【導(dǎo)讀】術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的侵權(quán)行為。文中除已經(jīng)標(biāo)注引用的內(nèi)容外，不包含。其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢。獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人完全了解華北水利水電大學(xué)有關(guān)保管、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定。存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)設(shè)。計(jì)原件或復(fù)印件和電子文檔。

　　

【正文】 ，該射線與添加了碰撞的地形的交點(diǎn)就是需要記錄的三維場(chǎng)景坐標(biāo)值。然后創(chuàng)建文本，將該坐標(biāo)值記錄到文本中。同時(shí)復(fù)制植物預(yù)設(shè)到該坐標(biāo)處。生成的植物預(yù)設(shè)和坐標(biāo)文件如圖 417 和圖 418 所示。 圖 417 植物預(yù)設(shè) 圖 418 坐標(biāo)文件 （ 3）根據(jù)記錄的坐標(biāo)，把植物預(yù)設(shè)復(fù)制到對(duì)應(yīng)坐標(biāo)處 樹木種植完成后，文本中記錄了所有植物的坐標(biāo)值。在下一次打開(kāi)系統(tǒng)時(shí)，就不需要進(jìn)行上面的種植步驟了，直接讀取文本中坐標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在對(duì)應(yīng)位置處復(fù)制預(yù)設(shè)。在進(jìn)行預(yù)設(shè)復(fù)制時(shí)，可以通過(guò)隨機(jī)數(shù)調(diào)整每一次復(fù)制的預(yù)設(shè)的大小和旋轉(zhuǎn)角度，這樣種植的樹木有大有小、有直的有傾斜的。可以避免種植的樹木千篇一律。 實(shí)現(xiàn)上述功能的部分代碼為： public GameObject Tree_WuTong。 //內(nèi)存中放置的植物預(yù)設(shè) private Ray ray。 //點(diǎn)擊地形時(shí) ,發(fā)出的射線 ...... //進(jìn)行射線碰撞檢測(cè)，將坐標(biāo)點(diǎn)記錄到 hit 中。 ray = ()。 RaycastHit hit。 if ((ray, out hit)){ ...... } ...... //按照記錄的坐標(biāo)值，對(duì)預(yù)設(shè)進(jìn)行復(fù)制 position = new Vector3((strPosition[0]),0,(strPosition[2]))。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 randomID = (0, 9)。 //通過(guò)隨機(jī)數(shù)調(diào)整每預(yù)設(shè) if (randomID 3){ //按照坐標(biāo)實(shí)例化 = scale *(, )。 Instantiate(tree01, position, )。} else{ = scale *(, )。 Instantiate(tree02, position, )。 } 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第 5 章 三維場(chǎng)景的集 成 模型導(dǎo)入 Unity3D 將 3dmax 軟件建立的模型導(dǎo)出為 .3ds 或 .Fbx 文件。再導(dǎo)入時(shí)需要注意以下問(wèn)題。 （ 1） x 軸向偏轉(zhuǎn) 3dmax 模型導(dǎo)入 Unity3D 以后在 X 軸會(huì)有 270 度的偏轉(zhuǎn)， 在 unity 中旋轉(zhuǎn)模型時(shí)， y軸參照方向永遠(yuǎn)朝上，而 x 和 z 軸則以模型本身的局部坐標(biāo)為準(zhǔn)，當(dāng)模型沿 x 軸旋轉(zhuǎn) 270度之后， z 軸正好與 y 軸重合，這樣你試圖用程序控制方向的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn) y 和旋轉(zhuǎn) z 效果相同，可以在導(dǎo)出 3DS 文件格式或在生成 FBX 時(shí)改變 坐標(biāo)設(shè)置。 （ 2）材質(zhì)問(wèn)題 將模型導(dǎo)入到 Unity3D 中以后，模型的材質(zhì)將全部丟失，但是 Unity3D 自動(dòng)生成了這些材質(zhì)的材質(zhì)球，需要將這些材質(zhì)的圖片重新設(shè)置。如果材質(zhì)中有其他效果， 比如lightmap， 需要 選擇正確的 shader 之后再設(shè)置貼圖。 