【正文】 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。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。 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。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。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)。 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?？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。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，讓開發(fā)者能夠更加專注于游戲本身的邏輯開發(fā)。 = new Vector3(0, 0, ff)。 //旋轉(zhuǎn) = new Vector3(0, 0, mf)。 = 。 mf = sec / * 360。 //計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度 sf = (hour + minute / ) / * 360。} minute = 。 //需要旋轉(zhuǎn)角度 void Check(){ //獲取時(shí)間的時(shí)、分、秒 if ( 12 0){ hour = (12 )。 //定義三個(gè)指針 private int hour, minute, sec。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[ 。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）。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)。鐘面時(shí)非常薄的圓柱體對(duì)象，表面賦予鐘表的圖片。如圖 56 所示。生成的雨雪效 果分別如圖 54 和圖 55 所示。 該系統(tǒng)通過(guò)上述方法模擬了下雨和下雪效果。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)。 （ 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。 （ 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。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。 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。 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。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[ 。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。 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。燈光示意圖如圖 52 所示。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。四個(gè)光源放置的角度應(yīng)該是斜向下 45 度角。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。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。如圖 51 所示?？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。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。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。 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。 （ 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。再導(dǎo)入時(shí)需要注意以下問(wèn)題。 Instantiate(tree02, position, )。 Instantiate(tree01, position, )。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 randomID = (0, 9)。 RaycastHit hit。 //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。 實(shí)現(xiàn)上述功能的部分代碼為： public GameObject Tree_WuTong。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。 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。同時(shí)復(fù)制植物預(yù)設(shè)到該坐標(biāo)處。當(dāng)鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)屏幕上點(diǎn)擊時(shí)，記錄點(diǎn)擊的屏幕坐標(biāo)點(diǎn) A；然后從攝像機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)向點(diǎn) A 發(fā)射一條射線，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。地形屬于不規(guī)則面，添加碰撞方式時(shí)，華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 只能選用 Mesh Collider。操作過(guò)程是：首先選擇需要種植的植物預(yù)設(shè)并放置到內(nèi)存中；當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊地形上某一點(diǎn)時(shí)，通過(guò)文本記錄該點(diǎn)的三維場(chǎng)景坐標(biāo)；讀取文本中記錄的坐標(biāo)值，復(fù)制植物預(yù)設(shè)到該坐標(biāo)處。 （ 2）記錄需要種植植物的坐標(biāo) 以文本的形式存儲(chǔ)每一棵植物的坐標(biāo)值。每一種植物類型生成一個(gè)預(yù)設(shè)即可。 植物模型的種植過(guò)程可以分為三步。該系統(tǒng)收集了三十多種植物模型，包括梧桐樹、銀杏樹、桃樹、櫻花等常見(jiàn)的觀賞性植物。確定需要種植哪些植物、每一種植物的總體分布情況、各種類型的植物如何進(jìn)行合理的搭配等。十字 樹和面片圖如圖 415 和圖 416 所示。該系統(tǒng)為了顯示柳樹的精細(xì)枝條，對(duì)部分柳樹采用了面片樹方式 ]4[ 。但是觀賞的真實(shí)性高于面片樹，和真實(shí)樹葉華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 模型相當(dāng)。 （ 2）面片樹 面片樹是用少量的面片去模擬較大的樹枝，用樹枝和樹干去組建成一棵樹。 除了俯視外，從任何角度觀察十字交叉模型的效果都非常真實(shí)。