摘 要：在Windows平臺上，使用3Dsmax制作場景，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)制作平臺VRP-Builder技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個虛擬校園三維可視化演示文件，通過演示文件可以自動參觀校園，也可以自主選擇參觀的路線；在此基礎(chǔ)上，為增強(qiáng)虛擬校園的沉浸感和自主參觀效果，本文提出了在虛擬校園中創(chuàng)建角色導(dǎo)游并提出提升角色導(dǎo)游功能的方法。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；虛擬校園；角色導(dǎo)游；角色動作捕捉系統(tǒng)

中圖分類號：TP391

虛擬現(xiàn)實(shí)：英文名稱Virtual Reality，是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中對真實(shí)的客觀世界進(jìn)行逼真的模擬再現(xiàn)。通過利用傳感器技術(shù)等輔助技術(shù)手段，讓用戶在虛擬空間中有身臨其境之感。以虛擬校園為例，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以比較直觀地了解校園的各個區(qū)域，空間次序的視覺理解和感知變得非常容易，其中的教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館、宿舍樓、食堂、道路及綠化地帶和種植的植物，都栩栩如生地呈現(xiàn)在我們的眼前。為便于參觀虛擬校園，本文提出在虛擬校園中創(chuàng)建角色導(dǎo)游，讓虛擬導(dǎo)游帶領(lǐng)我們參觀校園；角色導(dǎo)游將具備導(dǎo)游功能，既能帶領(lǐng)參觀者參觀校園的各個角落，還能及時介紹參觀的內(nèi)容。角色導(dǎo)游的創(chuàng)建將使虛擬校園的體驗(yàn)更有親切感和沉浸感。

1 制作平臺與實(shí)現(xiàn)方法

1.1 制作平臺介紹

VRP-Builder虛擬現(xiàn)實(shí)編輯器（英文全稱Virtual Reality Platform Builder，簡稱VRP-Builder）是一款中視典自主研發(fā)的面向三維美工的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)軟件，用戶無需任何編程基礎(chǔ)就可以獨(dú)立完成屬于自己的虛擬現(xiàn)實(shí)作品和項(xiàng)目。

平臺主要功能特點(diǎn)：

（1）簡單易用的編輯環(huán)境。VRP-Builder所有操作都是以美工熟悉的方式進(jìn)行，并且提供了大量的支持工具和輔助庫以快速提高成品質(zhì)量。如果使用者有一定的3DSMAX建模和渲染基礎(chǔ)，只要對VR-Builder平臺稍加學(xué)習(xí)，很快就可以制作出自己的虛擬現(xiàn)實(shí)場景。

（2）優(yōu)質(zhì)的實(shí)時渲染效果。VRP-Builder內(nèi)嵌強(qiáng)大的實(shí)時渲染引擎，該引擎具有很高的硬件兼容性，無論是DirectX9、OpenGL還是最新的Directx，均可表現(xiàn)出最佳的渲染效果。

（3）多種動畫支持。VRP-Builder支持多種不同屬性的動畫，包括關(guān)鍵幀動畫、物理動畫、骨骼動畫、腳本動畫，通過這些不同動畫的巧妙組合，即可創(chuàng)建出生動的虛擬世界。同時系統(tǒng)還支持“動畫庫”功能，使用戶的工作加速，達(dá)到事半功倍的效果。

（4）模塊化腳本設(shè)置。通過VRP-Builder平臺的腳本功能可以完成各種類型的交互設(shè)置，這種腳本大部分都是模塊化的，而且采用全中文的瀏覽方式，每種腳本模塊只需用戶設(shè)置幾個簡單的參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的交互功能。

1.2 角色導(dǎo)游的實(shí)現(xiàn)方法

角色導(dǎo)游創(chuàng)建流程如下圖所示：

圖1

（1）通過VRP-Builder平臺的角色庫創(chuàng)建角色，根據(jù)平臺提供了角色庫，在角色庫中有很多角色供挑選，可以選擇國外、國內(nèi)、男性、女性、大人、小孩等角色，選中角色后，雙擊鼠標(biāo)左鍵在場景中制作角色，以場景中的模型為參考調(diào)整角色的比例大小。如圖2所示：

圖2 角色創(chuàng)建

（2）根據(jù)角色導(dǎo)游的特點(diǎn)，角色動作必須包括行走和介紹兩種動作；VRP-Builder平臺的動作是根據(jù)角色的類型設(shè)置的，根據(jù)角色類型，挑選出原地行走和空閑交談兩個動作，并分別將這兩個動作設(shè)置為行走動作和默認(rèn)動作。如圖3所示：

圖3 動作設(shè)置

（3）接下來是對角色的控制，使用VRP-Builder平臺的角色控制相機(jī)；創(chuàng)建相機(jī)后，將相機(jī)與角色綁定，并設(shè)置相機(jī)的基本速度，視點(diǎn)高度，調(diào)整參數(shù)后就能通過鍵盤的方向鍵控制角色的運(yùn)動。如圖4所示：

圖4 角色控制

（4）給角色設(shè)置陰影效果；在VRP-Builder平臺中角色的陰影是動態(tài)的，會跟據(jù)角色的動作呈現(xiàn)不同的效果，需要設(shè)置角色陰影的方向和透明度；明確角色是產(chǎn)生陰影的物體，與角色接觸的物體都是接受陰影的物體，如圖5所示：

