基于Unity3d的不动产虚拟展示系统研究

2016-11-25邱银国顾和和张季一

安徽农学通报 2016年19期

邱银国顾和和张季一

摘要：该文针对传统的不动产展示系统重可视化、轻交互的情况，以Unity3d 4.3和3ds Max 2010为工具，通过三维建模、模型优化以及脚本设计，阐述了实现不动产虚拟展示功能的关键技术。并且以某地的实际房产测绘数据为例，进行了仿真实验，实现了不动产虚拟展示、查询、音视频播放等人机交互功能，验证了该方法的可行性。

关键词：不动产；虚拟现实；Unity3d；人机交互

中图分类号 TP391.9 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）19-0101-04

Abstract：In view of the situation that traditional display systems of real estate emphasize visualization while lose sight of HCI，this paper describes the key technologies of realizing virtual display systems of real estate，including three dimensional modeling，model optimization and script design，taking Unity3d 4.3 and 3ds Max 2010 as tools. Finally，taking the real estate surveying and mapping data of a certain area as an example，the simulation experiment is carried out，having realized the HCI function of the virtual display，query，audio and video playback，which can verify the feasibility of the method.

Key words：Real estate；Virtual reality； Unity3d； HCI

传统的不动产登记工作，按照不动产管理部门的不同，分别由不同的部门实施，处于分散化管理的状态，基本属于基于二维平面的管理体系[1]。为进一步规范房地产市场和相关的不动产管理，我国一直推行统一的不动产登记制度。2013年，根据国务院机构改革和职能转变方案，由国土资源部负责指导监督全国土地、房屋、草原、林地、海域等不动产统一登记职责，基本做到了登记机构、登记簿册、登记依据以及信息平台的“四统一”[2]。

不动产权利包括土地所有权、土地使用权、建筑物所有权等众多权利，种类繁多、权属复杂、权益争议多是当前不动产登记工作中广泛存在的问题。其根本原因在于当前的不动产展示技术落后，难以展示复杂的权属关系，如多层空间权属、交错空间权属等。为提高不动产的展示效果，杜绝不动产权属争议事件的发生，越来越多的研究人员倾向于使用虚拟现实技术进行不动产的三维展示。邵开宇[3]设计并实现了基于VR-Platform平台的三维虚拟楼盘展示系统，有效地提高了楼盘的展示效果。李莹[4]基于三维建模软件MultiGen Creator和MultiGen Vega仿真平台，建立了三维房地产小区景观模型，并基于VC++6.0平台开发实现了虚拟房地产展示系统，实现了漫游和交互的功能。常洋等[5]和金国煜[6]基于虚拟现实技术实现了虚拟房地产展示系统，提升了房产的展示效果，改善了传统的房地产销售模式。

总体看来，现有的基于虚拟现实的不动产展示系统主要用于三维可视化，而不注重人机交互功能，如属性查询、不动产空间查询、室内漫游、音视频文件播放等，这在很大程度上限制了虚拟现实技术在不动产领域的应用。因此，进一步提升虚拟展示效果、增强人机交互功能成为了当前不动产领域研究的热点问题之一。

1 不动产与虚拟现实

1.1 不动产的定义不动产是指依自然性质或法律规定不可移动的财产，如土地、房屋、探矿权、采矿权等土地定着物、与土地尚未脱离的土地生成物、因自然或者人力添附于土地并且不能分离的其他物[7]。随着社会经济的不断发展，不动产的类型越来越多元，结构越来越错综、权属越来越复杂，这就对不动产的展示手段提出了更高的要求。很多特殊类型的不动产，如过街天桥、横跨隧道的建筑、地下多层空间建筑、矿产等，采用传统的平面方式难以明确表达不动产的权属关系，容易引起权属纠纷。图1所示的为两种具有代表性的复杂权属的不动产类型。基于虚拟现实技术的不动产展示方案能够为新形势下的不动产登记与展示提供技术支持，也可为解决产权纠纷事件提供证据。

