基于UE4的邓宝珊将军纪念馆虚拟漫游系统的设计与实现

马浩浩 侯晨阳 程璐璐 金龙

摘 要：邓宝珊将军纪念馆是红色旅游经典景区、爱国主义教育基地。将虚拟现实技术应用到邓宝珊将军纪念馆游览中，助力更好的开展红色教育。本文根据邓宝珊将军纪念馆的场馆实景，采用Autodesk 3DsMax软件建立三维模型，并完成了复杂模型的材质编辑贴图;基于Unreal Engine 4虚拟引擎开发虚拟纪念馆，完成了界面设计、光源设计、Blueprint可视化编程等场景漫游功能，实现了邓宝珊将军纪念馆漫游系统，最后打包发布。

关键词：邓宝珊;虚拟现实;UE4;3DsMax

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2021.02.010

本文著录格式：马浩浩，侯晨阳，程璐璐，等.基于UE4的邓宝珊将军纪念馆虚拟漫游系统的设计与实现[J].软件，2021，42（02）：

035-037

Design and Implementation of Virtual Walkthrough System for  Deng Baoshan Memorial Museum Based on Unreal Engine 4

MA Haohao， HOU Chenyang， CHENG Lulu， JIN Long

（Tianshui Normal University， Tianshui  Gansu  741001）

【Abstract】：General Deng Baoshan memorial hall is a classic red tourism scenic spot and patriotism education base. The virtual reality technology is applied to the tour of Deng Baoshan memorial hall to help better carry out red education. According to the actual scene of Deng Baoshan memorial hall， this paper uses Autodesk 3DsMax software to build a three-dimensional model， and completes the material editing and mapping of the complex model， based on the Unreal Engine 4 virtual engine development virtual Memorial， completed the interface design， light source design， blueprint visual programming and other scene roaming functions， realized the general Deng Baoshan Memorial roaming system， and finally packaged and released.

【Key words】：Deng Baoshan;virtual reality;UE4;3DsMax

0 引言

鄧宝珊将军是中国近代史上独具风格、功勋卓著的爱国将领，历任甘肃省主席、省长、民革中央副主席、国防委员、全国政协常委等职务。邓宝珊将军纪念馆是红色旅游经典景区、爱国主义教育基地，陈列了翔实的红色史料、图片等，全面系统地展示邓宝珊将军波澜壮阔的一生和崇高的爱国主义情怀。将虚拟现实技术应用到邓宝珊将军纪念馆游览中，助力纪念馆提升传播能力，更好的开展红色教育，带领社会公众重走红色足迹、追溯红色记忆、感受党的红色精神伟力[1]。

1 漫游系统设计方案

本文将虚拟现实技术应用到纪念馆陈列中，选用Unreal Engine 4虚拟引擎实现邓宝珊将军纪念馆的虚拟漫游，社会公众可以进入虚拟纪念馆，漫游场馆，身临其境，以更强的交互性给游客带来更加新颖便捷的游览方式，给游客带来邓宝珊将军纪念馆全新的视觉体验。

1.1建立三维模型

为了逼真展示邓宝珊将军纪念馆虚拟场景并建立漫游，本文对场馆进行实地测量，获取纪念馆内所有馆室与陈列物品几何特征。邓宝珊将军纪念馆可分为邓宝珊将军事迹陈列室、邓宝珊将军纪念亭和文化交流展览中心三大部分。建筑物内外结构、形状、材质、遮挡、精细度相差较大，场景的模型的建立主要运用Autodesk 3DsMax软件[2]。

1.2模型贴图优化

虚拟漫游系统场景设计中模型表面纹理的还原程度对场景的真实感起到至关重要的作用。一些复杂的模型由于受到运行空间的限制，往往需要进行模型简化通过纹理贴图来保证视觉上的真实性。

整个纪念馆内部结构复杂，内饰木雕细节繁琐。本文采用3DsMax软件中UVW展开实现纹理贴图，将建筑整体模型分割成多个子房间模型，针对每一个子房间模型分别进行UV展开。

地图导航制作中关键是坐标转换的计算。为了使导航地图中导航的位置与真实场景中的位置匹配，需要根据虚拟场景中角色控制器的坐标与导航地图中标志的坐标之间的对应关系进行计算。

1.3场景搭建、漫游制作

本文采用Unreal Engine 4三维渲染引擎进行场景制作和人机交互设计优化，实现邓宝珊将军纪念馆虚拟漫游系统主界面及漫游场景。

从形状、颜色、光照、视角、语音讲解等方面真实还原了邓宝珊将军纪念馆的虚拟场景，实现了纪念馆虚拟漫游的各项功能。

2 采用3Ds Max建模与贴图

为真实还原邓宝珊将军纪念馆的虚拟场馆漫游，对邓宝珊将军纪念馆做了实地考察，测量整个纪念馆尺寸及布局。选用3DsMax软件数字化建模。建模采用分块建模最后合并的方法，模型文件数量众多，为了方便查找以及管理，设置默认保存路径，配置项目路径找到Scenes，修改默认保存路径;在自定义里将单位设置为米（M）。

2.1 数字化建模

（1）地基建模：创建几何体，并按照测量尺寸分别赋值给几何体的长、宽、高。

（2）屋顶建模：选用样条线勾画出屋顶侧边轮廓，在修改器列表中选挤出命令并设定长度值;瓦片部分同样用挤出，运用批量复制实体命令（按住Shift拖动模型）得到数个瓦片，对其进行移动旋转命令（快捷键W和E）得到一排瓦片，同理得到整个屋顶的瓦片。

