張斌 周欣明

摘 要 文章介紹了以UE4和VS2013為主要開發(fā)工具，進(jìn)行三維模型的繪制和自主漫游等功能的設(shè)計。可以利用此虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬空間中完成對營區(qū)的立體化模擬，以構(gòu)建出更加真實的營區(qū)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過分析虛擬現(xiàn)實技術(shù)與營區(qū)仿真等，提出基于UE4引擎的營區(qū)規(guī)劃的相關(guān)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞 UE4引擎；營區(qū)規(guī)劃；可視化

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）208-0070-02

當(dāng)前大多營區(qū)規(guī)劃設(shè)計中，主要運用表格、圖紙等平面模型，來完成整體架構(gòu)的設(shè)計。虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到城市規(guī)劃中，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)對城市的立體仿真模擬。本文主要利用UE4引擎來制作營區(qū)的虛擬現(xiàn)實場景，以方便設(shè)計者更加直觀地檢查規(guī)劃方案。

1 UE4引擎的特點

UE4是最優(yōu)秀的游戲引擎之一，在游戲、仿真領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它的圖形處理能力非常強大，包括全新的實時高級動態(tài)光照，可以處理百萬量級的粒子系統(tǒng)等。目前，Maya、3DMax等主流三維制作軟件均支持對UE4的直接導(dǎo)出，非常有利于仿真項目的開發(fā)[1-2]。

相對于其它三維引擎，UE4引擎有更高的精度。它的仿真系統(tǒng)采用了真實的物理引擎作為驅(qū)動，模型的運動方式不只是提前用動畫制作工具生成的，而是可以跟據(jù)外力作用作出實時的響應(yīng)。另外，UE4引擎的復(fù)雜程度與更低。它對虛擬現(xiàn)實項目中很多重要功能都進(jìn)行了封裝，在開發(fā)人員使用時，不必從最基本的部份編寫程序，而是可以像搭積木一樣，直接調(diào)用引擎的相應(yīng)模塊就可以實現(xiàn)所設(shè)想的功能。UE4引擎作為全新設(shè)計的產(chǎn)品，不僅在功能上強大，在人機交互性上，也得到了極大的提高。最新版本的UE4引擎已經(jīng)可以支持在VR環(huán)境中對模型進(jìn)行修改，令使用者如同處于真實環(huán)境當(dāng)中。

2 UE4引擎在營區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 營區(qū)虛擬建模的規(guī)劃與實現(xiàn)步驟

通過Rhino、Maya等虛擬建模軟件，完成對營區(qū)虛擬規(guī)劃設(shè)計。在營區(qū)虛擬建模之前，需要對營區(qū)內(nèi)的整體布局，以及空間環(huán)境規(guī)劃的實現(xiàn)步驟進(jìn)行設(shè)計。首先要對營區(qū)內(nèi)的建筑場景進(jìn)行分析，得出不同建筑物的具體分布狀況，以及建筑物的高度、長度、寬度、方向和色彩等數(shù)據(jù)信息。其次運用 Rhino、Maya等建模軟件，來完成對營區(qū)的建模工作。針對營區(qū)的規(guī)劃設(shè)計方案，構(gòu)建出不同的模型，然后將其與設(shè)計的虛擬場景進(jìn)行融合，從中比較出各個建筑模型方案的優(yōu)劣，構(gòu)建完整的營區(qū)虛擬模型數(shù)據(jù)庫。最后引入后臺管理模塊進(jìn)行后續(xù)的場景維護(hù)[3]。

2.2 營區(qū)虛擬場景的設(shè)計及三維建模

營區(qū)的真實數(shù)據(jù)信息，要按照相應(yīng)比例納入到虛擬空間坐標(biāo)系中，才能完成對營區(qū)環(huán)境的真實模擬。當(dāng)前主要使用AutoCAD建模軟件，來完成對營區(qū)整體框架的搭建。

