杜乃瀚

(連云港杰瑞深軟科技有限公司，江蘇 連云港 222006)

三維模型與智能設備實時交互的設計與實現(xiàn)

杜乃瀚

(連云港杰瑞深軟科技有限公司，江蘇 連云港 222006)

將三維場景與現(xiàn)實生活中的智能設備結合起來，建立用戶體驗極高的應用管理系統(tǒng)，使用戶直觀的感受現(xiàn)場環(huán)境，不僅僅可以遠程瀏覽現(xiàn)實場景，還可以遠程操控智能設備，控制其運行狀態(tài)。三維智能應用系統(tǒng)同時能夠提供接口與其他外部系統(tǒng)連接實現(xiàn)資源共享，豐富的功能展示，并將場景與真實世界緊密聯(lián)系在一起。

自動尋路；動畫；通信；模型狀態(tài)管理；場景切換；特效

0 引言

隨著用戶體驗需求的不斷提升，二維操作與展示已經不能滿足大眾的口味。一般提升用戶體驗的方式是設計界面樣式，調整界面布局等一些常規(guī)手段，沒有跨越式的突破。當今比較流行的虛擬現(xiàn)實的應用則給用戶帶來了全新的視覺震撼。通過驅動三維模型[1,2]模擬現(xiàn)實場景，并給模型附加觸發(fā)事件、屬性等與現(xiàn)實物體緊密關聯(lián)?，F(xiàn)在很多智能設備能夠傳輸實時監(jiān)控數據、故障代碼等設備信息。將三維模型與智能設備結合起來實現(xiàn)三維可視化智能管控系統(tǒng)不僅能夠飛躍式的提升用戶體驗，同時可以直觀的監(jiān)控現(xiàn)實場景。對緊急救援、城市規(guī)劃提供快速高效的操作方案。本文介紹了基于unity3d和C#開發(fā)三維模型展示、驅動和智能設備實時交互的設計與實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)設計

由于unity3d引擎可以實現(xiàn)跨平臺[3,4]運行，并支持C/S、B/S架構，所以本系統(tǒng)的應用范圍非常廣泛，能夠在眾多主流操作系統(tǒng)中應用。本系統(tǒng)的開發(fā)需要unity3d、.net等開發(fā)環(huán)境以及三維場景模型[5,6]和智能設備接口。本系統(tǒng)應用的模型格式為fbx，系統(tǒng)支持Maya的.mb和.mal格式、3dmax的.max格式等等。系統(tǒng)以第一人稱視角[7]操控三維模型，系統(tǒng)提供全方位觀看三維模型，同時提供自動尋路功能，鼠標點擊地面、水平面，視角隨之切換移動，同時系統(tǒng)提供模擬搖桿操作三維模型。模型的展示可以根據特定需求設計不同的顯示風格。在展示之外，模型需要與外界進行交互，響應多種事件。運用C#語言編輯事件腳本，不同的物體、設備綁定不同的事件腳本，通用事件可以批量綁定降低操作復雜度。點擊物體或者達到觸發(fā)條件時系統(tǒng)調用指定腳本執(zhí)行特定操作，實現(xiàn)對模型的控制。系統(tǒng)提供與外部系統(tǒng)的通信接口，可以輕松實現(xiàn)二三維聯(lián)動，豐富系統(tǒng)的展示方式。目前多種電器設備都能夠提供數據接口，通過智能設備接口捕獲實時數據并反饋到三維場景中即可實現(xiàn)三維模型與智能設備的實時交互。譬如智能攝像頭、智能空調、智能照明等等智能設備?？梢栽谌S場景中觀看實時監(jiān)控視頻[8,9]、顯示空調溫度、故障、照明、開關狀態(tài)等等。根據用戶的展示需要，系統(tǒng)提供場景的快速切換功能，可以添加多個三維場景、多個攝像機，清晰的顯示各個地物、設備的詳細信息，對于預警設備可以快速定位。并且unity3d提供了豐富的粒子系統(tǒng)，如噴泉、雨滴、煙霧、彩光等等可以酷炫的模擬現(xiàn)實場景變化[10-11]。

