“特色小镇”视角下的云南红河城子村三维可视动态规划与虚拟现实
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摘 要：该文以云南省红河城子村为研究对象，利用三维激光扫描技术对村落进行了数据采集，获取到了城子村原始三维点云数据;依托3D建模技术，对城子村建筑单体及场景进行了复建，开发了具有人机交互功能的漫游场景;结合虚拟现实硬件设备，形成了具有浸入式漫游体验功能的软硬件套件;在3D模型及漫游场景的基础上，进一步对城子村进行了三维可视动态规划系统研发，形成了能够实现对建筑、地形、道路等进行三维动态规划的系统。基于三维激光扫描、3D建模、人机交互开发及规划设计技术的一整套成果，为城子村的数字化保护、旅游推介及规划提供了可靠的支撑。
关键词：城子村 三维激光扫描 3D建模 Unity3D 动态规划
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（a）-0251-02
城子村隶属于云南省红河州泸西县永宁乡，该村是明广西府第五代士官昂贵的府地所在，全村1000多间土库房，或首尾相衔，或左右毗连，将村户人家结为一体，其造型獨特，实属罕见。为了让更多人了解此等壮观之景，将城子村打造成一个集旅游、民俗、特色建筑为一体的特色旅游小镇。因此，我们利用眼下热门的VR技术与动态规划相结合，让世人知道这个小镇，将有限的资源无限规划，合情合理地发展旅游业。
1 开发流程
首先利用三维激光技术，对城子村进行扫描，获取真实的点云数据。然后将点云数据导入3ds max软件建立城子村模型。单体模型完成后，将模型导入Unity3D中，还原城子村真实场景。经研究讨论后制定出一套切实可行的规划方案，在Infraworks中进行动态规划[2]。最后着手将VR插件加入漫游场景中，在建筑、地形上加入脚本，实现场景的VR虚拟漫游。
2 模型建立
为了保证模型制作的流畅度，将获取的点云数据处理，切割成单体的点云轮廓图。将切割后的点云导入3ds max软件中，以点云轮廓图为基础，利用几何体或不规则形体，1∶1还原真实场景，以模型的形式展示城子村土掌房的建筑形态。在建模阶段，如果遇到点云不清晰的问题制作人员需要打开扫描数据时保留的真实照片，再对照实物照片还原模型。
3 模型处理及Unity场景开发
3.1 模型处理
在建模阶段时，为了保证工作效率，采用分区域多人同时建立模型，由于个人习惯及操作失误，造成了在模型导入Unity3D时，会有许多不统一的数据，例如比例参数、成组情况还有轴心保存方式的不统一。这就造成了将模型导入Unity软件时，会有房间构建的飞散、轴心的偏离、比例不均匀。为了解决上述问题，小组成员将数据模型重新分组，比例、轴心统一，将模型编号，以便于接下来的工作有条不紊地进行。
3.2 按钮功能
在房子分部及地形基础都完成后，开始在漫游系统中添加按钮。首先在Hierarchy面板上点击鼠标右键，UI-->Button创建一个Button按钮，单击Button，在Inspector面版中点击AddComponent，新建一个名为Test的C#脚本，双击脚本打开，进行编辑添加按钮事件引用，获取按钮组件以及添加点击事件，最后运行场景，点击按钮。这就实现了在场景中的传送至指定地点等多种功能，逐渐完善成为一个系统。
3.3 第一人称漫游
第一人称漫游是指人们可以利用硬件设备或者软件在一个虚拟场景中以第一人称的形式进行漫游。利用Unity中的第一人称视角（即第一人称胶囊体），将胶囊体拖入到场景中，修改必要的属性，让其成为可以达到我们漫游目的的依托体。在用户点击按钮进入第一人称漫游时，即可通过键盘上的“W”“S”“A”“D”键实现依托体的自由行走漫游功能，给客户以真实的体验。
3.4 添加物理碰撞效果
碰撞系统是模拟物体遇到障碍物时的物理反应，它是漫游系统所必需的功能[3]。在现实生活中，当角色碰撞到障碍物时，就会停止。在未添加碰撞第一人称漫游时，会无视所有的建筑物，直接穿过墙体，不符合实际情况。那么必须要给游戏对象和建筑物添加碰撞。首先我们给模型添加Rigdibody刚体组件。接着在Compont给其添加Mesh Collider组件。勾选里面的Convex，会默认根据自己的模型生成一个碰撞范围，但是不是很精确。然后我们展开模型，把里面的网格ear1拖放到Mesh中，然后勾选Convex就可以在对应的位置建立碰撞范围，这样就完成了碰撞的添加。这样就保证了角色碰到墙体时不会穿过。
3.5 制作VR场景
在完成的漫游基础上，主要利用SteamVR软件来进行VR场景的制作。先将制作好的漫游场景主相机删除，随后进入project工程面板中找到SteamVR文件夹，其中有一个prefabs预制体文件夹，里面提供了标准的VR相机。一旦物体出现在场景中之后，你可以为之添加一个或者多个脚本，这些脚本可以让物体栩栩如生，比如可以让枪开火、子弹运动，还可以让角色行走和说话。想要增加脚本，在Scene界面或者Hierarchy标签下选择你想要控制的物体，Inspector标签可以显示所有与该物体相关的组件，实现人们可以戴上头盔手持手柄时，自由真实地在城子村中漫游，给人以身临其境的感觉，却又有现实旅游时体会不到的科技美感。
4 Unity3D场景优化
4.1 模型构建分组合并
受计算机性能影响，如果模型太过繁琐复杂，内部组件过多，在打开场景时计算机就会处理过长时间，这样就使使用者产生烦躁、不耐烦的心理，极大地影响用户的体验。针对这个问题，我们将所有的模型构建成组，将不会再更改的组件固定，这样整体的文件数量减少，在计算机载入场景时，就会减少处理时间，提高用户体验感。
4.2 相机优化
在用户漫游时，许多相机的角度以及放置位置不合理，这样用户就不能获取到需要的信息。针对这个问题，我们采用三审一滤的策略，即3次小组成员自行审查，1次全体成员总体过滤的形式，将每一个相机的问题都记录并优化，这样就极大地提高了用户的漫游体验。
5 动态规划
为了更贴合实际，也为了可以更好地对当地的变化做出及时调整，我们利用Autodesk InfraWorks 360软件对城子村及周边环境进行了动态规划。先将现有卫星图下载，再将现实的道路数据、高程数据整理。小组讨论后，针对现有的道路、山河湖泊等自然条件进行规划 。
6 结语
随着人类文明的推进，许多古建筑、古桥梁、古庙已经遭到破坏，还有许多地方特色的充满传奇色彩的地域文化被现代的钢筋混凝土所侵蚀，可想而知，在不远的将来这些古人留下的文化瑰宝，将会消失殆尽。而该项目是将古村完整地，并永远地存留下来，无论何时都可以如身临其境般体验中华文化的壮丽。随着计算机技术的迅速发展，今后的虚拟漫游系统将会越来越人性化，它是一个三维可视化的、有声有色的仿真景观，用户也将会更多的了解到虚拟现实技术的魅力。通过此项技术保证了古文化的源远流长。
参考文献
[1] 陈宏.与城镇产业发展相适应的小城镇规划方法研究[J].智能城市，2018，4（8）：105-106.
[2] 杨溢，王凤.图书馆战略规划的制定程序与内容框架研究[J].图书馆建设，2009（10）：109-114.
[3] 王文润，王阳萍，雍玖.基于Unity3d的铁路信号设备虚拟现实系统研究[J].铁道标准设计，2016，60（8）：144-146，147.
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