營區(qū)虛擬場景的三維建模步驟為：一是利用AutoCAD建模軟件，進(jìn)行營區(qū)原始模型的CAD平面圖的繪制。將完成的平面圖導(dǎo)入至Maya建模軟件中作為建模參考，通過軟件的修剪、焊接等命令，來完成模型的封閉處理。二是之后用Sketchup軟件，進(jìn)行營區(qū)虛擬模型的填充與完善，在營區(qū)虛擬模型建構(gòu)完成后，繼續(xù)修改完善提高整個三維模型的逼真程度。三是進(jìn)行營區(qū)虛擬場景的陰影渲染，主要使用UE4自帶的swarm擴展插件進(jìn)行渲染，使其達(dá)到更加逼真的效果。通常會將營區(qū)分為小的空間場景，來依次完成各個場景的渲染工作。四是根據(jù)不同的設(shè)計方案，構(gòu)建營區(qū)虛擬三維模型數(shù)據(jù)庫，并比較不同規(guī)劃設(shè)計方案的優(yōu)劣，選擇出最佳的設(shè)計方案。營區(qū)虛擬三維模型如圖1所示。

2.3 UE4引擎中的漫游功能設(shè)計

角色漫游系統(tǒng)是本項目互動性的核心，直接關(guān)系到用戶對產(chǎn)品的體驗感受。用戶是以角色的高度來進(jìn)行觀察。還可以通過體感交互設(shè)備來控制角色，與虛擬場景進(jìn)行豐富的交互。在接近真實的全景環(huán)境中，結(jié)合場景中的文字介紹，展示整設(shè)計方案[4]。

2.3.1 添加相機到角色

在UE4引擎中，攝像機可以單獨使用并直接放置到關(guān)卡，也可以充當(dāng)藍(lán)圖的一部分。將 Modes菜單中的一個 Camera Actor直接拖放入的關(guān)卡中。然后右鍵點擊關(guān)卡視區(qū)，在彈出的菜單中，選擇Place Actor，然后選擇 Camera Actor。當(dāng)攝像機被放置到關(guān)卡后，可以在視圖區(qū)發(fā)現(xiàn)一個畫中畫窗口，其呈現(xiàn)的正是攝像機的視角。攝像機的名稱也列在窗口的頂部中間位置，而固定窗口的選項（在單擊隱藏攝像機時將窗口保留在屏幕上）位于窗口左下角，顯示為一個大頭針圖標(biāo)，如圖2所示。

在選擇攝像機后，可以在“細(xì)節(jié)”面板查看攝像機有關(guān)的設(shè)置。也可以根據(jù)項目的需要，增加彈簧臂組件等應(yīng)用功能。

2.3.2 相機輸入的配置

攝像機的移動操作通過鼠標(biāo)鍵盤來共同完成，其中鼠標(biāo)控制攝像機的鏡頭，而鍵盤上的按鍵則用來控制攝像機的方向移動。在UE4藍(lán)圖編輯器中進(jìn)行功能設(shè)定，實現(xiàn)方案如圖3所示。

2.3.3 添加代碼對輸入進(jìn)行響應(yīng)

現(xiàn)在我們通過代碼來實現(xiàn)對攝像相的控制。直接把鼠標(biāo)的X 軸的運動關(guān)聯(lián)到攝像機的偏轉(zhuǎn)上。Y軸的運動被固定在一個視界內(nèi)。

2.3.4 系統(tǒng)運行結(jié)果

在本營區(qū)漫游系統(tǒng)內(nèi)，用戶可以多種不同的視角觀察營區(qū)設(shè)計的情況。系統(tǒng)可以增加粒子系統(tǒng)特效，對碰撞進(jìn)行實時檢測和反饋，也可以對模型動作音效進(jìn)行添加。選用配置為i7-4930K、主頻3.6GHz /16G 內(nèi)存/ NVIDIA 980Ti 顯卡，進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)運行畫面生動逼真、流暢度高。

3 結(jié)論

本文以營區(qū)規(guī)劃的可視化為設(shè)計方向，提出了一種基于UE4引擎的仿真系統(tǒng)開發(fā)的解決方案，實現(xiàn)一個交互性強、逼真的營區(qū)規(guī)劃可視化系統(tǒng)。能夠完成對營區(qū)交通、照明、三維模擬，構(gòu)建出可視化與數(shù)字化的營區(qū)規(guī)劃方案圖。隨著城市規(guī)劃虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展成熟，虛擬人機交互與漫游將成為未來營區(qū)規(guī)劃的主流。

參考文獻(xiàn)

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[3]蔡金玲.基于unity 的校園虛擬漫游系統(tǒng)設(shè)計與制作[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2015，36（5）：131-135.

[4]陳海波，鄭健，費瑞軼，等.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（2）：20-25.