基于UNITY技术实现的三维虚拟校园平台设计

吴辉煌

摘 要：三维虚拟校园平台的设计与实现不仅仅可以让我们进行校园漫游，对校园进行宣传介绍，也可以为我们实现校园应急事件的推演提供强有力的支持。利用3DSMAX和unity游戏引擎我们可以实现三维虚拟校园平台的运行，该文以厦门软件职业技术学院为例，设计与实现软件学院的三维虚拟校园平台。

关键词：UNITY 三维 虚拟校园

中图分类号：TP391. 41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0051-02

虚拟现实技术是结合地理信息技术、计算机图形图像技术、多媒体技术和仿真技术等多种技术，利用虚拟现实技术我们可以实现真实环境的数字化、虚拟化。现在虚拟现实技术已经被广泛地应用于军事航天、工业仿真、房地产、应急推演、游戏、教育等领域中。特别是在教育领域中，教育部在一系列的相关文件中，多次提及到虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。

三维虚拟校园环境平台是以真实校园为整体蓝本，包括校园布局设计、交通、景观、教学及生活环境、建筑物内外、人文等。该平台可以成功虚拟现实校园的全部场景，可以实现访问者自动漫游，以及改变视点进行环视，访问者还可以做出像在真实世界一样的动态行为，实现了环境的艺术性和真实性[1]。该文将对三维校园虚拟化平台进行设计与实现。

1 虚拟校园环境的总体布局

虽然虚拟漫游系统并不要求虚拟场景与真实场景完全一致，但是构建的模型和场景应该尽量真实反映实际的情况，应该做好校园的总体布局，该文的虚拟校园平台是以厦门软件职业技术学院为例，校园环境主要把重要的建筑以及建筑周边环境表现出来，校园环境的总体布局如图1所示。

2 虚拟校园模型创建

三维模型的创建有很多方法，在市场上比较常见的有3DSMAX，MAYA，Sketch Up等。Sketch Up也叫草图大师，使用操作比较简单直观，但是对一些复杂的模型处理起来不是很好，在细节表现上比较欠缺[2]。而3DSMAX和MAYA都是autodesk公司的产品，两个软件功能差不多。MAYA的动画系会比较全面，但3DS MAX的样条线建模却更强大一些，而且3DS MAX有很多插件支持，所以在建筑动画方面，使用3DS MAX会更多一些，该文也是采用3DSMAX软件来设计的。在3DSMAX当中建模的时候用的方法也有很多，比如基础几何体建模、复合对象建模、二维图形转三维模型建模、多边形建模、网格体建模、面片建模、NURBS 建模等。在虚拟校园实现平台上面建模，应该在保证必须的模型质量情况下做到数据量尽量小，也就是模型的面数尽量地少，这样能保证虚拟现实应用系统的运行效率。材质贴图设置的时候也尽量不要使用高清的贴图，避免后期平台运行的时候比较卡。

我们先在3DSMAX软件中导入在CAD软件当中绘制的学校平面图，然后在标准平面图的基础上再进行各个模型的创建。

（1）道路模型创建。

道路模型的创建我们主要使用样条线来进行编辑，样条线包括点、线段、样条线3个层级。我们先利用线描绘出道路的线路，使用控制柄调整样条线使其与平面图当中的道路吻合。道路的边缘我们可使用样条线的轮廓来挤出获取路沿，道路中央则可以直接把样条线转换成可编辑多边形，这样就可以直接得到三维路面了。

（2）楼房模型创建。

3DSMAX在进行模型创建的过程中方法很多，我们主要使用高级建模当中的多边形建模的方法来进行楼房模型的创建。多边形的编辑有包括点、边、边界、多边形、元素5个层级。在创建楼房等模型时我们先创建标准基本体，然后把模型转换成可编辑多边形，再对模型的点、边、多边形等进行编辑，慢慢细化生成我们所需要的楼房模型。在进行多边形编辑的过程中尽量要控制多边形的面数，在后面进行材质贴图的时候可以减少很多的工作量。在创建模型的时候我们需要根据实际的模型进行调整，模型如果凹进去或者凸出来不超过50 cm的，则直接用面贴图表示，这样可以节省很多的面数。

（3）花草树木的创建。

树木和花的创建我们主要使用TreeStorm，下载TreeStorm插件之后放置到3DSMAX软件plugcfg根目录下面就可实现插件的加载，从TreeStorm插件当中自带的树库我们可以选择树木模型直接加载在我们的场景中。当然这时候的树都是比较精细的，并不适合大量的加载。为了使我们后期在引擎中能够顺利运行，我们只加载几个精细树木。更多的树木和花我们还是使用简单的面配上贴图来实现。树可以使用交叉的四个面来实现，而花使用交叉的3个面来实现即可。草地的制作和路面类似，主要样条线编辑再进行多边形转换，后期配上贴图就能实现了。