1.2 虚拟现实特征虚拟现实（Virtual Realty，简称VR）技术，又称“灵境技术”“虚拟环境”“赛博空间”等[8]，具有3个特征：沉浸性、交互性和想象性。其中，沉浸性是指用户“进入”到计算机产生的虚拟空间中，所听、所视、所感、所嗅均如同真实世界一般，从而产生身临其境的感觉；交互性是指在产生沉浸性的基础之上，用户可以主动地对虚拟空间中的人或物进行操作，如敲门时可以听到真实的敲门声、感受到门对手产生的反作用力，推动桌子可以感受到地面产生的摩擦阻力，烹饪时可以嗅到特殊的饭菜香味等；想象性，又称构想性，实际上是在沉浸性和交互性的基础上，对未发生的情况自然而然地产生设想的情况，是系统良好的沉浸性和交互性的体现。

2 开发工具选取与技术路线

三维模型是VR系统的基础，是材质、贴图与脚本的载体[9]。3ds Max是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，是三维建模、动画及影视特效制作软件中的佼佼者，被广泛应用于城市建模、地理信息系统、地质建模、景观三维可视化、影视特效制作等领域。Unity3d是一种新兴的VR引擎，它能够实现一次开发、跨平台发布的效果，其内置的API函数与Microsoft公司的通用开发工具Visual Studio可有效结合，并能够高效地开发出虚拟旅游、地学可视化、不动产展示等系统[10]。与其他的虚拟现实引擎相比，Unity3d具有很多优势，包括：支持中文、脚本兼容多种语言、GUI类库资源丰富、产品支持多种平台运行、价格低廉等。

本文采用3ds Max 2010构建三维不动产模型，其中的纹理贴图采用PhotoShop CS4软件制作，虚拟现实引擎采用Unity3d 4.3。首先在3ds Max 2010利用不动产测绘数据对不动产进行三维建模，并进行模型优化、材质赋予、纹理贴图、烘焙等操作，然后将模型导出成Unity3d兼容的格式（.FBX），并将其导入Unity3d 4.3引擎中，通过编写脚本实现所需的人机交互功能，最后将作品发布成通用的格式（.exe，iOS，Android，网页等形式）。Unity3d引擎支持的脚本语言包括三种：C#，JavaScript以及Boo，各自的特点如表1所示。综合考虑，本文选择C#语言作为脚本语言进行功能程序编写。

3 基于Unity3d的不动产展示技术

3.1 三维精细建模建立不动产虚拟展示系统，首先需要建立不动产的三维立体模型。根据地形图、施工图、遥感影像和实拍照片等数据，构建示范区的室内外三维精细模型。三维精细建模流程如图2所示。

为保证系统的流畅运行，同时兼顾不动产三维可视化效果，在不动产三维实体建模过程中，应遵循以下原则：（1）模型的外形、纹理与实际不动产要素相近，要素细部（如：屋顶结构，建筑转折面，建筑与地面交界的铺地、台阶、柱子、出入口等）以及要素的附属元素（门厅、大门、围墙、花坛等）需以模型表达；（2）模型应与实拍照片基本一致，并丰富其外观细节；应避免较大的墙面共同使用同一张贴图，从而损失模型的立体效果；需注意接地处理，例如玻璃不可直接立在地上；必要的台阶、栏杆、植被等必须以模型体现；不动产的体量应与实拍照片一致；（3）面数限制：综合考虑三维模型的逼真度以及后期在虚拟现实引擎中使用三维模型可能遇到的渲染效率的问题，每个不动产模型的面数控制在1 000～2 000；（4）对于结构≥0.3m的不动产要素，需要用模型表现出其结构，否则可用贴图表现其结构；（5）考虑到VR引擎的渲染效率，一律不采用实时光影技术来表达光照效果，使用光照贴图替代。

3.2 虚拟漫游虚拟漫游是所有虚拟现实系统必备的基础功能之一，是实现人机交互的前提条件。它是计算机在多维信息空间上创建的一个虚拟信息环境，能使用户如临真景，同时具有与该环境进行交互的能力，可以借助于鼠标、键盘等外部设备在虚拟场景中自由“行走”。在实现虚拟漫游功能时，需解决碰撞检测、LOD以及三维图形实时生成等技术问题。

