３１万一６０万◇ 可实现度 可替代度 ． ｌｉｎｋ 郝梦岩 青岛工学院 郝梦岩（１９８６ 虚拟现实 影响力 真实度 行业关联度 ， 本课题将通过虚拟现实技术建立校园虚拟漫游平台，主要探讨校 园虚拟漫游平台系统的设计与开发，结合青岛工学院校园建设，研究 了将虚拟现实技术、三维动画技术以及多媒体技术运用到校园虚拟漫 游系统中，从而建立一个用于校园展示的虚拟漫游平台系统，该平台 系统具有较好的真实性和交互性，能够提供接近真实的三维虚拟环境。 本文对相关开发软件的技术特点和使用方法给与了介绍。 基于虚拟现实技术的校园虚拟漫游 虚拟现实技术是利用计算机图形学技术，在计算机中对 真实的客观世界进行逼真的模拟再现。通过利用传感器技术等 （２）虚拟现实的校园比真实的静态校园照片更能吸引用 户的眼球，它具有照片所没有的动态性、全方位性和高效性。 辅助技术手段，让用户在虚拟空间中有身临其境之感，能与虚 拟世界的对象进行相互作用且得到自然的反馈，并让人产生构 建设三维虚拟校园漫游系统，能够提高学校的招生宣传力度， 提升学校的品质和学校形象，提高校园网站建设的点击率。 （３）校园虚拟漫游不仅具有展示功能，它还应该具有 很好的人机交互性。其他相关信息以虚拟校园为载体，嵌入 到虚拟环境中。如可以把相关建筑物的功能和相关信息嵌入 到各个虚拟建筑物中。 虚拟现实系统的开发软件包括虚拟现实引擎、三维建模 软件、ＵＩ设计制作软件、平面设计、材质贴图处理和修饰软件， 开发引擎选用ｕｎｉｔｙ３ｄ软件。使用３ｄｓ Ｍａｘ创建场景模型， 用ｉＩｌｕｓｔｒａｔｏｒ作为Ｕｌ界面设计制作工具，Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ作为 材质贴图处理工具，对于贴图的光线修饰、色泽修饰等则用 ＣｒａｚａｙＢｕｍｐ软件处理。 想。也常被称为视景仿真、三维互动、虚拟漫游等。该技术由 于３Ｄ可视化技术、游戏、虚拟现实引擎等相关软件的成熟而 有了迅猛的发展。虚拟现实技术从最初的单一行业的应用不断 扩大到各行各业，目前已广泛应用到校园数字化建设中。校园 的数字化工程建设、构建信息化校园、校园规划建设和校园远 程教育等方面就需要以虚拟现实系统为依托。校园虚拟漫游系 统因此孕育而生，这一技术融合了三维动画技术、多媒体技术、 人机交互技术等，使得用户足不出户，随时随地就能体验该技 术带来的成果，实现校园的交互式漫游。 具体的实现过程如下：（１）数据采集，包括学校的设 计图纸、建筑施工图纸、校区场景的数据采集。（２）数字 建模，使用三维动画软件３ｄｓ Ｍａｘ或者Ｍａｙａ进行场景建 校园虚拟漫游平台的设计与实现 数据采集 数据采集：校园规划图和建筑施工图纸，根据图纸测量 出建筑物的物理数据，绘制校园平面图，为三维场景的搭建 提供基础数据；包括教学楼、图书馆、宿舍楼等场景的贴图 和材质，校园绿化、校园周边场景、建筑物材质贴图等。 模。（３）图像处理，搜集的图片经Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ处理，作为 场景的材质和贴图。（４）交互系统设定，使用Ｕｎｉｔｙ３ｄ、 ＶＲＰ、Ｕｎｒｅａｌ ｅｎｇｉｎｅ等游戏或虚拟现实引擎进行场景的交 互设计与制作，使得用户可以在普通的ＰＣ机上通过键盘、 鼠标进行校园虚拟漫游操作。 模型的搭建与贴图设计绘制 系统功能设计 本系统的设计视角采用第一人称视角，能够给与用户更 真实的体验。系统的设计与开发最终需达到以下目标。 “．三维场景模型的搭建主要使用的软件是３ｄｓ Ｍａｘ或 者Ｍａｙａ，模型建立好后 需要将模型的格式保存成原始的 ｍａｘ（３ｄｓ Ｍａｘ源文件格式）”文件或者“ｍｂ（Ｍａｙａ （１）虚拟真实的校园环境，让人能够直观的漫游校园， 校园内的各种建筑物，包括图书馆、教学楼、行政楼、实验室、 宿舍、餐厅、体育场等，以及校园绿化带，植物等都能栩栩 如生的呈现出来，用户能够很快的漫游于校园各处，能够在 最短的时间内熟悉校园，而且更加的直观和全面。 ５３ 源文件格式）”文件，方便后期对模型做进一步调整与修改（如 图１）；同时需要将模型文件导出成跨平台的“ＦＢＸ”格式， 该格式是Ｕｎｉｔｙ３ｄ等大多数游戏引擎或虚拟现实引擎所支持 的一种格式。将模型导入到Ｕｎｉｔｙ３ｄ中，这时的三维场景只 是一个没有材质的场景模型，需要再将各种材质、贴图文件 《 ３１万～６０万 ∥． 、、 越 一～掌价一辩评一 图１ 校园场景模型的搭建 图２ ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ中贴图的处理 拍摄的角度直接影响后期贴国在三维模型Ｉ－￣ｔ９效果，为了防 止贴图在赋予到三维模型时出现贴图拉伸的现象，所以贴图 导入到Ｕｎｉｔｙ３ｄ软件中，在Ｕｎｉｔｙ３ｄ中对模型的材质做进一 步的调整，然后把贴图、材质赋予到建筑物中，最终将完成 整个三维虚拟场景的搭建。后期还可以用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ软件 在拍摄过程中尽量使相机与拍摄物体保持正交视图。关于贴 图颜色与亮度的处理，可以通过后期平面软件Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ 进行处理（如图２）。 按照建筑物的实际需求及对周围环境的搭配，贴上合适的贴 图，并对光照、色泽予以修改，最后放入到Ｕｎｉｔｙ３ｄ中的数 据库中，形成最终的材质库文件。 模型导出 在三维软件中完成模型的搭建和材质贴图的设置后，需 要将模型保存成一种格式文件，便于后期导入虚拟现实引擎 中制作交互。ＦＢＸ格式是Ｕｎｉｔｙ３ｄ引擎支持一种静态网格 文件；ＦＢＸ是Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司的一个用于跨平台的三维数据 交换的格式（最早不是由Ａｕｔｅｄｅｓｋ公司开发，但后来被其 收购），目前被众多的标；佳建模软件所支持，在游戏开发领 域与虚拟现实领域也常用来作为各种建模工具的标准导出格 校园场景交互的设计与实现 校园场景搭建完成后，接下来需要为校园场景制作交互， 模拟真实世界中的视点，在场景中前进、后腿、转弯、下蹲、 跳起以得到不同的视角，同时调节输出的速度，模拟人跑步、 走路的速度感。系统中还可以设置交互让用户选择所要观察 的地点，然后相机直接移动到所指定位置，进行人机交互。 校园虚拟漫游平台系统的实现 本文以青岛工学院为例，介绍该校的校园虚拟漫游平台 的设计与实现。 式。ＦＢＸ格式的文件所保存的信息丰富；模型信息、材质贴 图信息、动画信息和摄影机信息等均可以存储于文件中，因 而占用数据空间也较大。导出ＦＢＸ文件格式的方法也比较 简便，在导出ＦＢＸ文件时根据所需要的场景信息，在３ｄｓ Ｍａｘ软件ＦＢＸ文件参数面板中勾选所需要的场景信息参数， 导出ＦＢＸ文件即可。 校园场荣的搭建 设计制作校园虚拟漫游平台，首先需要搭建校园虚拟场 景，为了增强用户在场景交互过程中体验的真实感，因此运 用ｇｏｏｇｌｅ地球中的素材，将校园高空平面图经过处理后， 导入三维动画软件中，在软件中搭建出校园整体模型框架， 制作出校园的地形模型。 Ｕｎｉｗ３ｄ中模型的导入 ＦＢＸ文件在三维软件中导出后，需要将文件导入到 Ｕｎｉｔｙ３ｄ中。在３ｄｓ Ｍａｘ导出时选中Ｅｍｂｅｄ Ｍｅｄｉａ嵌入 媒体参数，此选项会保存材质贴图信息，在导入到Ｕｎｉｔｙ３ｄ 后会自动生成存放该ＦＢＸ模型配套贴图的文件夹（如图３）。 校园场景模型的制作 搭建三维校园场景有两种基本的方法。一种是利用建筑 施工图建模，这种建模方法的条件是要求具有ＣＡＤ格式的 建筑施工图，根据ＣＡＤ施工图文件精确建模，这种方法的 优点是搭建的场景较为精；佳，但这种方法前期需要联系建筑 校园场景交互功能的实现 灯光和阴影的设置 将模型导入到Ｕｎｉｔｙ３ｄ中，开始制作交互。光源是每个 场景的重要组成部分，光源决定了场景环境的明喑、色彩和 氛围，所以首先是场景光源的设置。