（4）其他道具的创建。

场景当中我们还需要不少的道具，比如路灯、石头、篮球架、足球门等。这些模型在创建的过程中主要也是使用多边形来进行编辑。路灯模型采用统一的模型进行创建，石头模型则根据具体的石块进行编辑，得到不同的形状并赋予材质，篮球架和足球门使用简单面片模型配上贴图就可以实现，这边就不详细说明了。

3 材质贴图的设置

校园模型创建完成之后我们开始进行模型材质贴图的设置。首先我们在校园里面拍摄了一些楼房的照片，针对照片需要进行图片大小和像素的处理。我们根据楼房中单面墙壁或者单个创建来设置贴图，如果单面墙壁都属于统一颜色的使用则使用材质来设置。比如楼房外墙我们会按照窗户大小来设置单个面的大小，这时候截取照片中的窗户赋予该面就可以较好地表现出窗户了。如果是楼道，我们可以用白色材质来表现屋檐，栏杆和门的材质则和窗户材质的设置一样。没有窗户的墙壁和地板我们使用砖块的贴图来进行平铺。

道路的材质和草地的材质我们分别使用水泥和草贴图来进行平铺，注意调整好平铺数量使材质看起来真实一些。花和树木的贴图需要做好透明材质贴图，因为我们是用面直接表现，所以需要制作黑白贴图来设置材质的透明度。

4 虚拟引擎的导入

要想实现虚拟环境，需要把3DSMAX当中的模型导入引擎。寒霜、虚幻、unity这些引擎都是常见的普通游戏开发者使用的游戏引擎！我们的三维虚拟校园环境采用的unity引擎来实现校园虚拟平台的运行。Unity是能让用户轻松自如地创建三维游戏、虚拟漫游、实时三维动画等一系列能互动的多平台的游戏引擎。使用unity引擎可以发布到Windows、Android和iPhone等平台上面，也可以直接发布到网页游戏上面。

在Unity引擎中创建一个工程文件，在工程文件当中导入天空、地形、角色等插件。我们把创建出来的3DSMAX模型导出生成FBX格式，把FBX和贴图统一放置在Unity工程文件当中。这时候导出来的虚拟校园平台就可以导入到Unity工程中了，在Unity场景当中添加平行光作为太阳光。角色使用第一人称视角，游戏运行的时候就可以直接使用第一人称摄像机来进行漫游了。第一人称角色这时候会直接穿过Unity当中的模型，所以我们需要把模型创建成刚体。创建完刚体对象之后就可以实现第一人称视角在三维虚拟校园的漫游了，但整个背景只有单一颜色，所以我们可以在第一人称的摄像机背景上面添加天空贴图。天空背景就可以直接显示出来了。如果我们的虚拟校园平台还需要有界面，可以再创建一个场景，然后在场景当中进行界面设计，引擎导出运行程序的时候再进行场景的转换[3]。

5 三维虚拟校园环境的实现

我们利用Unity引擎导出成在Windows平台上面能运行的文件，会有生成EXE、pdb文件和一个DATA文件夹，把这3个文件放置在同一个文件夹中就可以实现文件的运行了。三维虚拟校园环境就可以实现漫游了，如图2。在漫游的时候我们既可以采用窗口模式进行漫游，也可以使用全屏，利用键盘的上下左右键我们就可以在里面进行走动。如果需要第三人称的时候我们也可以在3DSMAX里面创建角色并做好角色的走路、停止动画，然后再导入引擎中进行动画的运行。

6 结语

三维虚拟校园平台的创建方法还是比较多的，在进行模型创建的时候我们就可以采用草图大师、CAD、3DSMAX或者MAYA等软件了。导入引擎的方法也比较多，我们主要采用Unity这个游戏引擎。在进行引擎设置的过程中我们还可根据情境编辑一些场景内部切换或者学校应急动画演练等等效果。虚拟校园平台的实现对我们进行学校宣传教育都能起到比较重要的作用。

参考文献

[1] 王振德，王艳春.虚拟现实技术及其在虚拟校园中的应用研究[J].安徽农业科学，2013，41（7）：3223-3224，3235.

[2] 兰玉芳，付金霞，徐霞华，等.基于SketchUp与ArcGIS的校园3DGIS 的设计与实现[J].遥感技术与应用，2013，28（2）：346-351.

[3] 张青峰，吴发启，周淑，等.校园虚拟漫游设计初探[J].测绘科学，2005，30（6）：124-126.