（1）碰撞检测在VR系统中至关重要，它要求VR系统中的漫游效果高度接近人物在真实世界中的漫游情形：人物无法穿墙而过、可在场景中可平滑移动，遇到允许高度内的台阶等物体可以翻越，过高的物体则会组织人物前行；遇到坡度较小的斜坡可以行走，坡度过大的斜坡则会把人挡住；在各种前进方向被挡住的情况下都要尽可能地让人物沿合理的方向滑动而不是被迫停下，从而高度逼近真实情况。由此可见，碰撞检测效果的好坏将直接影响VR系统的沉浸性效果。因此，碰撞检测技术一直是VR系统开发过程中的重点与难点。Unity3d平台中，实现碰撞检测的关键步骤如下：第1步，为需要产生碰撞的三维模型添加碰撞器，根据模型的形状及类型的不同，碰撞器的种类包括：Box Collider，Mesh Collider，Capsule Collider等；第2步，为摄像机或摄像机的父物体添加刚体Rigid body属性。

（2）LOD即Levels of Detail的简称，意为多细节层次。LOD技术指为每个物体建立多个不同精细程度的三维模型，系统运行过程中，根据物体模型与摄像机之间的位置关系，决定采用哪一个模型来表达物体，从而能在不影响画面效果的前提下，提高三维场景的渲染效率、降低系统的硬件资源消耗。LOD技术是当前有限的计算机硬件资源与高质量的三维场景之间一个很好的平衡点。

（3）摄像机坐标、方向的改变，光照条件的改变等均会导致渲染内容的变化，进而触发三维图形更新事件，给计算机硬件造成了较大的负荷，也对三维图形实时生成算法提出了更高的要求。因此，合理的三维图形实时生成算法是VR系统流畅运行的重要保障。

3.3 空间查询不动产虚拟展示平台中，空间查询功能包括要素查询和属性查询2个部分。要素查询指系统根据用户输入的筛选条件，如权属人信息、不动产类型等，自动选择并显示符合条件的不动产模型；属性查询指用户点击不动产模型，系统自动查询并显示该不动产的属性信息，包括权属信息、位置信息等。此处，难点在于三维空间中的鼠标拾取功能。与二维平面坐标系不同，三维空间中无法直接通过坐标匹配判断鼠标拾取对象。本文进行三维空间中鼠标拾取判别的方法如图3所示。

首先，作一条射线，使其经过摄像机位置和用户点击鼠标的屏幕点位置；然后，计算该射线与三维场景中模型产生的第一个交点坐标；最后，判断该交点位于哪个物体模型之上，完成对象的拾取。

实现三维空间中鼠标拾取功能的核心代码如下：

//生成射线

Ray ray=MainCamera.camera.ScreenPointToRay（Input.mousePosition）；

//计算射线与场景中模型的第一个交点

RaycastHit hit = new RaycastHit（）；

//若产生交点，判断该交点位于哪个物体之上

if （Physics.Raycast（ray，out hit））

print（hit.name）；//输出物体名称

3.4 音视频播放音视频播放是提升用户在虚拟现实系统中“沉浸性”“交互性”与“想象性”的重要手段，分别从3个方面进行论述：（1）沉浸性。通过视频、视频向用户展示真实场景，高度模拟真实世界，如闹市区大屏幕、虚拟演播室等，可以使用户产生身临其境的感觉。（2）交互性。在虚拟场景中，用户根据自己的需求去选择、操作视频，并伴随实时的音频信息，可以很好地增强系统的交互性。（3）想象性。将用户在虚拟场景产生的构想以视频的方式显示出来，如规划设计、路径选择等，可以让用户预览构想方案的模拟效果，为决策提供服务。

以视频播放为例，核心代码如下：

//定义视频文件

Public MovieTexture Mt；

//播放视频

Mt.Play（）；

//暂停播放

Mt.Pause（）；

//停止播放

Mt.Stop（）；

3.5 系统实现效果展示以某地区部分不动产测绘数据为例，采用3ds Max 2010构建不动产模型，并添加材质、贴图，导入到Unity3d中按照本文所述方法进行功能设计与实现，系统运行效果如图4～图5所示。

4 结语

针对当前不动产展示系统存在的不足之处，本文基于3ds Max建模工具与Unity3d虚拟现实引擎，设计并实现了不动产虚拟展示系统，相比于传统的不动产展示技术，其具有逼真度高、人机交互能力强等优点，并可以描述复杂的不动产权属关系。