還有就是多重材質(zhì)的問(wèn)題 ， unity 中的 多重材質(zhì) 球需要多個(gè)圖片，設(shè)置貼圖是需要注意加載的貼圖順序。 （ 3）縮放因子問(wèn)題 unity 中的 1 單位是 fbx 文件中的 1 單位的 100 倍。所以，如果我們想 unity 中使用 1單位 =1 米的話，那在 max 和 maya 中制作的時(shí)候，單位就設(shè) 置成 1 厘米。如果我們想unity 中 1 單位 =100M，那單位就設(shè)置為 1M。如果我們想 unity 中 1 單位 =1 厘米的話，那單位就設(shè)置為 毫米，或者在單位為 1 厘米的情況下把比例因子改為 1。 場(chǎng)景貼圖和燈光烘焙 模型導(dǎo)入到 unity3D 中以后，所有的材質(zhì)將丟失，需要重新找回?？梢詫⑺杏玫降馁N圖和模型放置放置到同一個(gè)文件夾中。將模型導(dǎo)入到 unity3d 以后，同級(jí)目錄下回生成 Materials 文件夾，里面放置了模型所需要的所有材質(zhì)球，可以對(duì)每 一個(gè)材質(zhì)球賦予對(duì)應(yīng)的貼圖，調(diào)節(jié)貼圖顯示的顏色和亮度 ]5[ 。如圖 51 所示。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 51 設(shè)置材質(zhì) Unity3d內(nèi)置的有三種燈光，分別是點(diǎn)光源（ Point Light）、方向光源 (Directional Light)、區(qū)域光源 (Spot Light)。點(diǎn)光源時(shí)從一個(gè)位置向所有方向發(fā)射相同強(qiáng)度的光，向燈泡一樣；方向光源放置于無(wú)窮遠(yuǎn)處并影響場(chǎng)景中所有的物體，就像太陽(yáng)一樣；投影光從一個(gè)點(diǎn)向一個(gè)方向發(fā)光，像一個(gè)燈光照亮一個(gè)錐形的范圍。 正確導(dǎo)入模型和調(diào)整好位置以后，可以進(jìn)行燈光的烘焙 ]6[ 。 在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，物體接受的光照主要來(lái)自兩個(gè)方面，太陽(yáng)光直射光和周圍物體反射光。太陽(yáng)光是主光源，被太陽(yáng)直接照射的地方的亮度很高；未被太陽(yáng)光照射的物體的亮度會(huì)暗一些，因?yàn)橹挥兄車矬w反射光。在場(chǎng)景中為了模擬出這種真實(shí)的光照效果，需要對(duì)燈光進(jìn)行一定的設(shè)置。在場(chǎng)景的四個(gè)頂點(diǎn)方向上，添加四個(gè)方向光源。四個(gè)光源放置的角度應(yīng)該是斜向下 45 度角。這樣可以保證場(chǎng)景的每一個(gè)位置都可以被照射到。其中 一個(gè)用于模擬太陽(yáng)光，設(shè)置的亮度應(yīng)該高于另外三個(gè)；剩余的三個(gè)用來(lái)模擬周圍物體的放射光，設(shè)置的亮度應(yīng)該低于太陽(yáng)光的亮度。這樣，被太陽(yáng)光照射的地方會(huì)比較亮，沒(méi)有被太陽(yáng)光直射的物體的亮度會(huì)低一些，但是不至于全黑，真實(shí)性比較強(qiáng)。燈光示意圖如圖 52 所示。 圖 52 燈光分布示意圖 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 天空盒 Unity 中的天空盒是一種使用了特殊類型 Shader 的材質(zhì)，該種類型材質(zhì)可籠罩在整個(gè)游戲場(chǎng)景之外，并根據(jù)材質(zhì)中指定的紋理模擬出來(lái)類似遠(yuǎn)景，天空等的效果 ，使游戲場(chǎng)景看起來(lái)更完整。 Unity3d 系統(tǒng)繼承了多種各種環(huán)境下的天空盒，使用時(shí)導(dǎo)入到場(chǎng)景中。在 Unity 中，天空盒的使用方法有兩種，一種是在 Unity 中 Render Settings（渲染設(shè)置）里進(jìn)行指定，這種方法是針對(duì)游戲場(chǎng)景的，簡(jiǎn)單地講，就是在同一個(gè)游戲場(chǎng)景中，無(wú)論使用哪個(gè)攝像機(jī)對(duì)象，天空盒都保持不變，并且該方式指定天空盒可以在 Scene 視圖中直接顯示。另一種方式是為攝像機(jī)添加 skybox 組件，然后在組件中指定 使用的材質(zhì) ，這種方法只針對(duì) 當(dāng)前 攝像機(jī)，為攝像機(jī)指定的天空盒優(yōu)先級(jí)會(huì)高于在渲染設(shè)定中指定的天 空盒。對(duì)于默認(rèn)天空盒可以采用第一種方法添加。如果希望通過(guò)程序控制天空盒的顯示，可以使用第二種方法 ]7[ 。生成的天空盒效果如圖 53 所示。 圖 53 天空盒效果圖 粒子系統(tǒng) 粒子系統(tǒng)是在三維 空間 渲染出來(lái)的 大量 二維圖像，用于 模擬 煙，火，落葉等效果。