王莉莉 宋燕燕 童氿一

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的日常生活。建筑虛擬漫游作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要分支，被廣泛應(yīng)用于場(chǎng)館展示項(xiàng)目中。本文以綜合體育館為虛擬漫游場(chǎng)景，使用3D Max軟件制作三維模型，Unity3D引擎為開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了綜合體育場(chǎng)館第一人稱虛擬漫游。

關(guān)鍵詞：虛擬漫游；體育館；Unity3D；第一人稱漫游

中圖分類號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）05-0089-03

1 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生場(chǎng)景，并能實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。利用最新的計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)作的三維虛擬環(huán)境較二維照片和視頻更直觀形象，更逼真，臨場(chǎng)感更強(qiáng)。傳統(tǒng)體育場(chǎng)館在宣傳上，僅僅只能通過網(wǎng)站圖片的形式，缺乏現(xiàn)實(shí)空間感受。場(chǎng)景虛擬漫游技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，可以讓使用者產(chǎn)生身臨其境的感覺，還可以在場(chǎng)景中通過交互，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)館預(yù)定、查看詳細(xì)功能等。本項(xiàng)目的研究具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 虛擬漫游系統(tǒng)及Unity3D引擎

虛擬漫游系統(tǒng)是一種能夠集視覺、聽覺、觸覺為一體的虛擬環(huán)境，能夠?qū)崟r(shí)仿真虛擬空間，可從任意角度對(duì)虛擬對(duì)象進(jìn)行瀏覽觀察，可與其中的對(duì)象進(jìn)行交互的新技術(shù)。具有沉浸感、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)。在建筑設(shè)計(jì)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、家具裝潢、場(chǎng)景展示等領(lǐng)域，游戲設(shè)計(jì)與娛樂行業(yè)應(yīng)用廣泛。

Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)的一款跨平臺(tái)綜合游戲引擎，能夠運(yùn)行在Windows和Mac OS X操作系統(tǒng)下，可以發(fā)布游戲到Windows，Mac，Wii，iPhone，WebGL（需要HTML5）和Android等多種平臺(tái)。腳本語(yǔ)言簡(jiǎn)單，支持各種插件，開發(fā)速度快，跨平臺(tái)性好，可以讓用戶輕松創(chuàng)建3D游戲、建筑可視化、三維動(dòng)畫等類型的交互式內(nèi)容。

3 綜合體育館系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所實(shí)現(xiàn)的綜合體育館漫游系統(tǒng)主要利用三維建模軟件3DS Max完成場(chǎng)景和模型的建模，利用Unity3D引擎來完成系統(tǒng)的漫游和交互。

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

綜合體育館漫游系統(tǒng)主要包含乒乓球場(chǎng)、羽毛球場(chǎng)和籃球場(chǎng)所、觀眾席看臺(tái)四部分。使用者可通過鍵盤W、A、S、D鍵來控制位移，通過鼠標(biāo)控制視角，可瀏覽場(chǎng)館任何區(qū)域。可查看場(chǎng)館預(yù)定信息、進(jìn)行預(yù)定操作、查看操作說明和退出系統(tǒng)等。

3.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括建模模塊、漫游模塊和交互模塊，功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。建模模塊主要實(shí)現(xiàn)綜合體育館整體建模和三個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)區(qū)的建模；漫游模塊主要實(shí)現(xiàn)第一人稱視角位移和視角控制，碰撞檢測(cè)；交互模塊主要實(shí)現(xiàn)查看預(yù)定信息、預(yù)定場(chǎng)館、查看操作說明及退出系統(tǒng)功能。

4 綜合體育館漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 建模模塊實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)建模主要通過3DS Max軟件建模、貼圖、渲染、烘焙完成。主要包括體育館整體建模和三個(gè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)區(qū)的建模。在將模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D引擎前對(duì)模型面數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，將多個(gè)次要對(duì)象通過布爾運(yùn)算合成一個(gè)對(duì)象，減少Unity3D的渲染負(fù)擔(dān)，檢查場(chǎng)景中的孤立點(diǎn)和面，適當(dāng)刪除，調(diào)整貼圖模式，減少燈數(shù)。通過此類優(yōu)化措施，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

（1）體育館整體場(chǎng)館建模。場(chǎng)館外觀為灰色，整體類正方形，有層次感，側(cè)面為透明玻璃。如圖2所示為導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D后的整體場(chǎng)館外觀圖。館內(nèi)墻壁采用灰色吸音材料，可以隔絕噪音，保證比賽不受雜音影響。制作時(shí)，新建一個(gè)長(zhǎng)20，寬5，高5的長(zhǎng)方體，然后復(fù)制粘貼出多個(gè)同樣的長(zhǎng)方體，再進(jìn)行堆疊，將體育館模型構(gòu)建出來。如圖3所示為導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D后的場(chǎng)館室內(nèi)效果圖

