基于paws3d的虚拟校园模型设计与实现*

王俊洁,李慧琴,孙 英

(楚雄师范学院信息科学与技术学院，云南 楚雄 675000)



基于paws3d的虚拟校园模型设计与实现*

王俊洁,李慧琴,孙 英

(楚雄师范学院信息科学与技术学院，云南 楚雄 675000)

虚拟现实技术不断的发展和完善，为学校实现虚拟校园提供的强大的技术支持，本文以楚雄师范学院校园为例，应用3dmax 和paws3d开发工具进行虚拟校园的建构，介绍了虚拟校园的模型设计和实现。

虚拟校园；建模；3dMax；Paws3D

0 引言

随着信息社会化的飞速发展，数字化校园已经成为学校发展建设中一个非常重要的组成部分。虚拟现实技术作为现在比较流行的高新实用技术，利用计算机技术仿真现实环境，并通过刺激视觉、听觉和触觉三大感官让人产生如同身临其境的感受。虚拟技术让学校数字化校园建设之虚拟校园实现变为可能并提供了技术支持，并将学校数字化建设的理念从二维平面模式向三维立体模式进行转换升级。虚拟校园将成为学校对外招生宣传、学校现代化管理和校园数字化教学等工作中不可缺少的部分。目前，许多高校已经将虚拟校园建设作为学校建设的一个重要环节而高度重视。

1.平台介绍

1.1 3dMax

目前，制作三维景观建模的工具比较多，常见的工具有3dMax、Maya和AutoCAD等。3dMax是制作3D建筑效果图和动画的一个有效工具，它不仅可以制作室内建筑装饰效果图，还可以制作室外建筑设计效果图。3DMax拥有许多强大的命令可以供许多的创作者使用， 不仅可以对室内效果图进行基本建模、赋予材质还可以进行UV贴图和灯光的使用，也可以创建图形文件等，对室外建模效果图也可进行同样的操作。3dMax的特点是方便易学、操作性强，制作出的模型外观效果形象逼真，是三维建模的首选工具。

1.2 Paws3D

Paws3D是一款中文版的3D跨平台游戏开发沙盒，它通过可视化操作界面将开发者制作的3D模型放入舞台场景中，并进行一些相关参数设置，即可完成整个场景搭建。Paws3D所提出的开发沙盒概念，就是把所有驱动的模块全都设计制作到沙盒编辑器中。Paws3D提供给了开发者所有基础的布景，道具和逻辑脚本，开发者只需要把自己的美术设计、创意剧本以及思维逻辑导入到沙盒中，就如同在沙滩上堆城堡一样，堆砌出来即可。当然所有的布景、道具都应该在前期制作完成，然后导入到Paws3D中方可正常使用。

2.楚雄师范学院虚拟校园漫游系统特点

传统的虚拟校园漫游系统一般都基于以虚拟现实技术为核心，结合ASP技术、JS脚本语言或Java语言，实现基于TCP/IP协议和因特网的逼真虚拟校园漫游系统。楚雄师范学院虚拟校园系统采用了Paws3D沙盒作为系统设计的开发工具，因为Paws3D游戏沙盒的特性，虚拟校园系统在技术实现上更为方便容易，用户操作更为轻松自如。具体特点如下：

2.1 三维可视化仿真校园景观

楚雄师范学院虚拟校园漫游系统是以真实校园为整体蓝本运用三维技术虚拟现实校园的全部场景。学校的教学楼、图书馆、食堂、宿舍楼、体育场、道路、广场、花园、树木等模型运用3DMax制作，再将所有模型导入Paws3D沙盒，按照校园真实场景摆设所有模型形成虚拟校园景观。除此之外，我们的还可以在校园内设置一些动态的人物角色(教师、学生)，使校园看起来更加生动逼真。

2.2 身临其境的个性化校园漫游

虚拟校园漫游系统使用Paws3D沙盒中角色扮演的特点在系统中设定一个人物，用户可以根据个人喜好随意设计人物的造型，用户可以通过鼠标或键盘操控系统中的人物角色实现三维校园虚拟场景的自由漫游。

2.3 游戏体验形式的场景交互

Paws3D是一个3D游戏开发软件工具，基于该软件的特点，我们借助软件中触发器和任务管理的功能实现了虚拟校园系统中的交互功能。我们在校园场景中的一些重要位置或人物上设置触发器，在系统后台通过任务管理器创建相关的任务，并通过触发器连接上相应的任务实现人与人、人与物之间的交互。

2.4 简单方便的系统开发维护

由于Paws3D开发软件可视化操作界面的特点，虚拟校园漫游系统的整个开发过程都不涉及到代码编写的过程，开发者只需要掌握Paws3D软件的基本操作要求便可很容易的进行系统的开发和实现。在整个开发的过程中更多需要考虑的是模型的制作、场景的设计、人物角色的设计以及校园内各交互任务的具体要求，使得开发者从繁重的代码中解脱出来，更加关注于虚拟校园建设的精细环节，缩短了系统开发的时间，提高了系统开发的效率，细化了系统开发的内涵。

3.开发设计

楚雄师范学院虚拟校园开发的具体实施如下图1所示：

图1 楚雄师范学院虚拟校园开发流程图

3.1 数据采集

楚雄师范学院东区是近几年才新建设的院区，相对的环境设施比较齐全，是一个适合学习和生活的院区。面对楚雄师范学院正门为坐标原点，正东方是主教学楼，主教学楼背后是图书馆，再往东是食堂和女生宿舍。北边是综合办公楼，再往北是信息中心和学院教学楼。南边是学生会堂，再往南是球场和学院教学楼以及男生宿舍。