Ｕｎｉｔｙ３Ｄ提供了四种灯 光类型，分别是Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｌｉｇｈｔ（方向光）、Ｐｏｉｎｔ Ｌｉｇｈｔ 施工单位，搜集施工素材，比较耗费时间。第二种是利用现 有的建筑物做模板，通过拍照的方式搜集素材，搭建出校园 场景，这种方法的优点是前期搜集素材较为快捷，能节约时 间，但是有些时候需要结合实际的建筑物特点进行调整，有 些时候搭建的虚拟建筑物大小比例或者建筑面积不符，这时 需要对场景做一些优化调整，以保证场景模型比例的准确性。 在完成建筑物模型建立之后，将模型文件导入到Ｕｎｉｔｙ３ｄ引 擎中，将制作好的贴图赋予到建筑物模型之上。 （点光源）、Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ（聚光灯）、Ａｒｅａ Ｌｉｇｈｔ（区域光）； 般室外场景中设置一盏方向光即可，用方向光来模拟太阳 光；ｕｎｉｔｙ３ｄ中的灯光具有实时交互功能，可以很方便的调 节光源的位置、角度、亮度及颜色。阴影的设置将Ｌｉｇｈｔ下 的Ｓｈａｄｏｗ Ｔｙｐｅ设置为Ｈａｒｄ Ｓｈａｄｏｗ（硬阴影），然后 将Ｓｔｒｅｎｇｔｈ（强度）设置为０．６。 场景角色的交互 贴图的设计与制作 贴图设计与制作，需要前期对校园场景进行素材搜集， 场景贴图素材的搜集主要通过相机拍摄的方式，在拍摄过程 场景角色的控制视角可以设置两个，分别为第一人称视 角和第三人称视角。两个视角各有所长，第一人称视角的代 入感更强，角色所接触的环境会给用户更直接的感官刺激， ５４～ 中需要考虑到场景￣９１ａ９角度和天气环境对贴图色彩的影响。 在贴图拍摄过程中最为重要的是贴图拍摄的角度，因为贴图 ¨。。。ｊ电 ？辞 ＿ ３１万～６０万 图３ Ｕｎｉｔｙ ３ｄ模型的导入 从某种程度上来讲，使用第一人称视角的时候，完全可以把 自己当做这个角色。这种视角的操作方法非常简单，使用键 盘上的“上下左右”键可以分别控制视角的前进和后退，向 图４青岛工学院校园漫游场景 竟只是属于他们的，给ｆ￣Ａ，３只是一种映射（如图４）。 结语 本文通过研究虚拟现实技术的相关原理和软件开发技 左走和向右走，以第一人称的视角对校园场景进行交互式漫 游。第三人称操作视角，相对于第一人称来说第三人称的代 入感就没有第一人称那么强了，第三人称更多的是以一种旁 观者的身份参与其中，角色的情感、心理你可以全盘接受， Ｉ５，设计了相应的虚拟现实校园漫游系统。该系统基于ＰＣ机， 通过ＰＣ机就可以实现多个角度、不同场景的浏览，使得用 户不必进入校园就可以对校园一览无余。本文对虚拟现实校 园漫游技术的研究，获得了一些经验，为以后工作的继续开 展做了基础性工作。 也可以毫不理睬，就像是在看一个故事一样，故事中的人物 或许会给你带来欢乐，或许让你感到忧伤，但是那种情绪毕 上接第５２页 根据电路图制作出来的ＬＥＤ旋转屏实物。本文通过系统硬 件和软件的设计，并通过针对实际电路反复调试最终实现了 ＬＥＤ旋转屏正常工作下电子时钟图案时、分、秒，万年历图 案年、月、日，笑脸动画图案，垂直、水平文字、图片组合 式动态显示等，给人们呈现一个圆柱形色彩绚丽的ＬＥＤ显 示屏，３６０度全方位显示，满足设计要求。 有则回到初始化过程；最后循环扫描在返回到初始化过程之 后。主程序流程图如图７所示。 硬件焊接与实现 ＬＥＤ多功能动态旋转屏包括旋转装置和底座 旋转装置 包括旋转设备本身和两个与之相互垂直的显示板，水平显示 板、竖直显示板分别安装２０只、１６只ＬＥＤ，它们均受单 片机控制显示具体内容，并且可以起到平衡作用，从而使高 速运转时旋转屏产生的振动和噪声得到减弱。如图８所示为 结束语 本设计实现了基于ＳＴＣ１５Ｆ２Ｋ６０Ｓ２的文字、图片、 电子时钟、万年历以及灯光彩色图案显示，显示稳定，无闪烁。 不过，本设计仍然存在一些缺陷，比如由于旋转不可控因素， 偶有出现红外遥控位置对不准和抖动现象；另外还可以增加 音乐、视频播放功能以及多种彩色变换显示功能，可以更加 绚丽，未来将会对此继续研究，以期设计出性能更稳定功能 更多的ＬＥＤ旋转屏。 图７主程序流程图 ５５ 图８多功能旋转屏实物图
