基于Unity3D的虚拟校园漫游系统设计与开发

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　　摘要：Unity3D是跨平台的游戏开发引擎，其内置的API函数与Visual Studio开发工具结合能够高效地开发视景仿真系统。基于3ds Max与Unity3D软件，将三维技术与虚拟现实技术进行有机结合，以北华大学东校区为案例设计多用户虚拟漫游系统，为所有无法亲临北华大学的用户提供了解校园的机会，是高校教育信息化在数字时代的必然目标，对中国高校教育改革起到积极的推动作用。
　　关键词：虚拟校园;Unity3D;漫游;3dsmax
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0167-01
　　1 虚拟校园漫游系统开发的意义
　　1.1 为学校的信息化建设提供平台
　　虚拟校园漫游系统的研究为用户提供了一个信息交流的平台，让来访者足不出户就可浏览虚拟校园中的景观和建筑模型，体验身临其境的感受; 将我们真实生活中的校园环境映射到电脑中，以立体图形、图像和三维动画的方式活灵活现地展现在人们的面前，此研究对于北华大学校园信息化具有十分重要的意义。
　　1.2 有利于提升校园的知名度，树立学校形象
　　该系统的研发对本校的宣传工作具有较大的作用性，比如学生、家长与校友通过电脑自主漫步于校园的各个角落，从而达到了宣传学校形象的目的;既又可作为校园规划的辅助工具，提高校园管理的现代化水平，还可以提高学校的知名度，为学校带来可观的社会效益[1]。
　　1.3 建设资源节约型和环境友好型校园的需要
　　三维虚拟校园漫游系统是资源节约型和环境友好型校园建设的需要，它的基本特征是数字化、可视化、智能化和网络化，此漫游系统用于学校的宣传工作，不用打印更多宣传画册，即新颖又节约纸张，节约很多资源，为建设资源节约型和环境友好型校园奠定技术基础。
　　2 基于Unity3D的虚拟校园漫游系统的开发流程
　　按照系统的开发时间周期，分为前期工作、系统实现与测试應用三个阶段，具体如下：首先，通过对虚拟校园、场景漫游技术等相关研究文献进行整理、分析、比较与归纳的基础上，结合Unity3D技术的应用情况及其技术要点，析出虚拟校园漫游系统的模型分类、实现路径和理论架构。考察Unity3D技术在游戏领域上应用的成功案例，研究其对虚拟校园漫游系统的借鉴意义。其次，对真实校园布局进行分析之后，对3DsMax和Unity3D技术组合开发虚拟校园的一般流程进行策划与设计。虚拟校园环境的构建首先是模型的构建，包括地形、建筑物与校园小景和其他附属物体等模型，构建3dsmax虚拟校园场景，将其导入到Unity3D软件中进行交互设计，包括场景漫游、碰撞检测与语音交互等功能。最后，将Unity3D虚拟校园漫游系统输出到Windows、Android与IOS等系统平台，在实践中应用，并对使用过程进行观察、访谈、评价，并修改系统原型和完善制作流程。
　　3 虚拟校园漫游系统的设计与制作
　　3.1 数据采集与整理
　　3.1.1 GoogleEarth软件的应用
　　Google Earth作为虚拟地球仪软件，能将卫星照片、航拍图像和GIS布置在一个地球的三维模型上[2]，本漫游系统的制作是通过GoogleEarth软件将道路和建筑物位置导出来，借助于GoogleEarth进行比例的采集。将搜索位置定位到北华大学东校区并截图，将其导入到3dsmax中作为参考图，以道路为参考，勾勒出校区整体分布图。
　　3.1.2 设计图纸与实地测量相结合
　　通过查找设计图纸相关数据，记录校园内各个教学楼、运动场与大学生活动中心等校内建筑的尺寸，此外，仍需用测量工具（米尺）测出周围附属物体，如宣传栏等。贴图纹理的采集，主要借助于照相机和手机，采集所需要的贴图材质和纹理，应用3dsmax中的“贴图缩放器”修改器将贴图缩小，从而使其不失真。
　　3.2 虚拟漫游系统三维模型构建
　　将虚拟校园场景中的模型分为三类：地形模型、建筑物模型与校园小景模型。根据校园实貌构建虚拟道路，以道路为参照，将制作的楼群、校门、运动场、假山、花草树木及其它对象放在相应的位置，考虑真实物体的构造特点选择混合建模方法构建模型，分析并给出虚拟校园场景模型的建立及优化方案。
　　3.2.1 创建地形与树木
　　Unity3D软件内置强大的地形编辑器，能快速创建树木、岩石与草等，具有细节贴图绘制、整合的Lightmaps与自动填充优化等特点，故利用unity3d来创建地形。具体方法如下：点选Terrain||Create Terrain，通过操作Inspector面板，可建立不同的地形和花草树木。树木模型的建立是首先将素材导入到Assets文件夹中，然后拖拽到场景中，可在Inspector面板中对其进行参数的修改和编辑。
　　3.2.2 建筑物模型
　　本虚拟漫游系统的建筑物模型主要利用3dsmax来创建的，以逸夫教学楼为例，在建模初期，对逸夫教学楼多角度拍照，并查找设计图纸的相关数据，为了保证3d模型与现实世界中的物体成比例，设置“厘米”作为系统单位。建筑物模型制作完成后，将其导出为*.fbx格式文件（unity3d可识别，可读取的文件格式），并置于Project卷展栏的Assets文件夹下。
　　3.3 虚拟校园漫游系统交互设计
　　虚拟校园漫游系统交互设计能模拟现实世界的运动规律，为用户提供良好的用户体验。为了提高虚拟校园的逼真程度，在己建好的校园模型基础上，探究基于Unity3D的虚拟校园漫游系统交互能够，最终能够在Unity3D环境下随意自如地漫游，实现身临其境的效果。
　　4 结语
　　通过探讨虚拟现实游戏引擎Unity3D在虚拟校园漫游系统中的具体应用，实现了在unity3d中，导人并读取3dmax构建和贴图的模型构建漫游场景，通过键盘和鼠标可以实现场景内自由行走，将其移植到多个平台，为数字化校园建设搭建了很好的平台，同时也为虚拟现实技术在这一领域的应用与实践做了有意义的探索。目前该系统在人工智能、导航策略、自动巡路、群组动画方面功能还不够强，后面会继续增加这方面功能，将其建成一个良好的虚拟校园漫游系统平台。 　　參考文献
　　[1] 张典华，陈一民.基于Unity3D的多平台虚拟校园设计与实现[J].计算机技术与发展， 2014（2）：127-130.
　　[2] 薛亚婷.基于GoogleEarth及KML的数字校园设汁.实现方法[D].苏州大学，2007.
　　Design and Development of Virtual Campus Roaming System Based on Unity3D
　　GE Yan，WU Fan，WANG Ze-hua，SUN Yan
　　（School of Computer Science and Technology， Beihua University， Jilin  Jilin  132013）
　　Abstract：Unity3D is a cross-platform game development engine with built-in API functions combined with Visual Studio development tools to efficiently develop visual simulation systems. Based on 3ds Max and Unity3D software， the 3D technology and virtual reality technology are combined to design a multi-user virtual roaming system based on the case of the East Campus of Beihua University. It provides an opportunity for all users who cannot visit Beihua University to understand the campus. The inevitable goal of education informatization in the digital age has played a positive role in promoting the reform of Chinese college education.
　　Key words：virtual campus; Unity3D; roaming; 3dsmax
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