基于虚拟现实和物联网技术的实验室漫游系统

张娟

摘要：本論文提出了虚拟现实技术和物联网技术结合的实验室漫游系统设计方案。重点阐述了三维建模，红外模块通信等关键技术的实现。系统使用结果表明，该系统很好的展示了实验室的三维漫游功能，并实现了部分信息控制，使用户体验得到极大的提升。同时该系统也为虚拟现实技术与物联网的结合做出了有益的尝试。

关键词：通信技术;物联网技术;3ds max;unity3D;虚拟智能实验室系统

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）12-0045-01

1 系统概述

随着虚拟现实技术和三维建模的越来越成熟，虚拟漫游已经应用到了很多行业中。虚拟漫游革新了人们接收和使用信息的方式，颠覆了人与计算机的交互，使得人与计算机的交互从传统的数据走向多维度的空间。

本文中的虚拟实验室漫游系统用3ds max来建立实验室的三维模型，使用Unity3D作为三维开发引擎，用红外遥控模块建立局域网进行通信。本项目通过编写C#脚本完成控制场景内物体、使用红外发射器建立局域网等功能。

2 需求分析

本文是以江苏海事职业技术学院信息工程学院为研究对象，将整个学院用三维模型展示出来。通过三维建模模拟出学校实验室和办公室的真实环境，将实验室和办公室真实的展现在用户屏幕上，使人身临其境，并能够实现简单的实验设备和办公室控制。系统的功能要求如下：①二维导航功能。该系统提供整个信息工程学院的二维导览功能，通过选择不同楼层或者不同区域，可以快速定位各个办公室和实验室，并给出相应的用户提示。②三维漫游功能：该系统提供第一人称的漫游方式，并通过旋转和移动两个按钮在四个方向360度进行漫游，让用户可以随心所欲进行信息工程学院整体的虚拟游览。③节点可控。通过选择相应的实验室和办公室，可以进入实验室和办公室内部，并将办公室的部分节点开放，供用户控制体验。④信息查询。在整个系统中，用户可以体验信息查询，比如通过虚拟场景查询到用天气情况等信息。

3 设计方案

虚拟智能实验室的设计过程：首先进行需求分析，在此基础上采集真实模型的影像资料，为搭建虚拟场景做准备。在搭建完场景之后进行贴图和场景的优化，以最优面数的模型导入到Unity3D中，进行脚本编写。漫游，是整个虚拟场景中的最基础的功能，用户可以进行场景的漫游，通过键盘的方向键和鼠标来漫游整个虚拟场景中的设备。除了漫游功能，碰撞检测功能也必不可少。

在物联网部分采用红外无线做了简单的demo，实现对实验室的部分控制。采用wifi转发红外设备做发射器。通过电脑或者手机向红外转发器发送二进制编码，设备将二进制编码转换成红外编码向红外遥控设备发送红外控制指令。实现物联网控制。

4 虚拟现实部分的实现

4.1 数据采集

数据采集是所有工作的基础，本文中的漫游系统是以信息工程学院为研究对象，因此要建立该学院的模型，就要有该学院的数据，才能建立模型。由于模型是基于真实的建筑，因此首先要有建筑物的CAD图，在CAD图上建立三维模型，然后用数码相机采集照片制作贴图。

4.2 建模

在得到基础数据的基础上，建立整个学院的模型。本系统中的研究对象是信息工程学院整个大楼，在建模之前进行区域划分，然后分区域分别来建模，根据CAD图按比例进行模型的搭建。在各个模块建好后，将整个模型进行合并。注意模型的面数，不能无限制使用面数，否则在合并模型后，Unity3D会带不动整个模型。

4.3 贴图

模型的美观重在贴图，需要达到整体效果的统一。本系统中主要运用的贴图命令是UVW map。这种贴图的优点在于可以控制贴图在模型上显示的密度、长宽大小等等，操作比较方便。很多时候贴图不能一步到位，还需要使用其他辅助的软件加工后再赋给模型。

本文模型中的贴图都是用数码相机原始取得，然后在Photoshop中进一步处理。

4.4 虚拟交互

在完成搭建虚拟场景的基础上，给模型进行贴图，完成贴图后就要进行人机交互功能的实现。虚拟交互功能是本文的一个重要部分，该部分主要实现对办公区域、实验室区域、整个建筑外面的360度游览，包括第三人称视图、第一人称视图、飞行视图、全景视图等多种模式的场景漫游，除了漫游功能，还要实现碰撞、并集成音视频、特效等其他功能，以达到真实还原现实中的效果。

5 物联网部分的实现

该模块也是本系统的一个难点和关键所在。在该系统中，利用红外无线做了简单的demo，实现对实验室的部分控制。采用wifi转发红外设备做发射器。通过电脑或者手机向红外转发器发送二进制编码，设备将二进制编码转换成红外编码向红外遥控设备发送红外控制指令。实现物联网控制。

6 结语

本文中的系统综合了三维建模技术、虚拟漫游技术、物联网技术实现了对建筑物的漫游以及交互功能，并能够部分控制实验室的设备。使用的开发工具有：3dsMax、Photoshop、Unity3D，实现了虚拟实验室的漫游和控制。总体来说，本文中的系统是对三维技术在虚拟智能实验室中应用的一个有效尝试，将虚拟现实技术、建模技术、物联网技术进行有机融合，并作出了一定的实验效果，为智能化实验室的进一步研究和发展提供了基础。

参考文献

[1]杨鹏飞，姚建铨，邴丕彬，等.太赫兹波及其常用源[J].激光与红外，2011，41（2）：125-131.

[2]刘朋慧.车路协同系统的三维视景仿真方法研究[D].[学位论文].北京交通大学，2014.

Laboratory Roaming System Based on Virtual

Reality and Internet of Things Technology

ZHANG Juan

（Jiangsu Maritime Vocational and Technical College，Nanjing Jiangsu  211170）

Abstract：This paper presents the laboratory roaming system design combined with the virtual reality technology and the Internet of things technology. Three-dimensional modeling， infrared communication module and other key technologies are discussed in this paper. The results of using the system show that the system is a good display of the laboratory three-dimensional roaming function. The system can implement some features of the information control. The user experience has been greatly improved. At the same time， the system also makes a useful attempt for the combination of virtual reality technology and Internet of things.

Key words：communication technology;Internet of Things technology; 3ds max; unity3D; virtual intelligent laboratory system