三维数字校园展示的交互性研究与实现

刘颖

摘 要：在构建三维数字校园中，三维模型与场景环境的制作是为了在虚拟世界还原校园实景，而交互性设计就是为了给观看者提供体验内容的方式，在虚拟环境中场景对交互行为做出时实响应，使用户能感受到自身操作带来的变化，产生对相应现实世界的体验，从而达到更好展示效果。通过实际制作过程总结出三维数字校园漫游交互设计的三个注意点，分别是交互内容设计，交互操作界面设计以及交互方式设计，并立足这三点逐一展开分析。

关键词：三维数字校园；交互性；交互方式

1.交互内容

在交互内容设计方面，首先要实现的是漫游操作功能，必须实现观看者主观的操空游览，通过选择行走视角和全局俯视视角两种方式，控制漫游路径时实展现校园建筑风景，并放大缩小以及快捷切换多个視图场景，便于选择操作，同时要注意碰状检测问题，交互中因为场景的复杂性和时实性对碰状检测提出很高的要求，要提前考虑设置好哪些物体是可穿透哪些是不可穿透的，避免穿墙而过或进入地下的情况发生，但比如树的设置，主干碰撞时就是不可穿透，但树叶群又是可穿透的，种种设置便于形成更好的环境融入感。在交互漫游时才能更好的模拟真实环境体验感。其次是导航功能，三维场景的漫游容易迷失方向，而配合上二维导航地图，观看者可以准确的掌握所处的地理位置，实现准确的导航功能，同时，观看者可以单击导航地图上的任意一点，快速切换到该场景区域实现行走视角漫游，便于快速准确操作。而最后是查询功能，当观看者需要了解校园具体信息时，可点击该建筑弹出提示框查询相关的功能信息，并且可同时实现连接网页、数据库和加载视频等功能。便于多样化需求的实现。

2.交互操作界面设计

交互操作界面是观看者体验交互时运用的方式，其设计必须结合虚拟漫游操作内容展开，在不影响三维虚拟画面效果的同时，给观看者最好的需求实现指导。因此在设计时首先要注意的就是布局简洁易用性，功能命令整理分组排列，第一层级中显示命令不宜过多，同一功能的元素放在边缘统一位置，不遮挡画面同时减少鼠标移动的距离。其次导航设计时应情晰明确，简单易懂，在主功能命令确定后，要注意细节功能布局的层次逻辑合理性，视觉分布条理性，以及规范统一性，减少操作者的理解思考时间，快速找到自己想要的内容，主要注意力放在校园漫游中。最后保证色调以及风格的统一和匹配，用色不宜过多过亮，界面风格也应该与整体虚拟场景想符合，太过于跳跃和繁杂的美术设计会宾夺主，抢夺观看者注意力，导致虚拟校园融入感体验的破坏。

3.交互方式

交互方式方面可分为线上和线下两种。线上可通过校官网进入虚拟校园展示页面，观看者可通过鼠标和键盘操作控制行动方向路线，以及查询建筑功能信息等。而线下可通过交互硬件设备来增强交互体验感受和方式，通常使用的设备有环幕、穹幕、触控屏、Kinect体感控制等。

立体环幕投影技术是将影像信号输出到分转设备后，连接到两台垂直叠加的投影机同时投射一幅影像。一台投右眼影像，一台投左眼影像，再采用不同的极化方向，通过被动立体眼镜左右眼的圆周偏振极化镜片实现立体投影效果。该立体投影方式是目前效果最好的立体投影技术，投影的光通效率很高达50%左右。同时因没有左右眼影像的来回切换，因此不存在主动立体投影中让人眩晕的问题，适合长时间观看，立体眼镜的价格便宜，重量较轻，长时间戴也不会有疲劳的感觉。因不需要与红外发射装置同步，因此使用者可随意走动，灵活性很高。

穹幕影幕是构建一个能够完全覆盖观众视角的球幕影幕，使用计算机图形图像技术更真实、更直观地展示星空。同时也能通过数字制作手段制作的球幕科普影片，来进行生物、地理、历史、分子化学、物理等方面的科普科教，以及数字化娱乐节目的欣赏.

触摸屏是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。硬件架构采用立式触屏或平面触屏桌。交互方式则采用多点触控识别达到人机交互体验操作。

Kinect技术简介是一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。用户可以借助于kinect体感设备，用自己的身体动作与虚拟环境进行直接交互。（自然用户界面NUI）。

虚拟现实头戴显示器设备（VR眼镜）是借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，分为外接式头戴设备、一体式头戴设备、移动端头显设备三种，其中外接式交互体验更好，但行动不便，而移动端头设备会有观看后眩晕感受，不利于效果展示。

考虑到实际实施和用户便捷度情况，一般使用线上连接漫游体验以及线下触摸屏或VR眼镜配合使用更利于效果的呈现。

交互性问题可以说是虚拟校园展示的核心所在。随着VR技术的日见成熟和普及，越来越多的高校开始使用该技术制作虚拟校园展示，便于更多的受众了解学校，而交互性的设计是用户操作和沉浸体验的关键，把握好这一点为三维数字校园的展示提供更好的服务。

参考文献：

[1] 李勋祥.虚拟现实技术与艺术[M] .武汉：武汉理工大学出版社，2007

[2] 魏勇.基于VRML的虚拟显示技术的研究与实现.[期刊论文] .科技信息，2011