于浩然 吳嘉臣

摘 ?要：該文以云南省紅河城子村為研究對象，利用三維激光掃描技術(shù)對村落進行了數(shù)據(jù)采集，獲取到了城子村原始三維點云數(shù)據(jù);依托3D建模技術(shù)，對城子村建筑單體及場景進行了復(fù)建，開發(fā)了具有人機交互功能的漫游場景;結(jié)合虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備，形成了具有浸入式漫游體驗功能的軟硬件套件;在3D模型及漫游場景的基礎(chǔ)上，進一步對城子村進行了三維可視動態(tài)規(guī)劃系統(tǒng)研發(fā)，形成了能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑、地形、道路等進行三維動態(tài)規(guī)劃的系統(tǒng)?；谌S激光掃描、3D建模、人機交互開發(fā)及規(guī)劃設(shè)計技術(shù)的一整套成果，為城子村的數(shù)字化保護、旅游推介及規(guī)劃提供了可靠的支撐。

關(guān)鍵詞：城子村 ?三維激光掃描 ?3D建模 ?Unity3D ?動態(tài)規(guī)劃

中圖分類號：TP391 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）06（a）-0251-02

城子村隸屬于云南省紅河州瀘西縣永寧鄉(xiāng)，該村是明廣西府第五代士官昂貴的府地所在，全村1000多間土庫房，或首尾相銜，或左右毗連，將村戶人家結(jié)為一體，其造型獨特，實屬罕見。為了讓更多人了解此等壯觀之景，將城子村打造成一個集旅游、民俗、特色建筑為一體的特色旅游小鎮(zhèn)。因此，我們利用眼下熱門的VR技術(shù)與動態(tài)規(guī)劃相結(jié)合，讓世人知道這個小鎮(zhèn)，將有限的資源無限規(guī)劃，合情合理地發(fā)展旅游業(yè)。

1 ?開發(fā)流程

首先利用三維激光技術(shù)，對城子村進行掃描，獲取真實的點云數(shù)據(jù)。然后將點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入3ds max軟件建立城子村模型。單體模型完成后，將模型導(dǎo)入Unity3D中，還原城子村真實場景。經(jīng)研究討論后制定出一套切實可行的規(guī)劃方案，在Infraworks中進行動態(tài)規(guī)劃[2]。最后著手將VR插件加入漫游場景中，在建筑、地形上加入腳本，實現(xiàn)場景的VR虛擬漫游。

2 ?模型建立

為了保證模型制作的流暢度，將獲取的點云數(shù)據(jù)處理，切割成單體的點云輪廓圖。將切割后的點云導(dǎo)入3ds max軟件中，以點云輪廓圖為基礎(chǔ)，利用幾何體或不規(guī)則形體，1∶1還原真實場景，以模型的形式展示城子村土掌房的建筑形態(tài)。在建模階段，如果遇到點云不清晰的問題制作人員需要打開掃描數(shù)據(jù)時保留的真實照片，再對照實物照片還原模型。

3 ?模型處理及Unity場景開發(fā)

3.1 模型處理

在建模階段時，為了保證工作效率，采用分區(qū)域多人同時建立模型，由于個人習(xí)慣及操作失誤，造成了在模型導(dǎo)入Unity3D時，會有許多不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，例如比例參數(shù)、成組情況還有軸心保存方式的不統(tǒng)一。這就造成了將模型導(dǎo)入Unity軟件時，會有房間構(gòu)建的飛散、軸心的偏離、比例不均勻。為了解決上述問題，小組成員將數(shù)據(jù)模型重新分組，比例、軸心統(tǒng)一，將模型編號，以便于接下來的工作有條不紊地進行。

3.2 按鈕功能

在房子分部及地形基礎(chǔ)都完成后，開始在漫游系統(tǒng)中添加按鈕。首先在Hierarchy面板上點擊鼠標(biāo)右鍵，UI-->Button創(chuàng)建一個Button按鈕，單擊Button，在Inspector面版中點擊AddComponent，新建一個名為Test的C#腳本，雙擊腳本打開，進行編輯添加按鈕事件引用，獲取按鈕組件以及添加點擊事件，最后運行場景，點擊按鈕。這就實現(xiàn)了在場景中的傳送至指定地點等多種功能，逐漸完善成為一個系統(tǒng)。

3.3 第一人稱漫游

第一人稱漫游是指人們可以利用硬件設(shè)備或者軟件在一個虛擬場景中以第一人稱的形式進行漫游。利用Unity中的第一人稱視角（即第一人稱膠囊體），將膠囊體拖入到場景中，修改必要的屬性，讓其成為可以達到我們漫游目的的依托體。在用戶點擊按鈕進入第一人稱漫游時，即可通過鍵盤上的“W”“S”“A”“D”鍵實現(xiàn)依托體的自由行走漫游功能，給客戶以真實的體驗。

