数字化虚拟校园的制作

李政峰　王青霞　陈曼丽

摘要：随着虚拟现实技术的迅速发展，虚拟现实技术的应用在我们的生活中应用得越来越广泛。数字化虚拟校园的建设，可以让我们更直观的看到校园中的各个建筑物及实时的各种校园活动。本文结合3DMAXS、Photoshop、CAD、Unity3D等软件的应用特点，选择怀化学院东校区为设计对象，完成了数字化虚拟校园的建设。

关键词：虚拟校园;3DMAX;Unity3D

中图分类号：G647;F49                  文献标识码：A

收稿日期：2020-05-11

作者简介：李政峰（1975- ），男，讲师，硕士，研究方向：多媒体技术应用。

数字化校园漫游系统，不仅能通过移动终端直观地展示整个校园的概况，还能通过人机交互产生身临其境的感觉，对整个校园的规划，校园文化宣传，数字化校园的发展具有重要的现实意义[1]。虚拟校园是目前3DSMAX和UNITY3D等软件的典型应用，论文首先通过3DSMAX等软件实现实物模型创建，然后通过UNITY3D辅助的漫游、交互工具实现互动展示，有传统的照片、视频录像无法比拟的美感和视觉震撼力[2]。

1 核心软件的应用技术分析

3DMAX是由Discreet公司开发的一款世界知名三维软件，全称3D Studio MAX，在三维建模、动画与渲染方面提供了很好的解决方案[3]。利用3DMAX软件在计算机中建立三维几何形体，赋予其表面材质（材料、颜色、纹理贴图），设计几何形体的运动与变形，设置空间所需要的灯光类别、灯光强度，位置和变化，并根据需要安排摄像机的位置、焦距，摄像机移动的路径，最终使这些设置按照时间的变化连续的运动起来，再输出成可供播放的各种类型的动画文件，供不同的用户平台使用。

Unity 3D是由丹麦Unity Technologies公司开发的多平台游戏开发引擎，是一个跨平台整合的游戏制作软件，适合创建三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画系统开发，具有高度优化的图形渲染效果，支持用户定制，支持Direct3D和OpenGL，采用了Nvidia PhysX的物理引擎并支持Lightmap Baking光影渲染系统，使画面运动更加真实逼真。Unity 3D引擎拥有丰富的开发资源包，还有粒子系统、常用脚本、碰撞检测组件、图像画面的处理方法等。基于Unity 3D的数字化虚拟开发平台实现虚拟校园的设计，可以大大降低工作的难度，提高系统制作的效率。

2 校园漫游系统模型制作

2.1 校园场景和模型等信息处理

（1）校园建筑、场景比例信息处理。一是借助Google地球的地理影像显示功能，利用其提供的测量工具获取整个校园的地理坐标信息和具体的教学产馆、宿舍、食堂等具体建筑尺寸作为3DMAXA建模的参数要求。二是找到学校规划设计的图纸为参照，获得CAD工程图的基础上在3DMAX中建模。三是进行现场的实际测量得到具体的参照数据。

贴图材质的处理。采用的方法是进行现场拍摄局部的素材，利用Photoshop对图像进行大小、形状、色彩等校正，完成各个建筑、地面的相关材质的制作。Photoshop主要应用的工具有，裁减功能、图层变换中变形功能、图像大小、图像色彩、对比度、亮度、饱和度等功能。处理得到的贴图材质尽量平整，数据量大概在512*512像素左右[4]。

2.2 校园虚拟模型的搭建

虚拟校园的校园建筑模型主要采用放样建模、修改建模、多边形建模等建模方式完成。本次校园模型建模分几个部分完成。

校园路面的建模。具体做法是利用GOOGLE地球获取地形图片，然后导入到PHOTOSHOP应用钢笔工具根据原图绘制地面马路，接着通过路径调整，变换等操作，输出为3DMAX能识别的AI文件，接着应用3DMAX的放样功能，完成相关路面的建模。具体的操作为，马路部分应用挤出功能实现，人行道根据实际测量绘制需要的圆角矩形然后放样得到。

校园建筑物建模。建筑物建模根据测量得到的参照数据或者CAD工程图，在基础线条路径得到的基础上，利用挤出、布尔运算等功能完成基础模型的创建，在建模的过程中注意单层和多层的关系，也就是完成一层的基础上进行复制应用[3]。在模型设计的基础上，打开材质编辑器，选择九个空白的材质球，分别给不同的对象导入对应的材质。

在模型创建的过程中，注意局部和整体的关系，为了保证网络浏览的速度，尽量减少面的数量。在模型创建的过程中，注意多變形模型面数的优化。一个漫游系统模型式具有很多个三角面，对模型充分的优化可以减少打包文件的大小。本案例强调的整个校园的虚拟效果，很多建筑面的材质可以通过整体贴图的方式完成，如各种教室、宿舍的门窗效果;需要强调的校门，教学楼门口等则采用局部建模、局部贴图的方式完成[5]。如大校门的学校名字就采用文字倒角的方式完成局部处理。