（2）乒乓球場(chǎng)臺(tái)建模。乒乓球球臺(tái)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，乒乓球球桌臺(tái)面尺寸為2740×1525mm，臺(tái)高為760mm，網(wǎng)寬1.83米，網(wǎng)高0.1525米。本系統(tǒng)中采用綠色桌面。如圖4所示為乒乓球球臺(tái)模型圖。

（3）羽毛球場(chǎng)建模。羽毛球球場(chǎng)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計(jì)，球場(chǎng)為長(zhǎng)方形場(chǎng)地，長(zhǎng)度為13.40m，場(chǎng)地寬為5.18m設(shè)計(jì)為單打場(chǎng)地。球場(chǎng)上各條線寬均為4cm，球場(chǎng)界限用白色畫出。羽毛球球網(wǎng)長(zhǎng)6.10m、寬760mm，網(wǎng)孔大小在15-20mm之間，網(wǎng)的上沿有75mm寬的雙層白布。網(wǎng)柱高1.55m，兩根網(wǎng)柱分別立在雙打場(chǎng)地邊線的中點(diǎn)上。球網(wǎng)中部上沿離地面為1.524m，球網(wǎng)兩端高為1.55m。如圖5所示為羽毛球場(chǎng)模型圖。

（4）籃球場(chǎng)建模?；@球球場(chǎng)按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計(jì)，整個(gè)籃球場(chǎng)地長(zhǎng)28m，寬15m?；@圈下沿距地面3.05m。線條：寬度為5cm. 球場(chǎng)界線距觀眾席2m。中線向兩側(cè)邊線外各延長(zhǎng)15cm。罰球線與端線平行，它的外沿距離端線內(nèi)沿5.80m；這條線長(zhǎng)為3.60m。罰球區(qū)是以罰球線中點(diǎn)為圓心，以1.80m為半徑，向限制區(qū)外畫出一個(gè)半圓區(qū)域，限制區(qū)內(nèi)的半圓畫成虛線。罰球區(qū)中第一條線距離端線內(nèi)沿1.75m，第一位置區(qū)的寬度為0.85m，并且與中立區(qū)域的始端相接。中立區(qū)域的寬度為0.40m，第二位置區(qū)與中立區(qū)域相鄰，寬度為0.85m，第三位置區(qū)與第二位置區(qū)相鄰，寬度也是0.85m。所有區(qū)域線條長(zhǎng)度為0.10m，并垂直于罰球區(qū)邊線的外側(cè)。中圈畫在球場(chǎng)的中央，半徑為1.80m。三分投籃區(qū)距邊線1.25m，從端線引出兩條平行線，半徑為6.25m（量至圓弧外沿）的圓弧（半圓）與兩平行線相交圓心距端線內(nèi)沿中點(diǎn)的距離為1.575m。如圖6所示為籃球場(chǎng)模型圖。

（5）觀眾席看臺(tái)建模。觀眾席以NBA聯(lián)賽中球館的觀眾席為模板進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為三層。第一層為觀眾椅，椅子高度為410mm，椅子座位寬度為200mm，共三排。第二層和第三層都是階梯型座位，每級(jí)階梯的座位間由隔板隔開，每級(jí)階梯高為400mm，共14級(jí)階梯。如圖7所示為觀眾席看臺(tái)模型圖。

4.2 漫游模塊實(shí)現(xiàn)

首先，在Unity3D中新建一個(gè)工程文件，自帶一個(gè)主攝像機(jī)和一個(gè)自然光。然后，將制作好的模型導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D，將制作的場(chǎng)景拖入制作窗口。

（1）第一人稱漫游位移控制功能實(shí)現(xiàn)。首先，在場(chǎng)景中添加一個(gè)圓柱體，代表用戶。將主攝像機(jī)設(shè)定為跟隨圓柱體移動(dòng)，通過控制場(chǎng)景中圓柱體的位移和攝像機(jī)的轉(zhuǎn)到，來實(shí)現(xiàn)用戶的位移和視角。通過代碼設(shè)置了向前行走、向后行走、橫向移動(dòng)和跑動(dòng)的速度，并對(duì)跳躍的高度進(jìn)行了設(shè)置?？刂频谝蝗朔Q向前位移和向左位移的關(guān)鍵代碼如下：

if （Input.GetKey（KeyCode.W）） //設(shè)置鍵盤上的“W”鍵控制第一人稱視角向前移動(dòng)

{ float x = Mathf.Sin（transform.eulerAngles.y * Mathf.Deg2Rad） * distance；

float z = Mathf.Cos（transform.eulerAngles.y * Mathf.Deg2Rad） * distance；

transform.Translate（new Vector3（x，0，z）， Space.World）； return true； }

if （Input.GetKey（KeyCode.A）） //設(shè)置鍵盤上的“A”鍵控制第一人稱視角向左移動(dòng)

