【文章內(nèi)容簡介】 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)建校以來，不斷發(fā)展壯大，如今，為響應(yīng)國家和政府的號 召，已把校園信息化建設(shè)作為重中之重。學(xué)校目前已具備比較完善的網(wǎng)站，可以實現(xiàn)成績錄入、信息查詢、公告發(fā)布、資料下載等功能，但對學(xué)校的展示還只停留在文 字和圖片上，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和校規(guī)劃處對校園的規(guī)劃建設(shè)只基于二維平面 圖。 虛擬校園系統(tǒng)應(yīng)做到對整體校容校貌的三維空間展示，但是因為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)占地面積巨大，植被種類眾多，建筑物 復(fù)雜多樣，因此，本系統(tǒng)主要實現(xiàn)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)局部場景的建模和漫游 。 1. 實現(xiàn)從虹子廣場到信息樓之間主要建筑的三維模型建立，包括主樓、化學(xué)樓和信息樓，盡量做到逼真且占用內(nèi)存小。 2. 實現(xiàn)對搭建場景的不同路徑自動漫游，系統(tǒng)分兩條自動漫游路徑，是依據(jù)主要道路而事先設(shè)置好的。 3. 實現(xiàn) 系統(tǒng)中虛擬場景的 碰撞檢測，避免人物穿 樹而過 或者 穿 墻而入。 使人物可以順利過橋和攀爬臺階。 4. 實現(xiàn)手動漫游，用戶按照自己的意愿在系統(tǒng)中隨意漫游，觀賞校園建筑和景觀。 5. 實現(xiàn)自動漫游，開發(fā)者事先選取主要道路，設(shè)定為主要游覽路徑，使用戶不必自己操作就可以游覽校園。 6. 實現(xiàn)飛行漫游，使用戶可以高空 俯瞰以實現(xiàn)虛擬化的青島農(nóng)業(yè)大學(xué)場景，了解建筑物布局。 7. 場景和模型的優(yōu)化，通過各種優(yōu)化技術(shù)，使模型能耗小，漫 游通暢，給用戶身臨其境的感受。 8. 系統(tǒng)發(fā)布為網(wǎng)頁版，使用戶通過網(wǎng)絡(luò)訪問該系統(tǒng)，而不必下載安裝客戶端。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)局部校園漫游系統(tǒng)的研究與開發(fā) 5 虛擬場景總體設(shè)計 本系統(tǒng)總體場景布局如圖 21。 在本系統(tǒng)的 虛擬 場景中 包含 了許多的 模型，本系統(tǒng)根據(jù)不同模型 所具有 的特點采用了不同的建模方式。模型的創(chuàng)建主要通過 3DMAX，而場景的搭建主要在Unity3D 中完成。天空、地面和河流引用 Unity3D 中自帶的包，樹木主要采用十字建模技術(shù)，草地則采用貼圖代替，以提高渲染速度。 應(yīng) 注意問題： 1. 養(yǎng)成良好的命名習(xí)慣。由于模型在使用過程中可能進(jìn)行多次修改，所以在創(chuàng)建過程中應(yīng)注意給創(chuàng)建物體重命名，選 擇簡單而容易識別的名稱，做好做到見名知意，方便自己以后修改使用。給物體賦予材質(zhì)時，材質(zhì)球的命名應(yīng)參照物體命名，方便識別和修改。所有命名盡量使用英文加數(shù)字， Unity3D 不識別中文。 2. 分清主次。在不影響 系統(tǒng)整體 外觀的前提下， 完全 可以忽略 哪些 繁瑣的細(xì)節(jié)。有些建筑物的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分段數(shù)多，且漫游時可能被植物遮主 樓 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)虛擬校園 建筑物 植被 環(huán)境 其它 信 息 樓 化 學(xué) 樓 樹 木 花 草 天 空 地 面 道 路 河 流 圖 21系統(tǒng)的 總體設(shè)計圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)局部校園漫游系統(tǒng)的研究與開發(fā) 6 擋，這樣的細(xì)節(jié)可以忽略，或者用紋理貼圖代替，以提高渲染速度。 3. 及時使用成組命令。對一個物體不同部位的編輯完成后，或者不同模型之間的位置擺放就位后，注意使用成組命令將其組合，以防在以后的工作過程中不小心將其移動錯位。 將 模型從 3DMAX 導(dǎo)入 到 Unity3D 集成開發(fā) 環(huán)境 的過程中，應(yīng)注意以下 幾個問題： 1. 模型的 導(dǎo)入格式應(yīng)設(shè)為 .fbx， 目的是為了 方便 Unity3D 的 識別。 2. 導(dǎo)入單位設(shè)置。 Unity 中的 1 個 單位是 fbx 文件中的 1 個 單位的 100 倍 ，Unity 以米為基本單位，所以， 3DMAX 中模型的單位要設(shè)為厘米。這樣導(dǎo)入后，才能保證物體尺寸不變。 3. 3DMAX 中 Z 軸為向上軸，而在 Unity3D 中， Y 軸為向上軸，因此在到處設(shè)置中，注意設(shè)置 Y 軸為向上軸。 系統(tǒng)實現(xiàn)流程 首先是理論知識準(zhǔn)備。通過閱讀大量虛擬校園和虛擬現(xiàn)實方面的文章，對于虛擬校園的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行初步了解。 其次是需求分析，確定系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)的功能、實現(xiàn)虛擬化的區(qū)域以及采用的編程語言和開發(fā)工具。 