量级的粒子系统等。目前，Maya、3DMax等主流三维制作软件均支持对UE4的直接导出，非常有利于仿真项目的开发[1-2]。

相对于其它三维引擎，UE4引擎有更高的精度。它的仿真系统采用了真实的物理引擎作为驱动，模型的运动方式不只是提前用动画制作工具生成的，而是可以跟据外力作用作出实时的响应。另外，UE4引擎的复杂程度与更低。它对虚拟现实项目中很多重要功能都进行了封装，在开发人员使用时，不必从最基本的部份编写程序，而是可以像搭积木一样，直接调用引擎的相应模块就可以实现所设想的功能。UE4引擎作为全新设计的产品，不仅在功能上强大，在人机交互性上，也得到了极大的提高。最新版本的UE4引擎已经可以支持在VR环境中对模型进行修改，令使用者如同处于真实环境当中。

2 UE4引擎在营区规划中的应用

2.1 营区虚拟建模的规划与实现步骤

通过Rhino、Maya等虚拟建模软件，完成对营区虚拟规划设计。在营区虚拟建模之前，需要对营区内的整体布局，以及空间环境规划的实现步骤进行设计。首先要对营区内的建筑场景进行分析，得出不同建筑物的具体分布状况，以及建筑物的高度、长度、宽度、方向和色彩等数据信息。其次运用 Rhino、Maya等建模軟件，来完成对营区的建模工作。针对营区的规划设计方案，构建出不同的模型，然后将其与设计的虚拟场景进行融合，从中比较出各个建筑模型方案的优劣，构建完整的营区虚拟模型数据库。最后引入后台管理模块进行后续的场景维护[3]。

2.2 营区虚拟场景的设计及三维建模

营区的真实数据信息，要按照相应比例纳入到虚拟空间坐标系中，才能完成对营区环境的真实模拟。当前主要使用AutoCAD建模软件，来完成对营区整体框架的搭建。

营区虚拟场景的三维建模步骤为：一是利用AutoCAD建模软件，进行营区原始模型的CAD平面图的绘制。将完成的平面图导入至Maya建模软件中作为建模参考，通过软件的修剪、焊接等命令，来完成模型的封闭处理。二是之后用Sketchup软件，进行营区虚拟模型的填充与完善，在营区虚拟模型建构完成后，继续修改完善提高整个三维模型的逼真程度。三是进行营区虚拟场景的阴影渲染，主要使用UE4自带的swarm扩展插件进行渲染，使其达到更加逼真的效果。通常会将营区分为小的空间场景，来依次完成各个场景的渲染工作。四是根据不同的设计方案，构建营区虚拟三维模型数据库，并比较不同规划设计方案的优劣，选择出最佳的设计方案。营区虚拟三维模型如图1所示。

2.3 UE4引擎中的漫游功能设计

角色漫游系统是本项目互动性的核心，直接关系到用户对产品的体验感受。用户是以角色的高度来进行观察。还可以通过体感交互设备来控制角色，与虚拟场景进行丰富的交互。在接近真实的全景环境中，结合场景中的文字介绍，展示整设计方案[4]。

2.3.1 添加相机到角色

在UE4引擎中，摄像机可以单独使用并直接放置到关卡，也可以充当蓝图的一部分。将 Modes菜单中的一个 Camera Actor直接拖放入的关卡中。然后右键点击关卡视区，在弹出的菜单中，选择Place Actor，然后选择 Camera Actor。当摄像机被放置到关卡后，可以在视图区发现一个画中画窗口，其呈现的正是摄像机的视角。摄像机的名称也列在窗口的顶部中间位置，而固定窗口的选项（在单击隐藏摄像机时将窗口保留在屏幕上）位于窗口左下角，显示为一个大头针图标，如图2所示。

在选择摄像机后，可以在“细节”面板查看摄像机有关的设置。也可以根据项目的需要，增加弹簧臂组件等应用功能。

2.3.2 相机输入的配置

摄像机的移动操作通过鼠标键盘来共同完成，其中鼠标控制摄像机的镜头，而键盘上的按键则用来控制摄像机的方向移动。在UE4蓝图编辑器中进行功能设定，实现方案如图3所示。

2.3.3 添加代码对输入进行响应

现在我们通过代码来实现对摄像相的控制。直接把鼠标的X 轴的运动关联到摄像机的偏转上。Y轴的运动被固定在一个视界内。

2.3.4 系统运行结果

在本营区漫游系统内，用户可以多种不同的视角观察营区设计的情况。系统可以增加粒子系统特效，对碰撞进行实时检测和反馈，也可以对模型动作音效进行添加。选用配置为i7-4930K、主频3.6GHz /16G 内存/ NVIDIA 980Ti 显卡，进行测试。测试结果表明，系统运行画面生动逼真、流畅度高。

3 结论

本文以营区规划的可视化为设计方向，提出了一种基于UE4引擎的仿真系统开发的解决方案，实现一个交互性强、逼真的营区规划可视化系统。能够完成对营区交通、照明、三维模拟，构建出可视化与数字化的营区规划方案图。随着城市规划虚拟现实技术的发展成熟，虚拟人机交互与漫游将成为未来营区规划的主流。

参考文献

[1]孟美.虚拟现实技术面临的技术难题[J].技术与市场，2016，23（5）：246.

[2]刘鲁军.虚拟现实在工程设计的可视化应用研究[J].机械设计，2012，29（1）：48

[3]蔡金玲.基于unity 的校园虚拟漫游系统设计与制作[J].广东技术师范学院学报，2015，36（5）：131-135.

[4]陈海波，郑健，费瑞轶，等.虚拟现实技术在电力系统中的典型应用[J].电网与清洁能源，2016，32（2）：20-25.