基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览开发思路

李刚 熊越 颜佳伟 王绍垒

摘 要：文章对基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览的开发思路进行了简洁的描述，并且在此基础上又综合分析了其科学性、先进性和创新性，从而为后期开发打下坚实的理论基础。

关键词：VR技术；虚拟校园

[项目名称：校园数字化展示与虚拟交互浏览平台建设——以衡阳师范学院东校区为例，项目编号：CX1710]

信息时代背景下，虚拟校园游览的发展潜力巨大。以VR（Virtual Reality，虚拟现实）为主的创新技术，为主的科学发展，起到了重要的推动作用。基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览的开发，采用了可交互性动态场景编程技术，实现了虚拟校园游览系统的开发。

一、基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览开发的基本流程

（一）景观基因识别

利用景观基因理论和方法，通过现实校园的建筑学、文化地理学等方面的分析，识别和提取了景观关键特征——景观基因。

（二）景观数据获取

利用三维激光测量获取现实校园景观基因的高精度测量数据，并通过实地考察与测量，并结合高分辨率遥感数据，获得了景观布局、建筑结构等数据。

（三）三维场景建模

对于表现现实校园的关键特征的景观基因元素，进行高精度建模，对于一般的场景要素，进行相对简单的建模，最终构建出三维场景模型（图1）。

（四）虚拟校园游览系统的建立

作品利用3D图像引擎虚拟化技术将现实校园的场景和提取的景观基因通过程序语言和数学建模研发了一个虚拟校园游览系统（图2）。利用Unreal Engine API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）和3D模型框架，设计了初始观测的起点逻辑和面向FBX模型的兼容性模式；设置了虚拟控制器用于解决PC端和VR端的IO流映射问题，使得PC端和VR端的游览者能使用相应的控制器进行场景的互动，使游览者能在该程序进行可交互式操作；添加了相机组控制器，该控制器使用了API提供的相机类指针数组对场景中的相机进行存储，然后使用计时器对系统线程进行判定并分配相应的IO流映射对存储在指针数组的相机类进行唤醒，使游览者可以在游览过程中查看地图全貌；优化了相机类、模型容器等类，提高了内存的加载速度以及运行效率；使用了法线贴图、AO烘焙技术以及通过减少场景模型的面数等方法对数据进行了压缩，降低了场景的搭建中对硬件规格的要求。通过以上操作建立了大型互动场景，并且对场景物体进行原模式排列组合，为了解决场景太大造成的运行卡顿和无法启动，采用了异步加载和高模拓扑低模技术。

二、基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览开发的科学性

虚拟校园游览的开发采用敏捷软件开发模式，利用虚拟现实技术、高模拓扑低模技术和异步加载技术等，在现有硬件环境下完美运行。利用了景观基因理论，对于不同文化景观要素，采用了差异化的建模方案，解决了对现实校园和模拟效果进行三维建模时的数据复杂度和三维场景渲染速度的矛盾问题，既加快了场景渲染的速度，又保证了数字景观的原真性。

三、基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览开发的先进性

（一）支持跨平台，交互性强

“虚拟校园游览系统”能给游览者带来虽未亲临却如亲至的感觉，一帧帧画面将游览者带进现场，随着游览者移动、抬头或转身，人机交互功能随之作出反应，从而实现人在画中游的震撼效果。建立了大型互动场景，设置了虚拟控制器用于解决PC端和VR端的跨平台IO流映射问题，使得PC端和VR端的游览者能使用相应的控制器进行场景的互动。

（二）对硬件的配置要求低

软件开发中使用了法线贴图、AO烘焙技术、异步加载和高模拓扑低模技术等方法来降低对硬件规格的要求。

（三）加载速度快，运行效率高

采用优化技术对相机类、模型容器对应的类进行优化，提高了内存的加载速度以及运行效率。对3D图像引擎进行重新封装，增强了代码的可重用性，提高了代碼运行的效率。

（四）采用高效、灵活的敏捷软件开发模式

采用敏捷软件开发模式，由开发人员搭建了一个测试专用的Debug Editor IDE，并在IDE中编写了可供美工人员建模的框架，将该IDE递交给美工人员，美工人员结合IDE，并通过蓝图（图3）完成场景搭建后再由项目组对其进行测试封装成可执行程序。这种开发模式与传统的由程序员搭建场景和产品测试的开发模式相比具有很强的灵活性和高效性。

四、基于Unreal Engine4引擎的虚拟校园游览开发的创新性

（一）将景观基因理论和方法应用于虚拟校园游览系统研发

景观基因理论是现实场景文化特征分析的创新理论，基于该理论能够准确把握文化景观的关键特征，并找到文化景观特征的联系。“虚拟校园游览系统”通过景观基因理论的应用，一方面降低了三维模型的复杂度，另一方面也保证了数字化场景对于文化的还原度。

（二）将虚拟技术和多平台兼容技术应用于校园游览

虚拟校园游览是游览数字化校园建立的重要发展方向，将进一步增强数字化校园的体验性，能够满足数字化校园游览对文化体验的需求，通过以衡阳师范学院东校区为案例的实验，形成了虚拟校园游览系统的技术体系。

（三）虚拟校园游览系统的技术创新

以VR为核心，整合人工智能、物联网、大数据、云计算等技术引擎，挖掘现实校园的人文、历史等文化IP，进行了以下技术创新：使用虚拟控制器技术解决PC端和VR端的跨平台IO流映射问题，增强场景的互动性；使用法线贴图、AO烘焙技术以及通过减少场景模型的面数等方法来降低对硬件规格的要求；使用3D图像引擎封装技术，增强代码的可重用性，提高代码运行的效率；使用优化技术，提高内存的加载速度；采用敏捷软件开发模式，提高了开发的灵活性和高效。

由于笔者知识水平的局限性和相关材料还有些许不足，因此有部分内容未探讨；同时，部分观点难免会主观，论述也没有十分全面。在此，懇请各位专家的批评指正。

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作者单位：

衡阳师范学院美术学院