{transform.Translate（new Vector3（-distance， 0， 0））； return true；}

（2）第一人稱漫游視角控制功能實(shí)現(xiàn)。第一人稱漫游視角控制，主要通過攝像機(jī)的視角轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定為跟隨鼠標(biāo)的移動(dòng)而移動(dòng)。如圖8所示為第一人稱視角漫游場(chǎng)景圖。視角控制的部分關(guān)鍵代碼如下：

public Camera cam；// 定義相機(jī)

public MovementSettings movementSettings = new MovementSettings（）；//定義相機(jī)視角移動(dòng)

public MouseLook mouseLook = new MouseLook（）；// 跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)而移動(dòng)

public AdvancedSettings advancedSettings = new AdvancedSettings（）；

（3）碰撞檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)。碰撞檢測(cè)是虛擬漫游系統(tǒng)的重要功能，其作用是用來確保兩個(gè)不可穿透的對(duì)象互相不能共享相同的空間。首先，為圓柱體添加剛體，再通過為所有模型添加碰撞檢測(cè)Mesh Collider屬性來實(shí)現(xiàn)。

4.3 交互模塊實(shí)現(xiàn)

（1）查看預(yù)定功能實(shí)現(xiàn)。首先，新建一個(gè)button，將其命名為 “chakan”，將按鈕的文本名稱改為 “查看預(yù)定”。然后在按鈕上方新建一個(gè)Text文本框“yuding”。新建一個(gè)c#文件“mingdan”，通過代碼設(shè)置文本框初始不可見，編寫代碼，設(shè)置點(diǎn)擊按鈕后，如果文本框是顯示狀態(tài)則將其隱藏，如果文本框是隱藏狀態(tài)則將其顯示，然后將腳本拖到“chakan”的屬性欄中的Button（Script）中，再將拖到Button（Script）中的腳本文件拖到OnClick中，并設(shè)置點(diǎn)擊按鈕后執(zhí)行mingdan.sendMessageUpwards。如圖9所示為查看場(chǎng)館預(yù)定功能圖。部分代碼如下：

void Start（）

{ga=GameObject.Find（ganame）；

ga.active=false； //設(shè)置開始可見性}

void OnClick（） //控制顯示和隱藏的方法

{if （ga.active==true）//文本此時(shí)顯示

{ga.SetActive（false）；//點(diǎn)擊后隱藏}

else if（ga.active==false）//文本此時(shí)隱藏

{ga.SetActive（true）；//點(diǎn)擊后顯示}}}

（2）預(yù)定場(chǎng)館功能實(shí)現(xiàn)。首先，添加一個(gè)button和一個(gè)Input Filed。分別改名為“yuyue”和“yudingxinxi”，button控件的文本名稱改為“場(chǎng)地預(yù)定”。新建一個(gè)c#文件“xinxishuru”，編寫代碼使在Input Filed中輸入的內(nèi)容能在查詢預(yù)定的文本框內(nèi)顯示，將腳本拖到Input Filed屬性欄中的On Value Changed（String）中，設(shè)置對(duì)應(yīng)的Text.text。

（3）操作說明功能實(shí)現(xiàn)。首先，先新建一個(gè)button，命名為“caozuo”，按鈕文本名稱改為“操作說明”。然后在button上方新建一個(gè)Text文本框“kongzhi”。通過代碼設(shè)置文本框初始不可見，新建一個(gè)c#腳本“shuoming”，編寫代碼，設(shè)置點(diǎn)擊按鈕后，如果文本框是顯示狀態(tài)則將其隱藏，如果文本框是隱藏狀態(tài)則將其顯示，然后將腳本拖到“caozuo”的屬性欄中的Button（Script）中，再將拖到Button（Script）中的腳本文件拖到OnClick中，并設(shè)置點(diǎn)擊按鈕后執(zhí)行shuoming.sendMessageUpwards。

（4）退出系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。首先，先新建一個(gè)button控件，改名為“guanbi”，文本名稱改為“退出”。然后新建一個(gè)c#腳本，編寫好代碼后保存，將腳本拖到Button（Script）中，再拖到OnClick中，并設(shè)置執(zhí)行tuichu.OnClick。退出漫游部分代碼如下：

public void ontuichu（）

{Application.Quit （）；// 退出漫游}

5 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)漫游技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的計(jì)算機(jī)綜合性技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)生成逼真的虛擬環(huán)境，通過漫游和交互讓用戶產(chǎn)生臨場(chǎng)感。本文使用3DS Max和Unity3D工具實(shí)現(xiàn)了綜合體育館虛擬漫游系統(tǒng)，系統(tǒng)包括建模、漫游、交互三個(gè)重要組成部分，采用碰撞檢測(cè)技術(shù)保證了系統(tǒng)的真實(shí)效果。系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果良好，場(chǎng)景逼真。

參考文獻(xiàn)

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