基于unity的帕拉莊園漫游系統(tǒng)

1、<p>　　基于unity的帕拉莊園漫游系統(tǒng)</p><p>　　摘 要：虛擬漫游是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論的一個(gè)重要的實(shí)踐與應(yīng)用，隨著軟件的逐步更新與淘汰unity3d三維漫游動畫已經(jīng)成為人們比較普遍與常用的工具，在游戲等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。文章一西藏自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目3d虛擬漫游動畫《帕拉莊園虛擬漫游動畫》為依據(jù)，本文主要以三維軟件3dmax實(shí)現(xiàn)建模和貼圖、以unity3d為虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺

2、，結(jié)合javascript 和C#語言實(shí)現(xiàn)交互提出開發(fā)室內(nèi)外三維漫游展示系統(tǒng)的自由行走、手動、對象的重置及聲音和視頻的處理等關(guān)鍵技術(shù)及具體解決方法.針對帕拉莊園虛擬漫游系統(tǒng)在西藏全區(qū)旅游發(fā)展信息化發(fā)展戰(zhàn)略中的重要意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí) 建模 unity3d 漫游系統(tǒng) 虛擬帕拉莊園 </p><p>　　中圖分類號：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-

3、9082（2014）04-0010-02 </p><p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和第三代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐漸成熟，越來越多的商業(yè)或教育機(jī)構(gòu)考慮采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高影響力.用于研發(fā)虛擬平臺的技術(shù)很多，這兩年熱門的unity3d得到業(yè)界的追捧，本研究以某西藏特色的莊園為研究對象，借助Unity3D平臺開發(fā)了一款虛擬漫游系統(tǒng)

4、，利于很多對帕拉莊園陌生的游客有更直觀的了解。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠利用計(jì)算機(jī)生成較為真實(shí)的模擬環(huán)境，使用戶沉浸在虛擬環(huán)境中，同時(shí)通過人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境的直接交互.虛擬場景在沉浸感、交互性與實(shí)時(shí)性方面的綜合效果優(yōu)勢是傳統(tǒng)二維效果圖及二維和三維動畫技術(shù)所無法比擬的.作為信息科學(xué)的一門新興學(xué)科，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其特有的優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于軍事、娛樂、制造業(yè)、醫(yī)學(xué)、信息系統(tǒng)等領(lǐng)域？ .目前家居沒計(jì)行業(yè)主要通過效果圖的方式為客戶展示其未：來家居的格

5、局與風(fēng)格.從而實(shí)現(xiàn)最大限度地滿足客戶從任意角度體驗(yàn)新家居的需要，減輕家居設(shè)計(jì)師的負(fù)擔(dān)和壓力，并且提高家居設(shè)計(jì)師的工作效率.Unity3D作為一個(gè)新興的多平臺的游戲開發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎.本文提出設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)unity3d的帕拉漫游系統(tǒng)所需要自由行走、手動及音視頻控制等關(guān)鍵技術(shù). </p><p><b>　　二、系統(tǒng)概述 </b></p><p>　　本

6、文討論的室內(nèi)外建筑的漫游主要利用三維軟件3Dmax完成建模和貼圖.用戶可以在室內(nèi)自由移動和操作.如鼠標(biāo)觸到門時(shí)即打開，鼠標(biāo)的移動可以改變視線與物體的角度，可以按鍵盤左右前后方向自由移動等。系統(tǒng)對象可分為三類：燈、墻、地板及柱子等空間對象、門、窗、家具及裝飾品等物品對象及二維圖片、視頻或音頻信息等場景對象.對象的層次式劃分有利于場景的管理與繪制；系統(tǒng)對象都由對象管理模塊在三維場景中激活 .整個(gè)室內(nèi)外漫游的組成框架如圖1如示。 </p

7、><p>　　圖1 漫游系統(tǒng)組成框架 </p><p>　　圖1中，通過比較常用的三維軟件如3dmax等軟件建模和完成材質(zhì)貼圖這一數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)后通過3dmax導(dǎo)出為.fbx格式文件，將.fbx文件導(dǎo)入unity3d軟件的形成場景數(shù)據(jù)庫.用戶和各種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)環(huán)境實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的消息捕捉.將上述兩個(gè)兩個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成到unity3d構(gòu)成的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）環(huán)境中進(jìn)行集中處理，實(shí)現(xiàn)相機(jī)跟