3 虚拟漫游系统的组装与交互控制

3.1 虚拟漫游系统的场景组装

场景组装是虚拟校园设计的重要环节。为了方便操作，各种3DMAX文件的显示单位和系统单位都改为厘米。导出的文件为FBX文件，在导出的过程中，需要注意的地方有两点，一是如果场景中有动画、有材质，在导出选项中要勾选动画和嵌入媒体选项。二是导出的路径选择UNITY3D资源文件包。

在UNITY3D中，先用地形工具创建需要的地形效果，接着按顺序导入各种路面、人行道、相关建筑物、场馆、场景小品等模型。在模型位置调整的基础上，给整个场景打光。最后根据需要应用UNITY3D提供资源包，在校园中进行各种树、花圃、草地的创建。校园局部效果如图1。

3.2 虚拟漫游系统的场景交互

在整个场景搭建的基础上，需要完成的主要功能有：场景的自动漫游，分场景漫游，视听广场等功能。

（1）各种场景的碰撞检测效果应用。为了保证对象不产生穿墙效果，需要给相应的对象添加碰撞检测对象，为了缩减资源大小，本案例中大多建筑物采用盒形碰撞，对于一些特殊对象，如围栏则采用添加透明盒的方式完成[6]。

（2）分场景导航效果实现。 为了方便浏览者快速浏览相关的场景，针对不同的场景设置了分场景热点，浏览者通过热点直接跳转到需要的场景。相关的按钮部分代码如下：

function OnGUI（）{

GUI.Label（Rect（280，150，400，200），str）;

if（GUI.Button（Rect（250，320，100，25），"进入"））

}

（3）场景自动漫游效果实现

自动漫游主要是以第一人称的方式进行，操作者以指定点为出发点，通过控制鼠标和键盘的上下左右镜头完成方向与前进控制。控制的部分代码（鼠标方向锁定）如下：

float rotationX = transform.localEulerAngles.y + Input.GetAxis（"Mouse X"） * sensitivityX;

rotationY += Input.GetAxis（"Mouse Y"） * sensitivityY;

rotationY = Mathf.Clamp （rotationY， minimumY， maximumY）;

transform.localEulerAngles = new Vector3（-rotationY， rotationX， 0）;

在自動漫游过程中，各种场景的室内浏览是一个主要组成部分，在本案例中，对相关的场馆门禁系统进行了自动开关门设计，浏览者可自行到相应场馆进行参考。部分碰撞检测的代码如下：

function OnControllerColliderHit（hit：ControllerColliderHit）{

if （hit.gameObject.tag=="playerDoor"&& doorisopen==false）{

currentdoor=hit.gameObject;

opendoor（hit.gameObject）;

（4）视听广场效果实现

在整个场景的漫游中，为了很好的宣传学校的相关情况，制作了视听广场，当用户漫游到广场的特定区域，可以在大屏幕上看到学校的相关介绍说明，用户可以根据自己的需要到各个院系的门口通过单击了解相关的专业介绍，使用户不但看到还能听到。

4 结语

本文以怀化学院东校区为例，系统阐述了制作虚拟校园所涉及的软件的应用方法与技巧，对核心应用软件3DMAXS、photoshop、CAD、Unity3D的应用进行了系统的应用说明。实验结果表面，所应用的方法相对来讲较为逼真，在实际的应用中操作简单，软件应用容易掌握，省去了许多复杂的操作。完成的数字化虚拟校园具有沉浸、实时、交互的特点，为学校的数字化虚拟校园建设、学校的校园建设规划、社会影响力度和招生宣传将起到了很好的推动作用。

参考文献：

[1]王文韬.谢阳群.李力.虚拟现实技术在图书馆中的应用前景分析[J].图书馆，2016（05）：10-14+20.

[2]詹青龙.三维动画设计与制作技术[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3]陆平，陈熙.计算机三维动画制作教程：3ds MAX[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[4]况扬.基于Unity3D的景点漫游系统制作[J].科技广场，2014（04）：47-50

[5]修春华，孙秀娟，苗坡，等.基于Unity3D的虚拟矿山漫游仿真系统设计与实现[J].金属矿山，2015（04）：262-266.

[6]华江林，姚宏亮.基于Unity3D实现校园Web三维虚拟漫游的设计研究[J].九江学院学报（自然科学版），2015（04）：57-60.

Abstract：With the rapid development of virtual reality technology， the application of virtual reality technology is more and more widely used in our life. The construction of digital virtual campus can make us more intuitive to see the various buildings and real-time campus activities. Based on the application characteristics of the software such as 3DMAXS， photoshop， CAD and Unity3D， this paper chooses the East Campus of Huaihua University as the design object and completes the construction of digital virtual campus.

Key words：Virtual campus;3DMAX;Unity3D