首先对校园进行实地考察，将学校的各建筑物、道路和花草树木用数码相机进行拍摄获取相关数据资料。然后根据采集到的照片分析出各实物的实际大小数据并按照一定比例进行调整，并利用图形处理软件对每张照片进行调整变换裁切后得到有效的图片素材。特别对于道路、墙壁、窗户等实体采用采集纹理贴图方式得到相关图片。

3.2 3D模型建模

3D模型建模是在整个虚拟校园系统开发过程中工作量最大，花费时间最长的一个环节。模型主要分为室外模型和室内模型，室外模型主要包括：教学楼、食堂、宿舍、图书馆、综合楼和花草树木；室内模型主要包括：宿舍里的高低床、 饮水机、衣柜、电脑以及教室里的课桌、图书馆的书架、食堂里的餐桌和一些室内装饰物品等。以上所有这些模型都是参照着实物原始照片，在3DMax下通过先创建一个多边形(长方体、球体、圆柱体等)，然后在多边形上的点、线、面通过多次的挤压、复制、切割、翻转、旋转等多种操作后得到形状模型，然后在每一个形状模型上进行UV贴图和分配材质，最终得到效果模型。

3.3 模型导入Paws3D

在Paws3D中，所有的建模模型必须是FBX格式才能正常使用，所以用3Dmax建好的模型需要导出转化为FBX格式后才能导入Paws3D素材资源库里。导入资源库里的素材除了建模模型之外，还必须将地面纹理图、道路墙壁材质图等一些相关数据一同导入Paws3D中，并分别放入不同素材资源文件夹中，以便后期场景设置使用。

3.4 场景设计

Paws3D中场景分为室内场景和室外场景两种方式。室外场景如同一块规定了面积大小的场地，而室内场景如同一个封闭的空间。场景的形状可以画出矩形、圆形以及不规则图形，场景尺寸以米为单位。当确定好场景形状和大小以后，就可以从资源库中找到相应的路面材质图和墙壁材质图对场景的地面和墙壁(室内场景)进行设置。接下来就可以布置场景格局了，从素材库中找到先前导入的各种模型依次拖入场景摆放调整。在Paws3D中我们可以非常方便的调整视角，通过移动场景摄像机来改变场景的观察角度，从而保证我们摆放的模型的位置大小合适。

在这里还需要注意到模型和模型之间存在物理碰撞的问题，在Paws3D中已经考虑到了这点，并将物理碰撞作为模型的一个属性进行设置，当用户认为该模型是具有物理碰撞的，只需要在该模型的属性值中作出选择就可以实现。另外，在Paws3D中还可以实现空气墙的设置，空气墙的实质就是在模型四周建立一道不可跨越的无形隔面，校园场景中的水塘、草坪、花台等地域是不可以通过的，必须进行空气墙设置。效果图如图2(校园全景图)：

3.5 角色导入

校园室内外场景设计完成后，就可以在场景中导入角色。角色如同一个行走在校园的人，用户通过鼠标直接操控角色可以在每个场景中自由行走。在建立角色的时候，需要给角色绑定一台摄像机，这台摄像机可以看做是角色的眼睛或是角色身后的一个眼睛，它将能使角色以观光者的角度查看每个场景。场景中创建角色的同时，还应该在场景中设置一个初始点与角色绑定，这个初始点决定了角色进入某个场景的起始位置在什么地方，每一个场景中至少应该有一个起始点。最终效果如图3(角色漫游虚拟校园图)：

3.6触发器设置

Paws3D中还自带触发器功能，触发器的原理就是在一定的触发范围内通过设置触发条件来实现具体的功能。在虚拟校园模型设计中，触发器一般设置在每个教学楼、教室、宿舍、食堂的出入口，或者是需要进行提示和任务交互的具体地理位置等。实际上，各个场景的相互切换就是通过触发器实现的。当角色进入到触发器范围，我们就认为触发了条件，进而让角色进入到下一个场景中去。

3.7天气特效

Paws3D中有一个非常强大的功能——粒子系统。通过粒子系统可以制作出雨、雪、落叶等多种特别逼真的动态效果。我们可以把天空中需要呈现的每种物质看作是一种粒子，然后通过一个发射器将成千上万个这样的粒子发射到空中，形成一种特殊的天气效果。影响粒子效果的具体设置主要有三个方面：粒子基本参数、发射器和影响器。粒子的基本参数主要包含粒子大小、数量、形状等，发射器主要包含粒子发射的方向、位置、速度等，而影响器主要设置粒子呈现时颜色、动作上的改变。在Paws3D中我们只需要对这些参数作一些调整和设置，即可呈现我们需要的各种特殊天气效果。

4.结束语

虚拟校园的模型设计为学校数字化进程打开了一道大门，对学校的对外招生宣传、提高学校知名度、数字化校园管理等多个方面都起到极大的帮助。楚雄师范学院虚拟校园模型系统直观展现了整个校园风景，用户如同亲身步入校园校舍当中感受。系统作为学校进行自我展示的一个平台，可以达到很好的宣传效果，具有一定的意义。

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(责任编辑 刘洪基)

Design and Implementation of Virtual Campus Model Based on Paws3D

WANG Junjie, LI Huiqin & SUN Ying

(SchoolofInformationSciences&Technology,ChuxiongNormalUniversity,Chuxiong, 675000,Yunnan)

The unceasing development and consummation virtual reality technology provides the formidable technical support for the school hypothesized campus realization . The article introduced Model design and realization of Hypothesized campus Using 3dmax and paws3d.

Hypothesized campus; Modeling; 3dMax; Paws3D

2016 - 05 - 14作者简介：王俊洁(1976—) ，女，讲师，硕士，主要研究方向：虚拟现实，计算机动画。李慧琴(1975—)，女，讲师，主要研究方向：计算机应用及教育。

TP393.18

A

1671 - 7406(2016)06 - 0050 - 04