8、蹤、碰撞檢測以及和整個(gè)場景的渲染輸出。 </p><p>　　三、帕拉莊園漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) </p><p>　　1.三維模型的建模 </p><p>　　制作有規(guī)則的建模比較簡單但做無規(guī)則的模型并不容易，建一個(gè)比較好的模型要看3d動畫制作者的綜合水平，還要看軟硬件的配置情況。模型在三維動畫制作或三維漫游，游戲等中有非常重要的地位，模型是整個(gè)動畫或漫游制作的根基也是

9、核心。也是賦予材質(zhì)與圖片的載體和渲染的對象，所有的三維游戲或者三維動畫、三維漫游都要通過建模這一基本環(huán)節(jié)，在常用的3d建模方法主要有多邊形建模、NURBS建模、細(xì)分曲面建模等等。建模是一個(gè)很繁瑣的工作，需要大量的精力與時(shí)間消耗，因此我們對不同的模型采用不同的建模方式是很重要的，這樣能夠結(jié)成很多時(shí)間。 </p><p>　　三維虛擬漫游《帕拉莊園漫游動畫》中包含了許多規(guī)則，不規(guī)則的模型的建立。主要有墻、門、窗戶、室

10、外場景等較規(guī)則的室外建筑模型，藏式傳統(tǒng)的床，桌子，碗，柜子等不規(guī)則的家具及廚具。 </p><p><b>　　建筑模型： </b></p><p><b>　　2.材質(zhì)貼圖 </b></p><p>　　建立模型之后的工作就是給模型賦予材質(zhì)和貼圖。通過貼圖可以增加模型的質(zhì)感，完善模型的造型，使創(chuàng)建的三維場景更接近現(xiàn)實(shí)。

11、</p><p>　　3DS MAX中最簡單的是位圖（BitMap）。在虛擬校園的制作中，位圖是較為常用的一種二維貼圖。在三維場景制作中大部分模型的表面貼圖都需要與現(xiàn)實(shí)中的實(shí)體相吻合，而這一點(diǎn)通過其它程序貼圖是很難實(shí)現(xiàn)的，我們選擇以數(shù)碼相機(jī)拍攝手段獲取的位圖來作為建筑立體圖對象的貼圖。具體制作過程如下： 從實(shí)地拍攝的數(shù)碼相片中選取合適角度的照片在photoshop中進(jìn)行拉伸扭曲得到所需貼圖單元，保存為JPG格式。

12、在3D MAX中，調(diào)用經(jīng)過處理的圖片進(jìn)行貼圖。初步貼上的圖在建筑物上是很不規(guī)則的，所以我們需要運(yùn)用修改工具中的UVW貼圖坐標(biāo)。貼上實(shí)地采集的相片使得所得圖像與實(shí)際建筑物很接近。 </p><p>　　對于材質(zhì)中的二維貼圖，物體必須具有貼圖坐標(biāo)。這個(gè)坐標(biāo)就是確定二維的貼圖以何種方式映射在物體上。它不同于場景中的XYZ坐標(biāo)系，而是使用的UV或UVW坐標(biāo)系[7]。每個(gè)物體自身屬性中都Generate Mapping C

13、oordinate（生成貼圖坐標(biāo)）。此選項(xiàng)可使物體在渲染效果中看到貼圖。 </p><p><b>　　3.導(dǎo)出文件 </b></p><p>　　通過3dmax軟件已有的模型導(dǎo)出為.fbx文件 </p><p>　　4.unity開發(fā)平臺 </p><p>　　Unity3D[4]是跨平臺的游戲開發(fā)工具，有直觀的游戲編

14、輯環(huán)境，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎.Unity3D 最大的優(yōu)勢是性價(jià)比高，并且可以發(fā)布成網(wǎng)頁瀏覽的方式，用戶不用下載客戶端，就可以直接體驗(yàn).Unity3D 支持各種腳本語言包括Javascript、c 、Python，兼容各種操作系統(tǒng)，真正的實(shí)現(xiàn)了跨平臺. 　　漫游是虛擬莊園的關(guān)鍵， 交互是實(shí)現(xiàn)漫游的方式.簡單的交互用JavaScript 就可以實(shí)現(xiàn)， 比如我們在任何漫游系統(tǒng)中都要用到的鼠標(biāo)按鍵行走功能， 在unity3d中是可以以

15、W、S、A、D 鍵分別實(shí)現(xiàn)前后左右， 相對應(yīng)的代碼在FPScontral.js 腳本語言中， 從文件的命名FPScontral就可以看出這是第一人稱視角控制， 下面例舉向前行走的代碼： </p><p>　　private var motor ： CharacterMotor； </p><p>　　private var sys； </p><p>　　publi

