基于Unity 3D的宿舍管理系统的研究

王一帆　王辰启　陈翔宇　梁创恒　刘亚萍　高艳平

关键词：Unity 3D；三维；三维展示；可视化；管理系统

中文分类号：TP311.1 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）36-0056-03

1 概述

宿舍是在校期间学生生活和学习的重要场所，是学校对学生开展思想品德教育的第二课堂，是传播新时代精神的战略要地。《中国教育现代化2035》提出如下战略性要求：建设智慧高校，结合生物特征识别、计算机视觉、虚拟现实等方面对高校科研、教学、管理、服务等业务进行数字化升级改造[1]。

现在，很多高校依然采用传统的人工管理方式管理宿舍，主要依靠学生工作部门、保卫处、后勤以及各学院的辅导员综合管理宿舍，这些部门的成员对于管理宿舍的工作认知不尽相同、管理能力参差不齐，在具体到管理的过程中，很难落实自身的管理职责，严重时甚至导致管理体系的混乱。这就出现了在实际管理的过程中，某一板块无人管理的松散現象，使得学生宿舍管理工作不能落到实处、存在漏洞。同时，当宿舍管理出现问题时，各部门之间容易因为责任落实得不到位、相互推诿责任、无法实际落实责任。因此，学生宿舍管理工作目前体系仍存在较多漏洞，有待改进。

根据《物联网“十二五”发展规划》[2]的精神指导，“智慧校园”成为现如今高校顺应时代发展的新方向，以物联网、数据可视化、数据分析等技术为载体，将校园管理、校园生活以及教育教学等系统升级转型是未来一段时间内的迫切需求。新型的智能化系统有着高效、安全、有效等突出优势，正在逐渐替代传统的管理模式，寝室管理也应该加以改进，顺应发展趋势。

在此背景下，为提升宿舍管理的效率，对现代化宿舍管理系统进行了假设和进一步验证。系统通过物联网技术将宿舍状态信息及时上报至平台，实时显示在数字大屏上，同时具有通过上传图片，对地面、桌面进行垃圾识别打分等功能，在加强宿舍管理的同时，大幅度提高了管理的效率。

2 Unity 3D 宿舍管理系统的开发流程与关键技术

2.1 开发流程

宿舍管理系统的开发与通常的软件开发有着相同的流程，依次是需求分析、概要分析、详细设计、编码、测试[3]。系统的开发目标为建立一套可交互三维展示宿舍管理系统，因而其开发流程主要分为两部分。

2.1.1 创建宿舍场景以及宿舍楼有关3D模型

本部分主要工作是利用Unity3D构建宿舍真实模型，Unity3D作为现在流行的3D建模软件有着良好的跨平台性，同时支持资源的导入大大简化了构建模型的流程。

2.1.2 通过编写C# 脚本，实现用户与虚拟环境间的互动[4]

本部分主要工作是在Unity3D中编写操作有关脚本，实现实际功能与3D模型的结合，使得构建的3D模型具有交互功能。系统的开发流程包括编写后端功能，构建3D模型，导入3D模型，编写交互脚本，实际测试等5部分，具体流程如图1所示。

2.2 关键技术

2.2.1 物联网

物联网即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与物联网连接起来，实现智能化识别和管理的系统[5]。5G时代的到来使得设备间通信更加高速、便捷，智能化家居也是如火如荼地发展，许多设备都支持了互联网的管理与互动。宿舍作为社会关注的焦点，宿舍智能化是有现实意义的。

通过物联网技术，利用各种感测系统（如温感、烟感、门禁触感、气感、防盗探测器等）以及防盗报警、消防报警、求救求助等报警系统组成学生宿舍智能防盗防火系统，实现宿舍状态的实时更新，可以降低人工成本、提高工作效率。

2.2.2 Unity3D构建模型

Unity 3D也称Unity，是由Unity Technologies公司开发的实时3D互动内容创作和运营平台[6]，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容，支持平台包括平板电脑、手机、PC、虚拟现实和增强现实设备[7]。

通过Unity3D，可以实时地渲染并实现各种AR和VR互动体验。不同于市面上相似的管理系统，基于Unity3D的宿舍管理系统突出在三维展示上。本项目利用3D建模把宿舍的各个场景通过Unity3D这一平台部署在大屏上可视化显示，使得管理人员可以很直观地检查各宿舍的状况，同时，得益于Unity3D的跨平台性，可以将管理系统的3D模型便捷地部署在各种移动设备上。

