基于Unity3D的教室三维查询研究

汪俊峰　王星东　姚婷婷

摘 要：本系统以河南工业大学的3号和4号教学楼为模版，先对建筑物进行拍照，获得纹理信息，并对建筑物进行测量，获得相应的尺寸信息；然后以CAD的二维校园图作为模型制作底图，进而以3ds Max建模软件建立三维模型，并进行纹理贴图；最后将三维模型导入到Unity3D交互软件实现教室分布的三维快速定位查询及教室属性信息的显示。

关键词：3ds Max；三维建模；Unity3D；教室查询

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）04-0038-03

Research on Classroom Three-dimensional Query Based on Unity3D

WANG Junfeng WANG Xingdong YAO Tingting

（College of Information Science and Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： The system of Henan University of Technology， No. 3 and No. 4 teaching building for the template， the first to take pictures of the building， access to texture information， and the building measurements， access to the appropriate size information； then the CAD two-dimensional campus map as a model and then the three-dimensional model into the Unity 3D interactive software， texture mapping； finally， the 3D model is imported into Unity 3D interactive software to realize the 3D quick positioning query of classroom distribution and the display of classroom property information.

Keywords： 3ds Max；3D modeling；Unity 3D；classroom inquiry

1 研究背景

自從虚拟现实被提出后，在国内外得到了迅速发展。美国是研究虚拟现实技术最早的国家，美国航天局（NASA）模拟太空的真实环境为宇航员创建了虚拟太空空间，为宇航员提供训练[1]。中国展示的第一个含有历史文化韵味的虚拟漫游系统是IBM与故宫博物馆联合推出的“故宫VR《紫禁城 天子的宫殿》”[2]。清华大学的虚拟漫游系统满足用户了解校园的需求，三维模型能展示出校园环境，使用者可以漫游其中，并与虚拟对象进行交互，实现了对虚拟校园环境中对象的查询和信息显示[3]。上海交通大学基于360°全景技术实现了虚拟校园，提供漫游、景观信息查询和显示功能[4]。

本系统是基于3ds Max的三维建模技术和Unity3D三维引擎开发技术构建的，可实现对河南工业大学莲花街校区3号和4号教学楼教室的快速定位及属性查询。具体功能为：①用户可通过第一人称角色控制器在三维教学楼场景中漫游；②用户可与系统交互，通过选择教室编号对教室进行定位和展示，并显示教室的基本属性信息。

2 三维场景的构建

2.1 模型制作

教学楼模型利用3ds Max三维建模软件制作而成，也是本系统开发的基础。为了能更加逼真地还原教学楼，事先对教学楼建筑物信息进行实地拍摄和信息收集，主要包括教学楼外观轮廓、内部结构、每层教学楼的平面图、教学楼的纹理。用单反相机拍摄到的照片经过Photoshop软件处理后可以作为三维建筑物模型的纹理贴图，照片的质量将直接影响整个虚拟漫游环境的用户体验效果，所以需要注意拍摄时间、光照条件、拍摄位置、相机的倾斜角及拍摄的手段。

2.2 模型导入

不同软件建立的模型导入到Unity3D中都要求一定的格式，3ds Max软件建立的模型要以FBX文件格式才能导入。模型导入可能会造成模型贴图的丢失，所以，将模型从3ds Max中导出时需要注意以下三个问题。

①嵌入的媒体。如果不选择该项，3ds Max对模型的导出不包括贴图资源，只有贴图路径的引用，不能真正地导出含有贴图的模型，贴图的资源路径和名称也不能是中文。

②单位设置。默认情况下，3ds Max软件导出的模型再导入Unity3D中模型尺寸放大了100倍。因此，可以在Unity3D下Inspector面板中修改Scale Factor的值进行调整，还可以在3ds Max建模时设置基本单位为厘米。

③轴心设置。3ds Max导出的模型导入到Unity3D中总会出现轴向不符合要求的情况，因此，要对其进行一定的旋转[5]。查阅相关资料发现，模型导入后轴向会自动偏转，在Unity3D中y轴是朝上的，所以在导出时选择轴转向为z轴向上。

2.3 场景构建

2.3.1 地形创建。通过Unity3D提供的地形编辑器组件，可方便地模拟真实地形效果。首先，获取地形资源包后导入Unity3D中，点击视图中的Terrain组件，创建出地形，然后调整教学楼模型的位置。之后，在地形编辑器中编辑树木、花草贴图。选择地形组件属性框中Paint Texture按钮，给“白膜”绘制上草、花的贴图，单击Edit Textures按钮选择贴图，利用画笔在地形上绘制。