16、c var sysObj：GameObject； </p><p>　　// Use this for initialization </p><p>　　function Awake （） { </p><p>　　motor = GetComponent（CharacterMotor）； </p><p>　　sys=sysObj.gam

17、eObject.GetComponent（"MainSystem"）； </p><p><b>　　} </b></p><p>　　// Update is called once per frame </p><p>　　function Update （） { </p><p>　　if（sy

18、s.walkMode==2） </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　// Get the input vector from kayboard or analog stick </p><p>　　var directionVector = new Vector3（Input.GetAxis（"Horizon

19、tal"）， 0， Input.GetAxis（"Vertical"））； </p><p>　　//var directionVector = new Vector3（0，0，0）； </p><p>　　//if（Input.GetKey（sys.upKey）） </p><p>　　//directionVector=new Ve

20、ctor3（directionVector.x，directionVector.y，1）； </p><p>　　if （directionVector ！= Vector3.zero） { </p><p>　　// Get the length of the directon vector and then normalize it </p><p>　　//

21、Dividing by the length is cheaper than normalizing when we already have the length anyway </p><p>　　var directionLength = directionVector.magnitude； </p><p>　　directionVector = directionVector /

22、 directionLength； </p><p>　　// Make sure the length is no bigger than 1 </p><p>　　directionLength = Mathf.Min（1， directionLength）； </p><p>　　// Make the input vector more sensitive

23、towards the extremes and less sensitive in the middle </p><p>　　// This makes it easier to control slow speeds when using analog sticks </p><p>　　directionLength = directionLength * directionLen

24、gth； </p><p>　　// Multiply the normalized direction vector by the modified length </p><p>　　directionVector = directionVector * directionLength； </p><p><b>　　} </b></

25、p><p>　　// Apply the direction to the CharacterMotor </p><p>　　motor.inputMoveDirection = transform.rotation * directionVector； </p><p>　　motor.inputJump = Input.GetButton（"Jump&q

26、uot;）； </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　/ Require a character controller to be attached to the same game object </p><p>　　@script

27、 RequireComponent （CharacterMotor） </p><p>　　@script AddComponentMenu （"Character/FPS Input Controller"） </p><p><b>　　四、小結(jié) </b></p><p>　　本文簡介了三維虛擬漫游實(shí)現(xiàn)過程中的一些所用到

28、的軟件及相關(guān)的重要技術(shù)，以及虛擬現(xiàn)實(shí)游戲引擎unity3d在設(shè)計(jì)室內(nèi)外漫游仿真系統(tǒng)功能中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的一些操作.實(shí)現(xiàn)了在unity3d中的導(dǎo)人并讀取3dmax構(gòu)建和貼圖的模型構(gòu)建漫游場景，通過鍵盤和鼠標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)場景內(nèi)自由行走的手動功能和自動播放的自動漫游功能，從而實(shí)現(xiàn)對場景的整體把握和資源分配功能.使用以上相關(guān)技術(shù)開發(fā)的漫游系統(tǒng)，設(shè)計(jì)比較簡單而且方便并開發(fā)成本也比較低，場景的真實(shí)感和實(shí)時(shí)性在普通的多媒體計(jì)算機(jī)上完全能夠滿足用戶需求.并且

29、本文討論的關(guān)鍵技術(shù)完全可以進(jìn)一步推廣用于游戲場景，大型的其它仿真的建筑項(xiàng)目和小區(qū)、礦井和工業(yè)產(chǎn)品、具有民族特點(diǎn)的裝飾品虛擬展示等等領(lǐng)域。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 李娜，李少勇，李向端 3dmax2010完全自學(xué)手冊。北京希望電子出版社。2010.5 </p><p>　　[2] 唐晶晶，蔡勇

30、，林茂松，等.基于VR與Agent技術(shù)和室外內(nèi)漫游系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006（7）：258―260 </p><p>　　[3] 丁妹，胡志秋.虛擬建筑模型場景漫游系統(tǒng)[J].信息技術(shù)與信息化，2005（1）：46―57. </p><p>　　[4]宋麗紅，華斌.基于VRML和Java技術(shù)的虛擬校園三維查詢系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī) </p><p><b&

31、gt;　　工程，2005. </b></p><p>　　[5] 徐誠.虛擬校園漫游系統(tǒng)的研究.武漢：華中師范大學(xué)，2006. </p><p>　　[6]曲寶，趙婭，趙琦，等.基于Virtools的虛擬家居漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2009. </p><p>　　作者簡介：索南尖措（1977-），男，藏族，青海共和人，西藏大學(xué)工學(xué)