張利群

[摘要]? 重點探討以3ds Max和Unreal Engine 4為工具來構(gòu)建VR虛擬校園系統(tǒng)，結(jié)合校園全景拍攝的素材，重點闡述了系統(tǒng)關(guān)鍵功能的設計與實現(xiàn)，包括3ds Max中的三維模型的建立、材質(zhì)貼圖等，以及在Unreal Engine 4中的場景、界面以及交互功能的設計與實現(xiàn)，最后利用Unreal Engine 4自帶組件進行系統(tǒng)的功能和性能測試，實現(xiàn)了VR虛擬校園。

[關(guān)鍵詞]? VR;3ds Max;UE4;建模;虛擬校園

[中圖分類號]? TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2021）37-0150-02

VR（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）主要指包括計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。虛擬校園，就是將現(xiàn)實中學校的教學環(huán)境和校園的三維建筑以及景觀利用先進的技術(shù)在計算機中虛擬地再現(xiàn)出來。虛擬校園不僅能夠構(gòu)建一個三維的逼真的校園環(huán)境，還可以掛到學校網(wǎng)站上，讓遠程用戶下載或者直接觀看。有了虛擬校園，學校的對外宣傳就不再僅僅局限于文字、圖片等傳統(tǒng)的宣傳方式，它能夠更加直觀地將學校的情況展現(xiàn)在用戶的眼前。通過三維、全景構(gòu)建的VR虛擬校園系統(tǒng)建設成功之后可以在以下方面發(fā)揮重要作用：

1.滿足用戶網(wǎng)上虛擬校園漫游，使用戶更直觀地了解校園的布局。

2.在招生宣傳工作中發(fā)揮作用，方便新生對學校情況進行了解。

3.輔助學校進行校園規(guī)劃，對于校園信息管理、規(guī)劃、建設等能夠全局掌控。

4.學生通過實時參與到系統(tǒng)的開發(fā)和設計，了解了VR制作的流程，更好地學習和應用專業(yè)知識。

通過三維、全景構(gòu)建VR虛擬校園系統(tǒng)，使用合適的開發(fā)工具可以提高構(gòu)建的效率。在構(gòu)建過程中，遵循規(guī)范的開發(fā)流程可以確保按時、保質(zhì)、保量地完成預期效果。

一、開發(fā)工具選型

構(gòu)建VR系統(tǒng)，可以選擇的開發(fā)工具包含Unity、Unreal、CryEngine、Lumberyard、UE4、3ds Max等，綜合考慮虛擬校園需要實時渲染真實效果、物理屬性逼真的特點，選取3ds Max和UE4作為工具。其中，3ds Max用來構(gòu)建三維模型，UE4用來制作和渲染VR效果。

3ds Max是Autodesk公司推出的一款強大的三維動畫軟件，它在工業(yè)產(chǎn)品設計、室內(nèi)外建筑效果表現(xiàn)、影視廣告、動畫、游戲制作等方面得到了廣泛的應用，是目前最流行的三維軟件之一。

UE4（虛幻引擎4）是Epic Game公司開發(fā)的3A級引擎，它不僅包含各類工具與資源， 還開放了源代碼，由上至下提供了一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。UE4基于C++開發(fā)，它可以運行于Windows、Mac OS、Linux等各種不同的桌面操作系統(tǒng)，iOS、Android等移動便攜平臺，以及其他的一些游戲平臺。通過各種渠道進行封裝發(fā)布將應用的范圍涵蓋到了游戲、影視、工業(yè)制造、房地產(chǎn)、國防軍事、公共醫(yī)療衛(wèi)生、公眾事業(yè)等各個專業(yè)領(lǐng)域。

二、開發(fā)流程

VR虛擬校園開發(fā)流程需要考慮VR制作過程中各步驟的前后關(guān)系，以及各角色關(guān)注的內(nèi)容和分工，在實踐過程中不斷梳理和優(yōu)化。

（一）全景拍攝

全景拍攝是指以某個點為中心進行水平360度和垂直180度拍攝，將所拍攝的多張圖拼接成一張長度與寬度比為2：1的圖的照片拍攝及圖片拼接的方法。

首先帶領(lǐng)學生在晴天的中午或者周末的上午利用魚眼鏡頭和三腳架對校園的各種主要建筑進行拍照，再利用PTGUI軟件進行拼接得到校園的全景圖。

對于校園里的一些不是非常具有立體感的物體，可選擇不用3ds Max建模，等后期直接在UE4中通過將這里拍攝的全景圖貼圖到球體或者其他幾何體來實現(xiàn)VR虛擬校園的部分效果，可以減輕很多的工作量，看起來也更加真實。

（二）在3ds Max軟件中建模

三維建模技術(shù)是整個虛擬校園系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，它處于非常重要的地位。它的研究有助于提高虛擬環(huán)境的真實感、實時交互的速度以及實際交互的可操作程度，使所構(gòu)建的校園環(huán)境更加直觀，讓用戶感受到真正的“身臨其境”。在真實的世界里，人感受到的是三維信息，所以三維建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)所必需的，它是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的底層，也是所有應用中的一個非常關(guān)鍵的步驟和技術(shù)，模型的準確度、虛擬場景的真實性往往直接關(guān)系到整個案例的成敗。

在本研究中先對學生分配任務，讓每個人負責不同的建筑物，并認識到各種任務模型的重難點和需要注意的地方，再分別將前面拍攝的一些照片導入3ds Max作為建模的參考，通過3ds Max快速創(chuàng)建校園的建筑和環(huán)境模型，最后導出成FBX格式的文件。

在建模過程中應注意如下幾點事項：

1.建模過程中，應考慮工作量，對于不太重要的元素，可以用紋理貼圖實現(xiàn)，盡量采用標準幾何體建模，而且要盡量做簡模。虛擬現(xiàn)實中運行的畫面每一幀都是靠顯卡和CPU實時計算出來的，如果模型的面數(shù)太多，會導致運行速度急劇下降，甚至無法運行;模型面數(shù)過多，還會導致文件容量增大，在網(wǎng)絡上發(fā)布也會導致用戶下載時間增加。

2.提前將場景中所有的材質(zhì)由VRay材質(zhì)轉(zhuǎn)換為3ds Max的默認材質(zhì)。雖然VRay材質(zhì)在使用中能夠獲得更加準確的物理照明和更快的渲染，但由于VR虛擬校園的后期制作會在UE4引擎中完成，而UE4不支持VRay材質(zhì)。