2.3.2 添加角色控制器及其碰撞实现。导入角色资源包，把第一人称控制器组件拖入到网格层次面板中，调整角色的位置和视角，以便场景进入到角色的视野中。主要用到的组件有Transform、Rigidbody、Capsule Collider。在这些组件中，修改前进的速度、爬坡的高度等参数，使角色能在场景中漫游。另外，角色控制器组件默认情况下移动鼠标会旋转视角，这在某种情况下会给我们的操作带来很多困扰，所以要修改角色控制器下的Mouse Look脚本，实现检测到鼠标按下时才旋转视角，在Look Rotation（ ）方法中当按下鼠标左键时执行函数。

3 系统开发

3.1 界面和菜单设计

本系统的界面设计采用Unity3D的NGUI插件，首先下载NGUI插件后导入，导入成功后菜单栏会增加NGUI菜单。

3.1.1 界面设计。选择NGUI菜单下面的Create，在场景中创建Sprite将其命名为main，再创建main子节点index，在子节点下创建Lable和Sprite，分别作为系统的标题和按钮，标题上添加Tween组件，以动画的效果显示，界面设计如图1所示。

在工程面板中创建Resource及子文件夹prefab，把设计好的主界面直接拖到prefab文件夹下生成预制体，使界面在运行时才被实例化，设计的界面预制体必须放在Resource文件下，在Inspector面板中，物体是由预制产生的。

3.1.2 查询菜单设计。由于河南工业大学3号和4号教学楼的教室编号是四位数字，所以这里设置4个下拉列表提供用户选择，然后是查询按钮和详细信息按钮的设计。

3.2 查询功能实现

该系统是通过设计下拉框选择教室编号实现查询。根据收集的教室编号信息，对下拉列表的值进行设置，由于3号和4号教学楼教室编号不同，不同的下拉列表的值会根据用户选择的值而显示。由于设计了在未选中下拉列表的值时后面下拉列表的值不能选择，动态添加列表内的值是通过把值存储在集合中，在设计列表框时添加Box Collider，所以在鼠标选中当前列表值时会获取当前选中的值。用户在选择楼层编号后会实现画中画的效果，在屏幕的右下角显示该楼层的平面图。

当选择完教室的编号后，会对教室查询的结果以一定的视角进行大概方位的定位显示，并在平面图上显示出教室的位置，点击图标会进入到教室门口，图2和图3是教室编号为4120的定位效果图。定位的实现是把教室的位置赋予第一人称控制器，第一人称控制器可在场景中漫游。

对教室进行定位的同时，点击详细信息按钮，会弹出教室信息窗口，如图4所示。信息显示的实现是通过连接数据库，在数据库中创建教室信息属性表，对表的行和列进行设计，把获取的教室信息和行一一对应，存储在数据库的表中。

3.3 系统发布

Unity3D提供多种系统发布平台，本系统采用的是PC版，直接运行.exe可执行文件即可运行该系统。操作步骤如下。

①在系统功能完成后选择File菜单下的Building Setting选项，选择创建好的两个场景：第一个场景是首页场景，序号为0；第二个是查询的场景，序号为1。因为发布后系统是按索引值载入场景的，所以首页场景要确定索引值为0，查询场景确定索引值为1。如果场景的索引顺序不对，可进行拖动调整。

②Unity提供Platform选项选择目标平台PC & Linux Standalone，以PC单机版的形式发布，选择PC单机版平台后会被高亮显示。另外，对发布的单机版进行了设置，去除了在启动系统时的Resolution Dialog（分辨率对话框）。选择Player Settings，在打开的窗口中设置Display Resolution为Disabled。

③做好发布的准备后点击Build按钮，选择发布的位置，Unity会在相应的文件夹下生成一个数据文件夹和一个.exe可执行的文件。点击.exe文件，運行教室分布三维快速查询系统，系统可以很好地运行，且操作界面良好。

4 结论

本系统通过使用Photoshop图片处理软件处理纹理贴图，3ds Max三维建模软件制作建筑物、地形、树木等校园环境的三维模型，Unity3D三维引擎软件对整个场景进行编辑和快速查询功能开发，构建教室分布三维快速查询系统，不但可以让用户在计算机上通过地面浏览进行漫游，还可以实现对教室位置的快速定位和属性信息的查询，使用户在虚拟漫游系统中具有较强的真实感。

参考文献：

[1]周超.基于Unity3D的虚拟校园设计[D].桂林：广西师范大学，2014.

[2]朱惠娟.基于Unity3D的虚拟漫游系统[J].计算机系统应用，2012（10）：36-39，65.

[3]李俊军.基于Unity3D的室内建筑三维建模与交互系统实现[D].徐州：中国矿业大学，2014.

[4]仲于姗.基于Unity的3D虚拟校园漫游系统的开发[D].昆明：云南大学，2015.

[5]戴茜.基于Unity3D的虚拟故园系统开发与实现[D].北京：北京林业大学，2014.