（3）花窗建模：创建样条线画出花窗形状，在修改中渲染，选中在渲染中启用、在视口启用，调整渲染为矩形，适当调整长度宽度使花窗更自然。

（4）其他建模：大多数建模均运用几何体或者样条线挤出的方式，随后在修改器列表中修改其属性，纪念馆整体模型如图1所示。

2.2贴图处理

目前3DsMax中自带的贴图方式有材质球与Slate材质编辑器两种，材质球贴图适用简单面同时面数少的情况下的贴图，如墙体与柱子等的贴图。模型面数较多同时较为复杂的贴图选用Slate材质编辑器。

Slate材质编辑器：添加需要的UVW展开修改器，选择UVW展开修改内部的“边命令”，再选择需要进行切割开的边线进行操作。在“将边转换为缝线”的功能项命令中点击“剥离”功能会自动打开UVW编辑器（包含模型分离好的UVW贴图）。在UVW编辑器当中的“工具菜单栏”中选择“渲染UVW模板”功能项，根据弹出的浮动面板，选择“渲染UV模板”，如图2所示。

执行弹出的“渲染贴图”浮动窗口，再确定一个贴图保存位置，然后输入到Photoshop软件当中进行贴图。打开材质编辑器导入处理好的贴图，赋予物理材质，并调节其属性。

2.3贴图素材及字、画处理

选择相关图片素材，在Photoshop中进行图片拼接及处理，将制作好的贴图素材导出为.PNG格式[3]。对于纪念馆中的字、画等素材，使用Photoshop中的裁剪工具依次点击所要提取字画或照片四角。用仿制图章修改照片曝光严重区域，最后适当调整图像对比度，色阶，饱和度等使得图像色彩鲜艳，导出为.PNG格式。

2.4模型合并与导出

点击3DsMax菜单栏-文件-导入-合并，选择要导入的.MAX文件点击确定/导入，进行组装。将模型导出为.FBX（带贴图）格式，以方便导入UE4中进行虚拟漫游场景的制作。

3 基于UE4的虚拟纪念馆漫游的实现

用3D Build对模型进行破面修复后导入UE4（UNREAL ENGINE 4）中，模型按照真实纪念馆的布局进行坐标位置处理，不合适的返回3DsMax软件中进行重新处理。

（1）模型导入UE4软件。将模型拆分形成独立的个体，对于重复的模型，只保留一个。复杂的模型着重处理重叠面和模型的堆砌问题，以达到更为逼真的视觉效果。通过Unreal Datasmith Exporter for 3ds Max插件把处理好的模型（带贴图）整体转化为.udatasmith格式文件，导入场景中。

（2）模型及场景修正。不合适的模型重新制作，并赋予碰撞体积。对不合适的贴图或丢失的贴图等通过Substance软件进行修改和制作。将场景模型合理布局摆放，对地形等模型细节处理和微调。

（3）通过植被编辑模式摆放树木、花草等素材。使用植被编辑模式放置的静态网格体会自动分组为若干批次，此类批次使用硬件实例化进行渲染，调用一次绘制即可大量渲染。静态网格体将用作植被，要将一个静态网格体添加到网格体列表，从内容浏览器将静态网格体拖入。由于静态网格体植被是利用网格体实例化进行实现，与Actor植被不同，因此要将非互动植被添加到场景中，需使用静态网格体植被，这对渲染性能更有利[4]。摆放好树木、花草等素材后的场景如图3所示。

（4）场景中添加光源，并进行调整。本文中采用点光源，灯光不能在一定空间里连续摆放超过三个否则将会有灯光不显示。

（5）借助虚幻示意图形（UMG）UI设计器，创建基本的图形界面。开发中控制部分采用UE4中的蓝图（Blueprint）节点界面的可视化脚本编程模块[5]。完成纪念馆虚拟漫游过程中的行走，游览，视频与音频介绍等互动功能。Blueprint部分交互控制如图4所示。

（6）打包發布。经过多次反复调试，修改BUG，实现邓宝珊将军纪念馆虚拟漫游系统，最终效果如图5所示，最后打包发布。

4 总结

本文将虚拟现实技术应用到纪念馆游览中，实现了邓宝珊将军纪念馆的虚拟漫游，呈现了交互式、沉浸式的虚拟展厅，足不出户便能把邓宝珊将军的爱国情怀、历史功绩生动展现在游客面前，助力开展爱国主义教育活动，具有较好的使用意义。目前还存在较大的优化空间，团队后期将翻阅更多文献资料，在虚拟场景中加载更多的视频、音频、图文等资源，同时配备VR可穿戴硬件设备，致力将虚拟场馆打造成精品线上红色旅游资源。

参考文献

[1] 陈希赟，方玉燕，柏敏杰.基于VR技术的“重走一大路”虚拟漫游系统的研究与应用[J].科技风，2020（30）：65-67.

[2] 卞欢.基于VR的网上虚拟博物馆研究与实现[D].西安：西安石油大学，2020.

[3] 徐琳.基于虚拟现实的韶山红色文化展演设计研究[D].长沙：湖南师范大学，2017.

[4] 肖巍，冯时，王选遥.基于虚幻4引擎的长白山虚拟现实场景地形制作[J].长春理工大学学报（自然科学版），2019，42（6）：133-137.

[5] 马绍江，傅睿.基于UE4蓝图编程的建筑结构可视化交互应用设计研究[J].山西建筑，2020，46（10）：197-198.