王博

摘 要： Unity 3D是由Unity Technologies開發(fā)的一個(gè)綜合型游戲開發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)3D游戲引擎。本文介紹了一個(gè)基于Unity 3D的建筑導(dǎo)覽系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)Unity 3D三維技術(shù)，模仿實(shí)體建筑設(shè)計(jì)出一個(gè)三維模型，實(shí)現(xiàn)建筑的三維展示，該系統(tǒng)具有良好的視覺(jué)和交互效果。

關(guān)鍵詞： Unity3D 建筑場(chǎng)景建模 3D場(chǎng)景框架

引言

虛擬漫游技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的重要分支，在建筑、旅游、游戲、航空航天、醫(yī)學(xué)等行業(yè)發(fā)展很快。虛擬建筑場(chǎng)景漫游或稱為建筑場(chǎng)景虛擬漫游是虛擬漫游的代表性方面，是虛擬建筑場(chǎng)景建立技術(shù)和虛擬漫游技術(shù)的結(jié)合。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)步和隨之快速發(fā)展的軟硬件技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用在人們的工作、生活、娛樂(lè)的方方面面，但是這些離不開計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的發(fā)展，而3D引擎更在其中扮演著重要的角色。3D引擎作為一種底層工具支持著高層圖形軟件開發(fā)，可以把它看做是對(duì)3DAPI的封裝，對(duì)一些圖形通用算法的封裝，對(duì)一些底層工具的封裝。利用它可以快速開發(fā)出3D應(yīng)用而不必關(guān)心底層的主控程序，如三維場(chǎng)景中的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、碰撞、物理效果等應(yīng)用到數(shù)學(xué)方面的知識(shí)。

本文介紹了基于Unity3D開發(fā)技術(shù)在三維建筑導(dǎo)覽系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。以現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中的某一建筑為標(biāo)的物，在Unity3D環(huán)境下以3DMax建模軟件為輔助工具實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有一定人機(jī)交互能力的建筑導(dǎo)覽系統(tǒng)，有利于用戶對(duì)建筑有更直觀的了解。

1.Unity 3D平臺(tái)

Unity3D是一個(gè)由Unity Technologies開發(fā)的，可讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫等類型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎。Unity類似于Director，Blender game engine，Virtools或Torque Game Builder等利用交互的圖形化開發(fā)環(huán)境為首要方式的軟件，其編輯器運(yùn)行在Windows和Mac OS X下，可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平臺(tái)，也可利用UnityWebPlayer插件發(fā)布網(wǎng)頁(yè)游戲，支持Mac和Windows的網(wǎng)頁(yè)瀏覽，它的網(wǎng)頁(yè)播放器被Mac widgets支持。

Unity3D支持所有主要文件格式，并和大部分相關(guān)應(yīng)用程序協(xié)同工作。Unity3D支持三種腳本語(yǔ)言：JavaScript，C#，Boo。我們?cè)谟肁SP+SQLServer開發(fā)系統(tǒng)時(shí)采用的腳本語(yǔ)言是C#，這使得Unity3D與我們的程序更契合。我們采用這樣一個(gè)游戲引擎，是希望把三維多視角游戲帶到系統(tǒng)交互中來(lái)，在這樣的環(huán)境下，可以多平臺(tái)呈現(xiàn)我們的作品。Unity3D內(nèi)置的NVIDIA PhysX物理引擎帶給用戶良好的互動(dòng)體驗(yàn)。

2.主要設(shè)計(jì)流程

2.1系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)流程

3D建筑導(dǎo)覽系統(tǒng)提供的三維瀏覽功能有利于用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直觀地獲取建筑信息，將生活中的場(chǎng)景及建筑物盡量還原重現(xiàn)，用戶可以自主控制觀察的角度及方向，具有沉浸感。該項(xiàng)目需要的硬件設(shè)備包括數(shù)碼相機(jī)一部，雙核CPU、2GB內(nèi)存電腦一臺(tái)，以及AutoCAD規(guī)劃總平面圖；軟件包括AutoCAD、3DMax、Photoshop、Unity3D。在開發(fā)過(guò)程中需要注意以下設(shè)計(jì)要求：

2.1.1文件不能太大，要保證大多數(shù)普通計(jì)算機(jī)用戶可訪問(wèn)；

2.1.2以相等比例真實(shí)縮小實(shí)體建筑物，所有重要的場(chǎng)景要盡量真實(shí)地表現(xiàn)出來(lái)；

2.1.3提供比較人性化的GUI界面便于用戶操作，比如“幫助導(dǎo)航”用來(lái)給用戶提示信息；

2.1.4供用戶瀏覽模式的選擇，包括自動(dòng)漫游、手動(dòng)漫游；

2.1.5設(shè)置導(dǎo)航圖方便用戶了解建筑物的整體布置情況；

2.1.6配備背景音樂(lè)播放，并可以由用戶自行設(shè)置關(guān)；

在此想法下，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程，如圖1所示。

2.2虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建

為了給用戶創(chuàng)建一個(gè)能使其感受到身臨其境、逼真的環(huán)境，必要條件之一就是創(chuàng)建一個(gè)逼真的虛擬場(chǎng)景。三維建模技術(shù)是整個(gè)導(dǎo)覽系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，是所有應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵步驟和技術(shù)，是整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的靈魂。

