基于Unity3D的虚拟现实交互系统的设计与实现

潘舒洁 苏州高等职业技术学校

虚拟现实技术是基于计算机和传感器技术的可实现交互功能的数字化环境，一方面可以为用户提供一种真实而又直观视觉、听觉、触觉的真实感受和体验，另一方面可以借助外在设备，实现真实物体与虚拟环境的交流互动，模糊了虚拟与现实之间的界限。近些年随着虚拟现实技术的逐渐成熟和快速发展，在医疗、教育、军事、工业生产、产品展示、房产开发、旅游等行业具有广泛的应用。本文使用Unity3D引擎作为虚拟现实开发平台，使用3DMAX作为三维场景的建模工具，使用HTC Vive作为交互设备，进行校史博物馆虚拟展厅VR交互系统的开发设计。

1 虚拟现实交互系统设计的准备

1.1 构建流程

虚拟校史博物馆交互系统的开发设计与实现，其基本的流程可以氛围以下两个阶段：

第一阶段是对于虚拟校史博物馆的需求和功能实现进行分析，分析整个系统和交互模块的功能分区，以及对于相关文字、图片、影像资料等进行搜集整理。另外需要根据要求使用3DMAX软件建立三维模型，并使用Photoshop软件进行贴图绘制，最后将所完成的三维模型进行烘焙导出FBX格式，并导入到Unty3D中使用。

第二阶段是将所导入的三维模型按照虚拟校史馆的功能分区，并进行场景碰撞检测、运动路线的设定。充分利用Unity3D引擎的OnGUI、NGUI、UGUI模块中的“Button”、“Lable”、“TextField”、“Slider”等控件功能，并使用C#与进行程序脚本的编写以实现对于相关静态模型和影像资料的碰撞检测、事件触发和交互功能的实现。

1.2 交互系统设计

基于Unity3D的虚拟校史馆的建立，主要是以传统展馆为基础，利用虚拟技术将展馆及其陈列品移植到互联网上进行展示、宣传与教育活动，突破了传统意义上的时间和空间的局限，使更为广泛的用户群体能够在网络平台上真实感受展馆及展品，用在线互动的方式体验“身临其境，畅游无限”的精彩世界。其基本功能需求是在网络三维虚拟展馆或展厅中，观众可以实现实景观看、虚拟漫游、互动娱乐等，不但可以随意漫游浏览，还可以720°观看虚拟现实展馆场景中的各种展品及相关资料，结合语音解说和其他影像手段，足不出户就可以在电脑移动端前领略虚拟展馆的魅力。对于虚拟校史馆的交互功能需求，主要是让用户可以通过手机、电脑客户端和HTC Vive头戴式设备的手柄、头戴显示器，实现与虚拟场景的互动交流。根据VR校史馆的功能分区和内容特点，对于其交互系统的设计流程进行设计优化。

2 虚拟现实交互系统设计的实现

2.1 场景建构

对于虚拟校史馆教习系统的设计与实现，其基础是校史馆相关三维模型的创建，这是人机交互功能得以实现的基础，也是决定着互动性、沉浸感、直观性、真实感等交互功能实现效果的关键因素。虚拟校史馆的三维模型创建主要包括校史馆常见模型的创建、内部展示物体的模型创建两部分。比如在对于校史馆常见模型的创建时，主要是根据功能分区和校史馆特点，使用3DMAX的多边形建模工具，使用“挤出”、“分割”、“快速切片”等工具实现对于模型的创建；使用UV编辑器对弈相关具有图片和材质纹理的模型部分进行“展UV”，并使用Photoshop软件进行贴图的绘制；场景灯光的搭建，烘焙并导出场景为FBX格式，最终导入到Unity3D中完成三维场景的创建。

2.2 交互功能实现

校史博物馆兼具教育教学的功能，借助VR技术不仅大大提高了知识呈现的直观性和情境性，而且融合了游戏化的特征、塑造了真实多样化的学习环境，激发了学习者的学习动力，提高了学习者的学习效率。对于虚拟校史馆交互功能的实现，要充分了解对于参观者、学习者两者不同用户的不同需求，对于展示、教育两者不同功能的实现对于交互性的也具有不同的要求，另外还有将虚拟校史博物馆的可修改性、可维护性考虑其中。

2.2.1 漫游交互功能实现

用户进入到虚拟校史馆可以选择自由参观，还可以选择以第一视角漫游参观校史馆，对于后者主要是在让用户带上头盔进行视角的转换和相应展品的参观、触发学习。漫游功能的实现，一方面可以通过对于第一人称摄像机的运动路径进行控制，或者使用C#代码实现对于相机的自由漫游、暂停、开始和视角转换。比如为了让相机角度的实现自由转换的C#该脚本如下：

2.2.2 事件触发交互功能实现

对于虚拟校史馆各类事件的触发，主要是悬停触发、碰撞检测触发等各类触发形式，比如使用触发器实现对于触发功能的实现，要将碰撞体组件属性面板上的“Is Trigger”选项选中，当前的游戏物体的碰撞体就变成了触发器，且移动的刚体物体会穿透碰撞体勾选了“Is Trigger”的物体。或者使用HTC Vive手柄扳机、触摸板、滑动功能、功能键等进行触发，不与目标物体发生直接的碰撞（接触），通过手柄命令的发出来改变相应的参数进行触发。

3 结语

以3DMAX三维软件、Unity3D游戏引擎和HTC Vive交互设备为基础，采用C#程序和GUI界面工具实现对于对于虚拟校史博物馆交互系统的需求分析、开发设计与测试，整体而言其教学效果交互功能强大、效果逼真、触感真实，能够让用户实现较好的交流互动功能，以满足其教学、展览、参观、宣传以及史料留存等功能。总之，虚拟校史博物馆交互系统的实现，逼真的视觉感受和交互体验可以大大提高用户使用时的自主性、交互性和沉浸感，为其他VR展厅的建立提供一定的参考价值。