2 系統(tǒng)開發(fā)與成果展示

將三維模型以拖拽方式導入到unity3d開發(fā)系統(tǒng)中。設置水平面，編寫自動尋路腳本，利用unity3d提供的第一人稱腳本進行導航操作的實現(xiàn)，將腳本與水平面、地物、設備等進行對應綁定，通過射線和旋轉攝像頭的視角控制第一人稱物體移動。通過編寫鼠標右鍵和滾輪的腳本事件實現(xiàn)場景的縮放和旋轉，通過制作天空盒模擬現(xiàn)實中的自然環(huán)境。結合unity3d中自帶的視角功能實現(xiàn)三維模型的展示功能如圖1。

圖1

為不同物體、設備綁定觸發(fā)腳本，設計動畫顯示效果。制作漫游動畫，對墻面、門窗、智能設備等物體設置剛體屬性，以此來控制物體是否能夠平滑穿透，通過創(chuàng)建子線程實時獲取智能設備的數據，并將這些數據在unity3d場景中顯示，通過unity3d提供的文本控件、按鈕、表單顯示相應的設備屬性。在場景中增加多個攝相機對應著不同的物體，當現(xiàn)實物體狀態(tài)發(fā)生變化時根據不同需求切換不同的攝相機實時觀察三維場景中物體狀態(tài)的變化，同時根據不同需求導入多個三維模型，實現(xiàn)不同模型之間的快速切換。在場景中增加控制開關，對不同設備狀態(tài)數據進行適當調整如圖2。

圖2

3 總結

本系統(tǒng)使用unity3d實現(xiàn)三維場景的建立，通過C#、JavaScript語言腳本建立響應事件，通過將模型中包含的智能設備與腳本的綁定實現(xiàn)三維模型與智能設備的實時交互。目前絕大多數的應用系統(tǒng)都是二維平面設計，更多趨于扁平化，視角效果比較平常，本系統(tǒng)面向于三維場景，實現(xiàn)更加華麗直觀的應用系統(tǒng)。

[1] 曹磊, 代洪濤. 基于Unity3D技術移動售樓系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 軟件, 2014, 35(3): 40-42.

[2] 張高巍, 王婷婷, 張富強. 試驗場三維GIS實現(xiàn)的新方法[J]. 軟件, 2012, 33(8): 44-47.

[3] 白雪飛, 趙文深, 崔巖松, 等. 基于現(xiàn)代智能實驗室的三維場景用戶界面設計[J]. 軟件, 2013, 34(7): 41-45.

[4] 譚少輝. 一種跨平臺三維GIS系統(tǒng)的分析與實現(xiàn)[J]. 軟件, 2014, 35(12): 94-97.

[5] 劉航, 王積忠, 王春水. 虛擬校園三維仿真系統(tǒng)關鍵技術研究[J]. 計算機工程與設計, 2007年12期.

[6] 周杰文. 三維城市地質信息可視化研究[D]. 華東師范大學, 2006年.

[7] 倪樂波, 戚鵬, 遇麗娜, 王婧. Unity3d產品虛擬展示技術的研究與應用[J]. 數字技術與應用, 2010年09期.

[8] 吳志達. 一個基于Unity3d游戲引擎的體感游戲研究與實現(xiàn)[D]. 中山大學, 2012年.

[9] 朱柱. 基于Unity3D的虛擬實驗系統(tǒng)設計與應用研究[D].華中師范大學, 2012年.

[10] 付林. 永豐大廈虛擬漫游數字平臺的設計與實現(xiàn)[D]. 北京交通大學, 2010年.

[11] 任國棟, 陳林華, 陶學鋒, 方先行. 基于Unity3D的虛擬博物館信息可視化系統(tǒng)[J]. 計算機系統(tǒng)應用, 2013年09期.

3D Model and Intelligent Devices the Design and Implementation of a Real-time Interaction

DU Nai-han
(Lianyungang Jari Deepsoft Tech Ltd, Jiangsu Lianyungang 222006)

Will 3d scene with the smart devices in real life, to establish the user experience extremely high application management system, the user an intuitive feel the scene environment, not only can remote viewing reality scene, can also be remotely intelligent device, control its running state. 3d intelligent application system at the same time can provide the interface with other external connection to realize resources sharing, the function of the rich, and the scene is closely linked with the real world.

Automatic pathfinding; Animation; Communication; Model of state management; Switching; Special effects

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2016.10.027

杜乃瀚，男，(1988-），工程師，主要研究方向：軟件技術。

本文著錄格式：杜乃瀚. 三維模型與智能設備實時交互的設計與實現(xiàn)[J]. 軟件，2016，37（10）：121-122