2.2.1建立地形地貌。建筑構(gòu)建是一般都要從構(gòu)建地形地貌開始，包括模擬現(xiàn)實(shí)生活里的地形、建筑物及環(huán)境。地形和建筑在有了具體的地形數(shù)據(jù)和建筑高程數(shù)據(jù)之后，可以在3DMax中根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建，環(huán)境部分主要包括天空、樹木和花草，這些在Unity3D中有自帶的多種模型可以選擇。在模型的構(gòu)建中需要注意的是多邊形模型面數(shù)的優(yōu)化。一個(gè)建筑導(dǎo)覽系統(tǒng)算是比較大的，對(duì)模型充分的優(yōu)化可以減小最后網(wǎng)絡(luò)文件的大小，有利于用戶快速瀏覽。除模型優(yōu)化外，在貼圖上不僅要注意盡量真實(shí)，還要注意貼圖文件的大小不要過(guò)大，避免影響系統(tǒng)運(yùn)行速度。

2.2.2紋理素材準(zhǔn)備。為了表現(xiàn)一個(gè)更真實(shí)的虛擬環(huán)境，需要用數(shù)碼相機(jī)采集真實(shí)物體的表面紋理照片。由數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片一般不能直接使用，需要通過(guò)專業(yè)的圖形工具進(jìn)行處理。本文根據(jù)數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片，通過(guò)Photoshop軟件及安裝RGB插件，將JPG格式的照片轉(zhuǎn)換為能夠識(shí)別的RGB格式，再將這些紋理圖像加載到紋理調(diào)板中供貼圖使用。

2.2.3建筑物模型建立及模型紋理貼圖

場(chǎng)景中的物體模型可分為2D模型和3D模型。2D模型包括草地、河流、道路等；3D模型包括建筑物、樹木等，可以利用Unity3D提供的強(qiáng)大的多邊形、矢量建模功能完成模型的建立。在建模的過(guò)程中要注意模型數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)造要盡可能簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行遍歷操作，模型的多邊形數(shù)量要盡可能減少。與此同時(shí)，紋理貼圖用于物體表面的描述，它將復(fù)雜的物體表面真實(shí)地體現(xiàn)出來(lái)。借助紋理貼圖，可以用較少的多邊形表現(xiàn)復(fù)雜的幾何形體，從而節(jié)省建模時(shí)間并減少系統(tǒng)資源的消耗。

3.模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該導(dǎo)覽系統(tǒng)采用網(wǎng)站形式呈現(xiàn)最終效果。用戶通過(guò)鼠標(biāo)控制第一人稱視角，通過(guò)鍵盤的方向鍵控制移動(dòng)，在360度視角觀察建筑物。在這個(gè)過(guò)程中，用戶能夠充分地了解三維建筑模型的信息，包括尺寸、材質(zhì)和設(shè)計(jì)風(fēng)格等。系統(tǒng)按照功能的性質(zhì)，分為前臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)和后臺(tái)管理系統(tǒng)。

3.1前臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)

主要提供用戶注冊(cè)、用戶登錄、建筑瀏覽、資料管理等功能。系統(tǒng)前臺(tái)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.2后臺(tái)管理系統(tǒng)

系統(tǒng)后臺(tái)功能就是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行各種操作，例如查詢、更新、添加、刪除等功能，包括用戶管理、建筑物管理、天氣情況呈現(xiàn)管理、相關(guān)選項(xiàng)設(shè)置管理等，功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

其中比較基本的模塊包括：

3.2.1用戶管理模塊：用戶可以在網(wǎng)站首頁(yè)的登錄框中輸入用戶名和密碼實(shí)行登錄，當(dāng)輸入的用戶名和密碼正確則可成功登錄，否則將提示登錄失敗，可重新登錄。如未開通賬戶則注冊(cè)相應(yīng)用戶后即可登錄系統(tǒng)。輸入相應(yīng)的賬戶和密碼，按下登錄按鈕后，將啟動(dòng)登錄驗(yàn)證程序。登錄成功，即可進(jìn)行不同的操作。

3.2.2VIP信息管理模塊：用戶進(jìn)入網(wǎng)站首頁(yè)登錄后，點(diǎn)擊“會(huì)員中心”即可進(jìn)入“會(huì)員中心”頁(yè)面。這里為用戶提供了用戶注冊(cè)信息的查看和修改功能，即用戶密碼的修改、歷史瀏覽記錄、充值服務(wù)等。

3.2.3建筑物管理模塊：對(duì)系統(tǒng)中的建筑物利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息管理，實(shí)現(xiàn)基本的增刪改查等功能。

3.2.4建筑展示與互動(dòng)模塊：實(shí)現(xiàn)最終效果展示，用戶瀏覽記錄，用戶留言交互等功能。

結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，今后的軟件開發(fā)將更加人性化，各種應(yīng)用首先要以方便用戶使用為前提，如何讓用戶在電腦上真實(shí)地獲得更多信息是需要不斷努力的。本文利用Unity3D并融于系統(tǒng)的架構(gòu)角色設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)分析了系統(tǒng)流程并進(jìn)行了相應(yīng)的建模分析。同時(shí)，通過(guò)此系統(tǒng)的開發(fā)，說(shuō)明Unity3D軟件對(duì)于虛擬環(huán)境的創(chuàng)建是一個(gè)實(shí)用的工具，不但方便三維建模，更有很強(qiáng)的交互性與實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]宣雨松.Unity 3D游戲開發(fā)[M].北京.人民郵電出版社，2012.

[2][美]Michelle Menard，史曉明，李強(qiáng).Unity游戲開發(fā)實(shí)戰(zhàn)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]祝敏嬌.基于Unity3D的虛擬漫游技術(shù)的研究[J].硅谷，2012（20）：34-35.

[4]朱惠娟.基于Unity3D的虛擬漫游系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2012（10）：20-22.

[5]于瀟翔，彭月橙，黃心淵.基于Unity3D的道具系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（04）：51-53.

基金支持：貴州師范大學(xué)2015年度“大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目