圖5 陰影設(shè)置

2 角色導(dǎo)游優(yōu)化和提升

2.1 角色導(dǎo)游的優(yōu)化

（1）角色服飾設(shè)計(jì)。VRP-Builder平臺中的每個模型都有相應(yīng)的貼圖文件，找到角色模型的貼圖文件，使用Photoshop軟件對角色貼圖進(jìn)行修改和設(shè)計(jì)，可以修改衣服的顏色，紋理，添加各種圖案等，完成修改后只需要在VRP-Builder平臺中單擊數(shù)據(jù)更新按鈕，相關(guān)的角色貼圖就會得到更新；通過這種方法，甚至可以實(shí)現(xiàn)角色“變臉”，可以把角色的臉部貼圖用自己身邊熟悉的人物頭像進(jìn)行替換。

（2）角色動作的自定義。VRP-Builder平臺的動作庫提供了各種類型的動作供挑選，但這種動作都是模塊化的，不能修改；我們可以使用以下方法設(shè)計(jì)新的角色動作；一種方法是通過3Dsmax軟件的關(guān)鍵幀動畫制作角色動作，這種方法難度較大，而且效率也不高；第二種方法是使用角色動作捕捉系統(tǒng)，這種系統(tǒng)通過多個高靈敏攝像機(jī)實(shí)時捕捉真實(shí)人物上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)生成動作數(shù)據(jù)，只要讓表演者穿上特定的衣服，在表演區(qū)表演各種動作，捕捉軟件會實(shí)時記錄關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，通過軟件生成動作數(shù)據(jù)文件，然后將生成的動作數(shù)據(jù)文件與角色模型綁定，實(shí)現(xiàn)人物動作與場景中的角色動作同步，由于這些動作都是真人表演的，相應(yīng)的角色動作會更加自然逼真，而且制作效率也非常高。如圖6所示。

圖6 角色動作捕捉系統(tǒng)應(yīng)用效果圖

2.2 角色導(dǎo)游的提升

（1）角色導(dǎo)游實(shí)時介紹場景。在虛擬校園中使用角色導(dǎo)游進(jìn)行參觀，當(dāng)角色運(yùn)動至虛擬校園的不同建筑，角色導(dǎo)游會實(shí)時介紹場景中相關(guān)建筑的情況；要實(shí)現(xiàn)這個功能，首先需要對虛擬校園中所有的建筑錄制相關(guān)的介紹聲音，在VRP-Builder平臺中通過設(shè)置距離觸發(fā)播放相應(yīng)的聲音；這里的距離指的是角色控制相機(jī)與場景中的建筑之間的距離，根據(jù)建筑的不同特點(diǎn)可以設(shè)置不同的觸發(fā)距離，在觸發(fā)動作中設(shè)置播放相關(guān)建筑的介紹聲音。讓體驗(yàn)者能及時了解虛擬校園中建筑的情況，使角色導(dǎo)游的功能得到提升。

（2）網(wǎng)絡(luò)版虛擬校園中角色導(dǎo)游設(shè)計(jì)。使用VRP-Builder平臺制作的虛擬校園，目前發(fā)布的都是單機(jī)演示文件，效果雖然真實(shí)，但只能滿足小范圍人群同時觀看。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和VRP-Builder制作平臺的升級，現(xiàn)在通過數(shù)據(jù)庫和相關(guān)的腳本設(shè)置，可以開發(fā)網(wǎng)絡(luò)版虛擬校園；體驗(yàn)者通過客戶端輸入虛擬校園的地址，在登錄界面中選擇角色導(dǎo)游模式，輸入個人基本資料后進(jìn)入校園，以參觀者的角度參觀虛擬校園；這時的體驗(yàn)者可以來自世界的不同地方，他們在虛擬校園中，可以很方便地參觀校園，了解校園的各種信息，還可以與場景中的其他角色進(jìn)行在線交流，從而實(shí)現(xiàn)主動參觀和主動獲取校園的各種信息，實(shí)現(xiàn)角色導(dǎo)游功能的最優(yōu)化。

3 結(jié)束語

虛擬校園是對現(xiàn)實(shí)校園的可視化仿真，是基于現(xiàn)實(shí)校園的三維虛擬環(huán)境，對于學(xué)校的人文環(huán)境宣傳及發(fā)展規(guī)劃等多方面都有重要的意義，基于此，完善虛擬校園的功能體驗(yàn)也顯得非常重要，筆者在上海信息技術(shù)學(xué)校虛擬校園方案的基礎(chǔ)上加入角色導(dǎo)游，讓虛擬校園更加具備沉浸感和自主體驗(yàn)感；同時提出了升級方案，使角色導(dǎo)游更實(shí)用，更完善，更豐富和全面；當(dāng)然虛擬校園的全面提升是一個相當(dāng)漫長的動態(tài)探索、實(shí)踐的過程，因而在今后的工作中，還有很多內(nèi)容有待深入研究，如虛擬學(xué)習(xí)交流社區(qū)，參觀反饋等等。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：賴福生（1979.01-），男，江西寧都人，教師，講師，本科，理學(xué)學(xué)士，研究方向：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維動畫技術(shù)。

作者單位：上海信息技術(shù)學(xué)校，上海 200338