2.2.3 基于Unity 3D的3D交互

Unity3D引擎支持多种语言作为脚本语言，其中C#语言使用最为广泛，也最为贴近于面向对象的编程思想[8]。本研究中使用C#作为交互动作开发语言，实现宿舍管理过程中的3D交互。

三维宿舍管理系统是宿舍管理场景的真实再现，为管理人员提供三维的信息展示、宿舍浏览和虚拟交互等功能。在Unity3D平台中，以上功能的实现依赖3D拾取、碰撞检测以及摄影机的运动等技术。

管理人员可以通过简单地勾选对相应宿舍进行管理操作，选中宿舍楼层后可以通过控制摄像机在场景中的移动，进行视角的调整从而更加直观地观察楼层各宿舍的门窗状态。

通过给摄像机运动控制脚本，实现视角的移动，代码内容如下：

void Update（）{……

if（Input.GetKey（KeyCode.UpArrow））{

move=move-Speed*Time.deltaTime；

transform.Translate（new Vector3（0，0，move））；

}

//相关操作

}

2.2.4 Microsoft Azure Face API 人脸识别服务

Azure 人脸服务提供用于检测、识别和分析图像中人脸的AI 算法。人脸识别软件在许多不同情形中都十分重要，例如身份验证、无接触访问控制和实现隐私的人脸模糊[9]。

利用微软的人脸认知服务能够便捷地比对人脸信息并返回相似置信度。在宿舍的人员管理中宿舍门禁一直存在管理松散的问题，大多数高校依然采用一卡通识别的方式，存在典型的认卡不认人的情况。通过人脸识别，可以有效加强宿舍人员进出的管理，杜绝外来人员进入带来的隐患。

检索人脸鼻子和瞳孔的位置特征确定人脸位置，分析人脸特征，最后返回人脸特征结果，代码如下。

foreach （var face in faces3）

{

var attributes = face.FaceAttributes;

var age = attributes.Age;

var gender = attributes.Gender;

var smile = attributes.Smile;

var facialHair = attributes.FacialHair;

var headPose = attributes.HeadPose;

var glasses = attributes.Glasses;

var emotion = attributes.Emotion;

}

利用返回的人臉特征可以很容易地实现两张图片的对比，从而实现人脸识别，具体效果如图2。

2.2.5 Computer Vision API 处理图像

计算机视觉图像分析服务可以从图像中提取各种视觉特征。例如，该服务可以确定图像是否包含成人内容、查找特定的品牌或对象，或查找人脸[9]。

在本研究中，宿舍整洁程度的量化考核以往需要宿管的人工评分，不仅耗时耗力，而且存在评分不够客观的情况。通过计算机视觉服务，让计算机神经网络学习并识别图片，可以大幅度减少类似的重复性人工工作。

学生上传宿舍实时照片，系统根据图片中的垃圾等物品进行识别并打分，算作宿舍考核中的一项内容，可以有效减少人工成本的同时督促到宿舍的卫生，垃圾识别效果如图3。

2.3 项目优势

三维可视化宿舍管理系统主要优势在于物联网和三维可视化。通过将物联网运用到宿舍中去，有效解决了传统管理模式中的信息量庞大且复杂、统计信息过程繁琐等问题；而三维可视化更是符合人体工程学的预期，将数字的东西通过实体化的方式展示，更符合人们的认知，能够更加直观地将宿舍状态实时展现给管理者，大大简化了宿舍管理工作，同时降低了管理成本、提升了管理效率。

此外，在系统中，还运用到了人脸识别、图像处理等AI技术。与人工管理方式相比，计算机管理系统没有主观意识的局限性而拥有更高的准确性。因此，在宿舍安全、宿舍环境量化评比中，能够营造更加安全、公平、可靠的机制。

3 结束语

三维可视化宿舍管理系统是在《国家新一代人工智能标准体系建设指南》指导下的新时代产物。根据党中央的精神指导，未来将按照“统筹规划，分类施策，市场驱动，急用先行，跨界融合，协同推进，自主创新，开放合作”等原则，立足国内需求，兼顾国际，建立国家新一代人工智能标准体系，加强标准顶层设计与宏观指导[10]。

智慧校园的发展在路上，未来的宿舍管理是智慧校园的发展目标，也是现阶段宿舍管理发展的必然趋势。三维可视化宿舍管理系统与现有的管理系统相比较有着更加直观的数据展示，针对传统管理的费时费力等状况，提出了新颖的、符合未来发展趋势的三维管理模型，对减少管理成本、提高宿舍管理效率、杜绝风险隐患等有重要的意义。