3.4 添加物理碰撞效果

碰撞系統(tǒng)是模擬物體遇到障礙物時的物理反應(yīng)，它是漫游系統(tǒng)所必需的功能[3]。在現(xiàn)實生活中，當(dāng)角色碰撞到障礙物時，就會停止。在未添加碰撞第一人稱漫游時，會無視所有的建筑物，直接穿過墻體，不符合實際情況。那么必須要給游戲?qū)ο蠛徒ㄖ锾砑优鲎?。首先我們給模型添加Rigdibody剛體組件。接著在Compont給其添加Mesh Collider組件。勾選里面的Convex，會默認根據(jù)自己的模型生成一個碰撞范圍，但是不是很精確。然后我們展開模型，把里面的網(wǎng)格ear1拖放到Mesh中，然后勾選Convex就可以在對應(yīng)的位置建立碰撞范圍，這樣就完成了碰撞的添加。這樣就保證了角色碰到墻體時不會穿過。

3.5 制作VR場景

在完成的漫游基礎(chǔ)上，主要利用SteamVR軟件來進行VR場景的制作。先將制作好的漫游場景主相機刪除，隨后進入project工程面板中找到SteamVR文件夾，其中有一個prefabs預(yù)制體文件夾，里面提供了標(biāo)準(zhǔn)的VR相機。一旦物體出現(xiàn)在場景中之后，你可以為之添加一個或者多個腳本，這些腳本可以讓物體栩栩如生，比如可以讓槍開火、子彈運動，還可以讓角色行走和說話。想要增加腳本，在Scene界面或者Hierarchy標(biāo)簽下選擇你想要控制的物體，Inspector標(biāo)簽可以顯示所有與該物體相關(guān)的組件，實現(xiàn)人們可以戴上頭盔手持手柄時，自由真實地在城子村中漫游，給人以身臨其境的感覺，卻又有現(xiàn)實旅游時體會不到的科技美感。

4 ?Unity3D場景優(yōu)化

4.1 模型構(gòu)建分組合并

受計算機性能影響，如果模型太過繁瑣復(fù)雜，內(nèi)部組件過多，在打開場景時計算機就會處理過長時間，這樣就使使用者產(chǎn)生煩躁、不耐煩的心理，極大地影響用戶的體驗。針對這個問題，我們將所有的模型構(gòu)建成組，將不會再更改的組件固定，這樣整體的文件數(shù)量減少，在計算機載入場景時，就會減少處理時間，提高用戶體驗感。

4.2 相機優(yōu)化

在用戶漫游時，許多相機的角度以及放置位置不合理，這樣用戶就不能獲取到需要的信息。針對這個問題，我們采用三審一濾的策略，即3次小組成員自行審查，1次全體成員總體過濾的形式，將每一個相機的問題都記錄并優(yōu)化，這樣就極大地提高了用戶的漫游體驗。

5 ?動態(tài)規(guī)劃

為了更貼合實際，也為了可以更好地對當(dāng)?shù)氐淖兓龀黾皶r調(diào)整，我們利用Autodesk InfraWorks 360軟件對城子村及周邊環(huán)境進行了動態(tài)規(guī)劃。先將現(xiàn)有衛(wèi)星圖下載，再將現(xiàn)實的道路數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)整理。小組討論后，針對現(xiàn)有的道路、山河湖泊等自然條件進行規(guī)劃 。

6 ?結(jié)語

隨著人類文明的推進，許多古建筑、古橋梁、古廟已經(jīng)遭到破壞，還有許多地方特色的充滿傳奇色彩的地域文化被現(xiàn)代的鋼筋混凝土所侵蝕，可想而知，在不遠的將來這些古人留下的文化瑰寶，將會消失殆盡。而該項目是將古村完整地，并永遠地存留下來，無論何時都可以如身臨其境般體驗中華文化的壯麗。隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，今后的虛擬漫游系統(tǒng)將會越來越人性化，它是一個三維可視化的、有聲有色的仿真景觀，用戶也將會更多的了解到虛擬現(xiàn)實技術(shù)的魅力。通過此項技術(shù)保證了古文化的源遠流長。

參考文獻

[1] 陳宏.與城鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的小城鎮(zhèn)規(guī)劃方法研究[J].智能城市，2018，4（8）：105-106.

[2] 楊溢，王鳳.圖書館戰(zhàn)略規(guī)劃的制定程序與內(nèi)容框架研究[J].圖書館建設(shè)，2009（10）：109-114.

[3] 王文潤，王陽萍，雍玖.基于Unity3d的鐵路信號設(shè)備虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2016，60（8）：144-146，147.