基于udk技術(shù)的虛擬博物館仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)
2025-07-20 04:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 和三、四樓展廳組成，周邊場景則包括樹木、停車場、警衛(wèi)室和戶外文物等。本系統(tǒng)采用AutoCAD、3DS MAX、Maya、ZBrush、Photoshop、BodyPainter等工具構(gòu)建三維場景，利用UDK實(shí)現(xiàn)場景漫游。具體工作步驟包括三維建模及貼圖、UDK虛擬場景制作、實(shí)時(shí)布料動畫、自動漫游制作、交互漫游實(shí)現(xiàn)等。（1）博物館場景創(chuàng)建本系統(tǒng)主要采用3DS MAX 工具進(jìn)行場景建模工作。為了讓3DS MAX單位與引擎單位比例一致，首先通過3DS MAX 的“Customize”“Units Setup”菜單項(xiàng)打開單位設(shè)置對話框，將系統(tǒng)顯示單位設(shè)置為“Generic Unit”，其次在3DS MAX 的“Snaps Toggle”工具條上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的“Grid and Snap Settings”對話框的“Home Grid”參數(shù)下，將“Grid spacing”值設(shè)為16，將“Major Lines Every Nth Grid Lines”值設(shè)為8，如圖46所示。圖46 3DS MAX單位設(shè)置在UDK中，6英尺的人物高度為96單位，從而可以得出UDK中1單位約等于2厘米，以此作為尺寸依據(jù)，參照CAD圖紙，最終制作的博物館外館場景如圖47所示，這里采用了3DS MAX的多邊形建模技術(shù)，整個(gè)場景多邊形面數(shù)為3516個(gè)，三角形面數(shù)為6953個(gè)。圖47 博物館外館場景線框圖（2）具體文物模型及貼圖制作具體的出土文物，如馬車、陶器等，在建模時(shí)主要采用Maya、Photoshop和ZBrush工具，其中Maya工具用于根據(jù)數(shù)碼照片創(chuàng)建文物模型，Photoshop工具用于制作模型貼圖及法線貼圖，ZBrush工具用來增加模型的細(xì)節(jié)效果和映射法線。模型及貼圖制作流程包括制作三維模型、展開模型UV、繪制模型貼圖、制作法線貼圖等幾個(gè)步驟。 本系統(tǒng)利用UDK的場景編輯器及PhysX物理引擎完成場景及特效制作。（1）場景設(shè)計(jì)利用UDK的內(nèi)容瀏覽器組件可以導(dǎo)入博物館數(shù)字資源，其基本步驟為：1)在UDK的菜單上選擇“View”“Browser Windows”“Content Browser”，打開內(nèi)容瀏覽器；2)點(diǎn)擊內(nèi)容瀏覽器的Import按鈕，導(dǎo)入利用3DS MAX、Maya、Photoshop等制作的靜態(tài)模型及貼圖信息；3)利用材質(zhì)編輯器，將UV貼圖及法線貼圖組合為模型材質(zhì)，如圖48所示；4)在靜態(tài)模型編輯器中，通過設(shè)置“LodInfo”屬性的“Elements”項(xiàng)，將材質(zhì)賦予模型信息；5)通過場景編輯器，依照文物在博物館中的實(shí)際擺放位置設(shè)計(jì)虛擬場景；6)添加平行光、太陽光、鏡頭光暈、大氣等效果，完成場景設(shè)計(jì)。圖48 材質(zhì)編輯器（2）特效制作實(shí)時(shí)布料動畫為了加強(qiáng)場景漫游的真實(shí)感，本系統(tǒng)利用Maya骨骼動畫和UDK的布料系統(tǒng)制作了實(shí)時(shí)飄動的紅旗效果，具體方法為：1)利用Maya制作紅旗骨骼及基本動畫；2)利用UDK提供的ActorX插件將紅旗骨骼導(dǎo)入到UDK的動畫編輯工具，并設(shè)置“Cloth Bones”、“Enable Cloth Tearing”等屬性，如圖49所示；圖49 骨骼動畫編輯器3)利用Photoshop制作帶Alpha通道的紅旗貼圖，并利用UDK的材質(zhì)編輯器制作紅旗材質(zhì)；4)將材質(zhì)與Maya中的骨骼動畫相關(guān)聯(lián)；5)在相關(guān)場景中添加帶有骨骼動畫的模型，并設(shè)置Cloth面板中的“Cloth Awake On Startup”、“Cloth Wind”、“Enable Cloth Simulation”等屬性，布料模擬效果如圖410所示。