樹木的兩面都能顯示圖像，并且可以產(chǎn)生陰影和接受陰影。 樹木貼圖的圖形最好對(duì)稱，并且樹木的需要位于圖片的正中間。 （ 1）十字交叉模型 十字交叉模型是用 2 個(gè)面片十字交叉，在 2 面片賦予樹的貼圖。在制作過(guò)程中，首先需要收集校園內(nèi)的植物類型都有哪些、校園綠地的分布情況等信息。 校園內(nèi)的景觀設(shè)計(jì)是校園環(huán)境的重要組成部分，校園綠化效果的好壞將直接影響校園的整體觀賞性。建設(shè)內(nèi)容主要指樹木的種植。地形等高線和最終地形圖如圖 413 和圖 414 所示。 圖 412 渲染效果圖 曲面地形 獲取校園地形區(qū)域的平面圖，包含了地形區(qū)域的等高線信息。設(shè)置面片在 U和 V方向的重復(fù)次數(shù)調(diào)整地形的顯示效果。需要調(diào)整各地塊的 UVW 值。 圖 411 道路結(jié)構(gòu)圖 （ 4）調(diào)整多邊形的 UVW 值。因?yàn)榈缆返倪吘壪啾扔诘缆酚幸欢ǖ母叨取ＨA北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 對(duì)道路邊界、綠化地、硬化路邊界進(jìn)行 “擠出 ”時(shí)，可以設(shè)置擠出高度為 0，這樣就會(huì)生成一個(gè)單一的平面。 圖 410 食堂 CAD 結(jié)構(gòu) 圖 411 道路 CAD 結(jié)構(gòu) （ 3） 對(duì)矢量化的圖形進(jìn)行擠出操作。 需要進(jìn)行矢量化的內(nèi)容有：道路邊界矢量化；綠化地矢量化；道路邊沿輪廓矢量化；硬化路邊界矢量化。 對(duì)輪廓線進(jìn)行矢量化時(shí)，輪廓線必須閉合，兩端節(jié)點(diǎn)必須焊接到一起。所以，出于內(nèi)存的考慮，在進(jìn)行矢量化時(shí)，應(yīng)盡量減少節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，盡量避免使用樣條線，因 為樣條線的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)非常多。圖層分層如圖 49 所示。在矢量化時(shí)要注意對(duì)不同的地物類型進(jìn)行分圖層管理，大致可以分為道路邊界、綠地、道路、硬化路四個(gè)圖層。 圖 48 校園平面圖 圖 49 圖層分層 （ 2）利用 CAD 對(duì)平面圖進(jìn)行矢量化 。通過(guò)該平面圖可以確定各種地華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 物類型邊界信息、校園規(guī)劃信息、地物之 間相對(duì)位置關(guān)系。 平面地形 平面地形主要包含主要包括硬化路、草地、道路邊沿等內(nèi)容，建模的方法基本一樣。 平面地形的建模相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)椴豢紤]高程問(wèn)題，只需要收集到各塊區(qū)域的地物類型和屬性信息。對(duì)于人工湖區(qū)域的具體高程信息需要從學(xué)校的規(guī)劃圖紙中獲得 ?？傮w的地形不是在平面的，有高低起伏。 圖 45 貼圖圖集 圖 46 整體渲染效果圖 圖 47 局部渲染效果圖 地形建模 為了真實(shí)的將校園場(chǎng)景展示出來(lái)，需要收集校園內(nèi)地形高程信息。如圖華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 45 所示。處理的基本步驟是： 首先制作貼圖圖集。 UVW 展開是對(duì)貼圖的調(diào)整，使得貼圖效果更好，更美觀。建筑物白模如圖 44 所示。這種技法大量使用點(diǎn)、線、面的編輯操作，對(duì)空間 控制能力要求比較高。 多邊形建模是最傳統(tǒng)和經(jīng)典的建模方式， 常用的兩個(gè)命令是 可編輯網(wǎng)格和可編輯多邊形 。需要依靠建筑物的真實(shí)模型，對(duì)多邊形進(jìn)行調(diào)整。 CAD 結(jié)構(gòu)和生成的屋頂模型分別如圖 42 和圖 43 所示。導(dǎo)入到 3dMax 中，對(duì)線框結(jié)構(gòu)進(jìn)行高度為 0 的 “擠出 ”。結(jié)果如圖 41 所示。導(dǎo)入到 3dMax 中，對(duì)線框進(jìn)行對(duì)應(yīng)高度的 “擠出 ”。收集建筑物的樓高、樓層數(shù)、屋頂高等基本信息。 該系統(tǒng)對(duì)以上三種模型均有不同程度的使用 。將以上兩種方式進(jìn)行綜合后，比較平整的面直接利用貼圖代替，對(duì)于凹凸現(xiàn)象明顯的區(qū)域進(jìn)行精細(xì)建模。對(duì)棱角分明，輪廓比較明顯的建筑物。在渲染時(shí)會(huì)消耗大量的內(nèi)存，在進(jìn)行漫游時(shí)極易出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)總體運(yùn)行效率和用戶體驗(yàn)。通過(guò)這種方式建立的模型的精度非常高，真實(shí)感非常強(qiáng)，陰影和凸凹感比較明顯。從照片拍攝的角度觀察時(shí)效果還可以，但是從反方向觀察時(shí)失真非常嚴(yán)重。這種方法建立的模型的三角形面片比較少，模型的建立比較簡(jiǎn)單快速。 華北水利水電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （ 1）粗略模型，通過(guò)數(shù)碼相機(jī)拍攝整個(gè)墻面，通過(guò) 3dMax 對(duì)建筑物 CAD 輪廓線進(jìn)行擠出。 （ 5）貼圖和模型要素的命名不能出現(xiàn)中文，命名長(zhǎng)度不能超過(guò)八位，命名要滿足一定的規(guī)則，保證不會(huì)出現(xiàn)重名顯現(xiàn)。不然會(huì)造成重疊面在場(chǎng)景中閃爍的情況。當(dāng)兩個(gè)目標(biāo)共面時(shí)，將小面 模型的共面面片刪除。創(chuàng)建三維模型位置必須以 CAD 基礎(chǔ)地形圖文件保持一致。 （ 2）繪制校園總體的 CAD 底圖，繪制完成后不能對(duì)圖形進(jìn)行任何移動(dòng)。 建模要求 （ 1）按照項(xiàng)目的制作要求，模型的制作一律以 “米 ”為單位。對(duì)棱角分明，輪廓比較明顯的建筑物。精確程度低的模型占用較少的內(nèi)存，并且模型的建立過(guò)程簡(jiǎn)單，但是觀賞性差，達(dá)不到宣傳校園風(fēng)景的作用。 建立三維模型時(shí)，模型的精確程度決定了系統(tǒng)的整體真實(shí)感。主要通過(guò) 3dMax、 AutoCAD 和 PhotoShop 軟件 建立 校園三維模型。通過(guò)天空盒的形式展示對(duì)應(yīng)的全景地圖。 （ 7） 小地圖導(dǎo)航 在系統(tǒng)的右下角添加小地圖，使用較小的點(diǎn)標(biāo)記主角當(dāng)前在地圖中的位置。 （ 5） 查詢定位 將比較有特點(diǎn)的區(qū)域的是三維坐標(biāo)記錄下來(lái)，在三維場(chǎng)景中，選擇某一區(qū)域的名稱時(shí)，當(dāng)前攝像機(jī)可以自動(dòng)移動(dòng)到該點(diǎn)。 （ 4） 信息查詢 將建筑物的基本屬性信息和代表的院系信息錄入到 XML 中進(jìn)行管理。 （ 3） 場(chǎng)景飛行 相比于第三人稱漫游，場(chǎng)景飛行更加靈活。可以自由切換晴天、雨天、下雪天等。 圖 32 統(tǒng)功能模塊 （ 1） 粒子系統(tǒng) 通過(guò)粒子系統(tǒng)可以添加煙，火，水滴，落葉等 效果。在此基礎(chǔ)上，添加了虛擬現(xiàn)實(shí)中常用的功能