粒子系統(tǒng)由 粒子 發(fā)射器、粒子動(dòng)畫器和粒子渲染器三個(gè)獨(dú)立的部分組成。 Unity 中自帶了一些粒子效果，在 AssetsImportPackagesParticles,即可將 導(dǎo)入到項(xiàng)目中，粒子效果包括： Dust(沙塵 )、 Fire(火焰 )、 Water（水）、Smoke（煙霧） 、 Sparkles（閃光） ， 還有一些粒子資源 Sources、 Misc（雜項(xiàng)）等。 注意：要謹(jǐn)慎使用大量粒子效果，粒子數(shù)量越多對(duì)硬件設(shè)備的要求就越高。所以盡 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 量用最少的粒子來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的效果。細(xì)節(jié)說(shuō)明 如下 ： （ 1） 選擇材質(zhì)，建立一個(gè)粒子渲染器時(shí)， 需要選擇適適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)和可進(jìn)行雙面渲染的材質(zhì)著色器 ， 需要用到的材質(zhì) 一般 都有一個(gè)內(nèi)置的粒子著色器。 （ 2） 扭曲粒子，默認(rèn)情況下粒子會(huì) 以 Billboarded 的方式進(jìn)行渲染，這對(duì)于表現(xiàn)煙霧，爆炸等會(huì)有很好的效果。粒子可以任何速度向然和方向伸展，這對(duì)于火化，閃電，光束的效果非常有用。 （ 3） 動(dòng)畫紋理，粒子系統(tǒng)可通過(guò)一個(gè)動(dòng)畫平鋪貼圖來(lái)渲染。要使用此功能應(yīng)保持在圖像的節(jié)點(diǎn)之外。當(dāng)粒子按其生命周期去循環(huán)時(shí)，也會(huì)連同圖像一起進(jìn)行循環(huán)。這對(duì)于給粒子增加更多的生命周期或者制作小的旋轉(zhuǎn)碎片非常有用。 該系統(tǒng)通過(guò)上述方法模擬了下雨和下雪效果。當(dāng)進(jìn)行漫游時(shí)，可以通過(guò)選擇控制雨雪特效。生成的雨雪效 果分別如圖 54 和圖 55 所示。 圖 54 雨效果 圖 55 降雪效果圖 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 顯示指針時(shí)鐘 可以通過(guò)模型和程序模擬出學(xué)校文體活動(dòng)中心處的鐘表，模擬的時(shí)針鐘表不僅外形和真實(shí)的鐘表相似，并且可以顯示當(dāng)前真實(shí)的時(shí)間。如圖 56 所示。 圖 56 時(shí)鐘效果圖 首先需要?jiǎng)?chuàng)建時(shí)鐘模型。鐘面時(shí)非常薄的圓柱體對(duì)象，表面賦予鐘表的圖片。用拉伸了的立方體表示 3 個(gè)指針，注意不同的指針的長(zhǎng)度不同。拉伸時(shí)要控制三個(gè)指針沿著同一個(gè)方向拉伸，這樣 能保證指針在初始狀態(tài)時(shí) Transform 的 Roation 屬性一致，并且可以用同一種算法控制其旋轉(zhuǎn)。 通過(guò) DateTime 獲取當(dāng)前時(shí)間的時(shí)分秒，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間可以確定三個(gè)指針相對(duì)初始位置的旋轉(zhuǎn)角度。例如：設(shè)置三個(gè)指針在初始狀態(tài)時(shí)指向 12 點(diǎn)鐘，當(dāng)時(shí)間為三點(diǎn)三十分時(shí)，秒針旋轉(zhuǎn) 0 度，分針旋轉(zhuǎn) 180 度，時(shí)針旋轉(zhuǎn) 度（ 45+15/2）。以此類推，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間確定每個(gè)時(shí)針的旋轉(zhuǎn)角度。每一幀 Update()函數(shù)都要旋轉(zhuǎn)著 3 個(gè)指針，讓它們都繞著鐘面中心軸旋轉(zhuǎn)一定的角度 ]8[ 。 實(shí)現(xiàn)的部分主要代碼為： public GameObject sz, fz, mz。 //定義三個(gè)指針 private int hour, minute, sec。 //獲取當(dāng)前時(shí)間 private float sf, ff, mf。 //需要旋轉(zhuǎn)角度 void Check(){ //獲取時(shí)間的時(shí)、分、秒 if ( 12 0){ hour = (12 )。} 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 else{ hour = 。} minute = 。 sec = 。 //計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度 sf = (hour + minute / ) / * 360。 ff = (minute + sec / ) / * 360。 mf = sec / * 360。 //角度初始化 = 。 = 。 = 。 //旋轉(zhuǎn) = new Vector3(0, 0, mf)。 = new Vector3(0, 0, sf)。 = new Vector3(0, 0, ff)。} } 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 6 章 虛擬場(chǎng)景功能實(shí)現(xiàn) Unity3D 三維引擎介紹 unity3D 已經(jīng)成為移動(dòng)平臺(tái) 上 主要的游戲 開(kāi)發(fā) 引擎，支持主流 的移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)，包括Android、 IOS、 Windows、 BlackBerry，以及 PC 平臺(tái)的 Chorme、 IE 和獨(dú)立可執(zhí)行程序，甚至還支持 PS3 和 Wii U。內(nèi)置的組件建物理引擎、聲音引擎、碰撞檢測(cè)、動(dòng)畫組件、場(chǎng)景管理等模塊封裝得非常易用，讓開(kāi)發(fā)者能夠更加專注于游戲本身的邏輯開(kāi)發(fā)。而可視化的所見(jiàn)即所得的編輯器?？梢詭椭覀儗?shí)時(shí)預(yù)覽游戲效果，管理場(chǎng)景中的資源以及項(xiàng)目文件，而且操作起來(lái)非常方便。應(yīng)用市場(chǎng)上已有大量的游戲是使用 Unity3D 開(kāi)發(fā)的。 通過(guò) unity3D 簡(jiǎn)單的用戶界面，可以完成任何工作，節(jié)省了大 量的時(shí)間；對(duì) OpenGL和 DirectX 擁有高度優(yōu)化的圖形渲染管道；支持所有主要文件格式，并能和大部分應(yīng)用程序協(xié)調(diào)工作；具有完美的跨平臺(tái)性，可以讓作品在多平臺(tái)上呈現(xiàn)；結(jié)合 Shader 的著色器系統(tǒng)整合了易用性、靈活性和高能性等特點(diǎn)；對(duì)地形的處理可以在低端硬件上流暢運(yùn)行廣闊茂盛的植被景觀；支持 JavaScript、 C、 Boo 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)； Unity3D 的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：虛擬演練，應(yīng)急預(yù)案；城市規(guī)劃，室內(nèi)設(shè)計(jì)；產(chǎn)品展示，工業(yè)設(shè)計(jì)；虛擬培訓(xùn)，虛擬教學(xué)；虛擬維修，虛擬裝配；軍事演練，虛擬戰(zhàn)場(chǎng)；地理信息，衛(wèi)星遙感；虛擬 現(xiàn)實(shí)，三維仿真，三維可視化等。 功能實(shí)現(xiàn) 切片動(dòng)態(tài)加載 為了更加真實(shí)的展現(xiàn)校園風(fēng)光，對(duì)模型的渲染應(yīng)該盡可能的清晰。但是這樣會(huì)導(dǎo)致渲染出來(lái)的圖片分辨率很高，在客戶端進(jìn)行加載時(shí)會(huì)等待較長(zhǎng)時(shí)間，并且比較消耗內(nèi)存，降低用戶體驗(yàn)。這里需要對(duì)渲染出來(lái)的效果圖進(jìn)行切片，利用瓦片加載原理對(duì)被分割的效果圖進(jìn)行基于固定網(wǎng)格劃分的四叉樹索引動(dòng)態(tài)加載。用戶在瀏覽時(shí)，僅僅加載當(dāng)前攝像 機(jī)視野內(nèi)的瓦片。對(duì)圖片構(gòu)建 LOD 的細(xì)節(jié)層次模型，攝像機(jī)距離圖片距離比較遠(yuǎn)時(shí)，加載分辨率比較低的圖片；攝像機(jī)距離圖片距離比較近時(shí)，加載分辨率比較高的圖片 ]9[ 。 該系統(tǒng)數(shù)據(jù)量比較小，所以對(duì)原始圖片進(jìn)行了三次切割。首先對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，得到了三種不同清晰度的圖片。清晰度最低的圖片可以作一級(jí)切割，清晰度最高的圖片進(jìn)行三級(jí)切割。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 （ 1）數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)的編碼方式采用基于固定網(wǎng)格的四叉樹編碼。在基于固定網(wǎng)格劃分的四叉樹空間索引機(jī)制中，把二維空 間范圍劃分為一系列大小相等的棋盤狀矩形，即將地理空間的長(zhǎng)和寬在 X 和 Y 方向上進(jìn)行 N2 等分。形成 NN