然后進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)的采集。地面道路及樓體的長寬可以通過校園規(guī)劃平面圖獲得，但是由于缺乏青島農(nóng)業(yè)大學(xué)建筑物的建造圖紙，只能通過拍照，采集照片，然后選取參照物，通過軟件測算出其三維尺寸。對于地面的植被樹木， 趁春夏季節(jié)生長茂盛時采景，為了后期處理圖片方便，圖片應(yīng)盡量少重合、無雜質(zhì)、背景簡單。 第 四 ，開始主要建筑物的建模，本系統(tǒng)主要是主樓、化學(xué)樓和信息樓。采用開發(fā)工具主要為 3DMAX 和 Photoshop，模型的建立嚴(yán)格參照測得的數(shù)據(jù)，部分材質(zhì)參數(shù)的設(shè)置參照 圖 22 標(biāo)準(zhǔn)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)局部校園漫游系統(tǒng)的研究與開發(fā) 7 圖 22 3DMAX物體材質(zhì)參數(shù)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn) 第五， 系統(tǒng)中 其它 物體 的建模。本系統(tǒng)中的所有道路奠定了場景搭建的基礎(chǔ)，是整體場景的骨架。橋梁的建設(shè)忽略了細(xì)節(jié)，主要通過圓柱體和正方體拼接而成。樹木部分采用了 3DMAX 自帶的模型，部分十字交叉建模。 第六，模型的導(dǎo)入與場景的搭建 。 Unity3D 自帶 Terrain 地形編輯，可以方便地創(chuàng)建不同的地形。 第七，碰撞檢測的添加 和 漫游的制作。手動漫游通過第一人稱控制器實現(xiàn)，指定路線漫游則借助了時下比較流行的 itween 插件實現(xiàn)。 最后，發(fā)布為網(wǎng)頁版， 使 用戶通過瀏覽器就可以訪問本系統(tǒng)。 系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境和開發(fā)工具的選擇 建模工具的分析與選擇 目前，比較流行的建模軟件有 Sketch Up、 AutoCAD、 MAYA、 3DMax 等。Sketch Up 的長處是在設(shè)計的時候提供最快的立體效果，它的建模精度不如3DMAX 高，只是輔助設(shè)計的軟件，而 MAYA 只有在材質(zhì)表現(xiàn)和角色動畫上，效果優(yōu)于 3DMax，在影視特效上也略高于 3DMax[4]。 AutoCAD 是一款被廣泛應(yīng)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)局部校園漫游系統(tǒng)的研究與開發(fā) 8 用于平面繪制的軟件，也有人看重它在平面基礎(chǔ)上建模的優(yōu)勢，從而把它作為建模軟件，但它的缺點是可視性較差，這也是它沒有在建模領(lǐng)域占領(lǐng)主流地位的原因之一。 3DMAX 支持大量插件，在動畫的處理方面獨具優(yōu)勢， 建模功能強(qiáng)大 ，支持多種導(dǎo)出格式， 此外 3DMAX 因操作簡單，與其他相關(guān)軟件的配合度也很高 [5]。在界面設(shè)計方面， 3DMAX 采用三視圖與透視圖相結(jié)合的方式，不 但直觀，還達(dá)到精確建模的目的，收好了用戶的廣泛認(rèn)可。 目前 ， 3DMAX 的優(yōu)勢 已經(jīng)在輔助教學(xué) 、 廣告、影視等 多個 領(lǐng)域 得到認(rèn)可 ，是一種功能強(qiáng)大 的三維建模 工具 [6]。 綜上所述， 3DMAX 以其界面友好、功能強(qiáng)大、拓展性好、操作簡單、容易上手等優(yōu)點贏得了廣大用戶的青睞，本系統(tǒng)也采用 3DMAX 為建模工具。 集成環(huán)境的分析與選擇 目前，實現(xiàn)虛擬漫游的主要集成環(huán)境有 OpenGL、 VRML、 Unity3D 等 ， 其中， OpenGL 集成了大量的紋理影像、渲染、特殊效果和可視化函數(shù)，能夠生成逼真的三維場景 [7]， 但是，它的 包裝性比較差，代碼的編寫非常繁瑣，不容易掌握。 VRML 獨立于計算機(jī)平臺的建模語言，由于其低寬帶運行的特點，在網(wǎng)絡(luò)多用戶交互等方面獨具優(yōu)勢 [8]。但是 VRML 的語言功能目前還不是很強(qiáng)，特別是在碰撞檢測的代碼編寫方面需花大量時間處理。 Unity3D 的主要應(yīng)用領(lǐng)域是游戲開發(fā)制作，兼容性各種操作系統(tǒng)，支持 C、 JavaScript、 Python 等多種腳本語言 [9]，開發(fā)環(huán)境比較直觀，其自帶豐富的資源包和腳本也給用戶提供了方便，由于其簡單易學(xué)，容易上手，已受到很多用戶的青睞，具有良好的發(fā)展前景。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)局部校園漫游系統(tǒng)的研究與開發(fā) 9 3 三維場景的構(gòu)建與優(yōu)化 資料的收集與整理 本系統(tǒng)以青島農(nóng)業(yè)大學(xué)實景為藍(lán)本，虛擬系統(tǒng)最主要的任務(wù)就是給人身臨其境的感受，而資料的采集直接影響到場景的搭建和展現(xiàn)給用戶的視覺效果，是不可忽略的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 資料又分為兩類，一類是數(shù)據(jù)資料，主要包括道路、樹木和樓體的三維數(shù)據(jù)；另一類是圖像資料，主要是物體的貼圖，這類資料的收集主要有兩個途徑，一是相機(jī)拍攝，然后圖片處理；二是網(wǎng)絡(luò)下載，隨著建模技術(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò)上的貼圖庫也越來