圖410 實(shí)時(shí)布料動畫效果自動漫游通過UDK的Matinee編輯器實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)過程為：1)向場景中添加攝像機(jī)；2)打開UDK的腳本代碼工具Kimset，并添加Matinee編輯器；3)雙擊Matinee編輯器，在編輯界面中添加Camera控制組，并通過關(guān)鍵幀記錄攝像機(jī)的位置變換，利用線性插值運(yùn)算實(shí)現(xiàn)平滑動畫；4)通過添加音軌為漫游過程添加解說詞，如圖411所示；5)通過添加攝像機(jī)控制類，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的運(yùn)行；6)通過AmbientSoundSimple類，為場景添加背景音樂。圖411 自動漫游路徑編輯4．交互漫游功能實(shí)現(xiàn)交互漫游中需要解決的問題有碰撞檢測、事件觸發(fā)、用戶UI、界面HUD的顯示等。（1）碰撞檢測如果場景結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物體較多，可以通過UDK構(gòu)建靜態(tài)物體包圍盒來簡化物體之間的碰撞檢測。具體方法為，在UDK的靜態(tài)物體編輯器的菜單中，通過“Collision”菜單設(shè)置不同級別的碰撞檢測，如圖412所示。對于復(fù)雜場景，在利用3DS MAX等建模工具導(dǎo)出為UDK支持格式時(shí)，應(yīng)拆分為不同物體導(dǎo)出，而后在場景編輯器中重新組合。圖412 UDK支持多個(gè)級別的碰撞檢測（2）事件觸發(fā)UDK中的事件觸發(fā)組件包括自動觸發(fā)、交互觸發(fā)等多種類型，可根據(jù)不同情況設(shè)置不同的觸發(fā)類型，從而帶給用戶良好的交互體驗(yàn)。例如，在場景的入口和出口處應(yīng)用自動觸發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬場景的切換；對需要解說的文物應(yīng)用自動觸發(fā)器，到用戶走近文物時(shí)，可以自動觸發(fā)對文物的解說，類似現(xiàn)實(shí)場景的紅外感應(yīng)；對需要用戶進(jìn)一部了解的文物應(yīng)用交互觸發(fā)器，可以利用UI界面顯示文物等級、出土?xí)r間、文物描述等信息。在UDK中，事件觸發(fā)范圍為圓柱體區(qū)域，可以通過設(shè)置圓柱體的高度和半徑來修改事件觸發(fā)范圍，如圖413所示。圖413 事件觸發(fā)及其包圍盒（3）用戶操作菜單可以利用UDK的UI編輯器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)菜單功能，通過Photoshop設(shè)計(jì)好帶有Alpha通道的圖形用戶界面，并將之以貼圖格式導(dǎo)入U(xiǎn)DK，而后在UI編輯器中，可以利用這些貼圖作為界面和按鈕背景，另外，對于UI中Image、Label、Button等控件，可以編寫Kimset腳本實(shí)現(xiàn)用戶交互，UI設(shè)計(jì)器如圖414所示。圖414 UI編輯器（4）界面HUDHUD是平視顯示器（Head Up Display）的簡稱，是目前普遍運(yùn)用在航空器上的飛行輔助儀器。平視的意思是指飛行員不需要低頭就能夠看到他需要的重要資訊。這是一個(gè)從軍事領(lǐng)域起源的技術(shù)，可以把一些重要的戰(zhàn)術(shù)信息顯示在正常觀察方向的視野范圍內(nèi)，而同時(shí)又不會影響對于環(huán)境的注意，也不用總是轉(zhuǎn)移視線去專門觀察儀表板上的指針和數(shù)據(jù)。在虛擬博物館系統(tǒng)中借鑒了這個(gè)概念，把制作單位等信息以類似HUD的方式顯示在交互漫游畫面上。當(dāng)然要獲得這些信息可以有別的方式，菜單有著專門的界面，可以容納更大的信息量，但卻不能和漫游畫面同時(shí)出現(xiàn)。調(diào)出菜單意味著中斷漫游流程，HUD則在提供必要信息的同時(shí)完全避免了這個(gè)問題。使用HUD需要利用Unreal3引擎提供的支持面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)的UnrealScript語言，類似C語言風(fēng)格。通過建立VRMuseumInfo、VRPawn、VRPlayerController、VRHud等類，可以實(shí)現(xiàn)界面HUD的繪制，其中的核心代碼為：class VRHUD extends UTHUD。var const Texture2D LogoHudTexture。function DrawGameHud(){ DrawLogo()。 //繪制其他，此處代碼省略...}function DrawLogo(){ local vector2d Pos。 = 。 = 。 (,)。 (255,255,255,80)。 (LogoHudTexture, 512, 512, 0, 0, 512, 512)。}defaultproperties{ LogoHudT
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