【正文】 漫游 實現(xiàn)場景第三人稱漫游，用戶可以通過鍵盤控制場景中人物的的移動。左右和上下移動控制攝像機。當點擊某一建筑物時，可以彈出對應信息框。 （ 6） 添加標注 當點擊 “添加標注 ”時，各個建筑物的名稱將 通過標注的形式顯示出來。 （ 8） 室內全景 將室內有全景地圖的地方用 Box標記出來。 華北水利水電大學畢業(yè)設計 11 第 4 章 三維模型的建立 三維模型是整個虛擬校園系統(tǒng)的重要部分，將直接決定系統(tǒng)最終的效果和用戶體驗。 AutoCAD 主要用于完成建筑物輪廓線、規(guī)則地形的邊界線、不規(guī)則地形的等高線 等； PhotoShop 軟件用于處理模型的貼圖紋理；整個三維模型的建立主要通過 3dMax 軟件，借助于 “擠出 ”、“布爾 ”等工具高效的建立精確的三維模型 ]3[ 。精確程度比較高的模型的觀賞性會比較好，但同時會占用較高的內存資源，采用高精度模型是不被計算機硬件允許的。所以，對于大場景的模型建模 ，需要采取折中的方法?？梢灾苯淤N圖；對于輪廓層次很明顯的區(qū)域需要精細建模。在特殊的情況下可以用 “毫米 ”或 “厘米 ”為單位。進而確定每一個建筑物的相對坐標。 （ 3）模型不能存在共面和相距太近的面。模型中面片之間的最小間距大于場景中最大尺寸的二千分之一。 （ 4）刪除重合線、重疊面，病焊接相機或重合的點，以及冗余的點、線、面 等 ，保證模型無裂縫。 建筑物三維模型 建筑模型的分類 按照建立模型的精 細程度，可以將模型分為三種。然后將拍攝的墻面作為擠出面的貼圖。但是對于貼圖處理比較費時費力，并且對于不規(guī)則墻體對建筑物的立體感表現(xiàn)力不好。 （ 2）精細模型，使用面片對建筑物的每一個面進行模擬，對每一個面賦予單獨的紋理貼圖。但 是，由于校園內建筑物結構都比較復雜，建立的模型的三角形面片數(shù)量非常大，一般都會達到數(shù)萬。 （ 3）混合模型，這種類型的模型綜合了粗略模型和精細模型的特點。可以直接貼圖；對于輪廓層次很明顯的區(qū)域需要精細建模。最終得到了即保證模型真實感又不占用太對內存的模型。 模型建模步驟 對建筑物建模時，需要根據(jù)平面圖確定建筑物底輪廓線，以輪廓線為基礎建模。 （ 1）墻體建模 墻體的建模需要通過 CAD 繪制墻體的輪廓線。最后調節(jié)屋頂?shù)母叨鹊胶线m位置。 圖 41 墻體模型 華北水利水電大學畢業(yè)設計 13 （ 2）屋頂建模 屋頂?shù)慕Ｐ枰ㄟ^ CAD 繪制屋頂?shù)木€框結構。最后調節(jié)屋頂?shù)母叨鹊胶线m位置。 圖 42 CAD 線框結構 圖 43 屋頂模型 （ 3）房屋細節(jié)精細建模 房屋細節(jié)的建模是采用的多邊形建模。建立的多邊形的具體參數(shù)需要依據(jù)實物進行估計。 其中涉及的技術主要是推拉表面構建基本模型，最后增加平滑網格修改器，進行表面的平滑和提高精度。適合創(chuàng)建復雜的模型。 圖 44 建筑物白模 （ 4）賦予貼圖紋理 處于系統(tǒng)內存和美觀的考慮，該場景中模型大多通過 UVM 展開的方式進行貼圖處理。 UVW 展開主要是針對復雜模型的貼圖。將需要用到的貼圖按照一定的布局整理到一張圖片上面。右鍵點擊物體把物體轉換為 “可編輯多邊形 ”，在 “修改器列表 ”里添加 “uvw 展開 ”，在 “uvw 展開 ”里面選擇 “面 ”，在 “面 ”的模式 下，選中一個你需要調整的物體的面，拾取貼圖，完成后，渲染如圖 46 所示。華北水利水電大學龍子湖校區(qū)內有兩塊人工湖區(qū)域和普通的平面地形。不同地區(qū)和地物類型的高程不一致，存在一定的高度差。其他地區(qū)的高程值可以依據(jù)臺階、樓梯等信息進行估計。曲面地形的建立相對麻煩，需要收集地物的高程信息，根據(jù)高程繪制等高線。 （ 1）獲取校園平面柵格圖 獲取的校園規(guī)劃平面圖與校園的真實地形基本一致。如圖 48 所示。 以華北水利水電大學龍子湖校區(qū)平面圖為底圖，利用 AutoCAD 進行矢量化。需要對每一個圖層進行單獨矢量化。 在進行矢量化時，線段的節(jié)點數(shù)越少，在進行 “擠出 ”時生成的三角形面片就會越少。必要時可以采取以直代曲（用直線代替曲線）。否則，在進行擠出時，會沿著輪廓線縱向擠出，而不會生成閉合的平面。建筑物和道路的 CAD 圖如圖 410 和圖 411 所示。 對矢量化完成的道路邊界、綠化地、道路邊沿輪廓、硬化路邊界進行 “擠出 ”操作。對道路邊沿進行擠出時，可以設置一定的擠出高度。道路結構如圖 412 所示。 由于生成的地形平面是不規(guī)則平面，所以無法對各地塊進行直接貼圖。在選取貼圖素材時，應取地物的最小重復單元，這樣可以貼圖的尺寸最小。渲染效果如圖 412。然后通過 AutoCAD軟件對等高線進行矢量化；獲得每一條等高線的高程值；將每一條等高線根據(jù)高程調整華北水利水電大學畢業(yè)設計 17 到合適的位置處；最后通過 3dmax 軟件的 “地形 ”工具，將獲取的等高線生成地形。 圖 413 地形等高線 圖 414 地形 校園環(huán)境小品建設 校園環(huán)境小品指校園室外環(huán)境。還包括一少部分的公共設施，如大小操場、廣告牌、小花園、路燈等。在構建虛擬校園時，需要將校園內的綠化景觀制作到三維場景中。 植物模型處理 該系統(tǒng)使用的植物模型一共有兩種 ，十字交叉模型和面片樹。然后 打開 透明通道，被 PS 扣掉的地方就會變得 透明，這樣渲染出來的樹 就有 立體效果了。通過手動編寫 shader或者選用 Unity3d 提供的 “Transform”渲染方式設置圖片的 Alpha 通道。 每一個十字模型占用 4 個三角形面片，相比于占用上千個面片的真實樹葉模型，十字交叉模型能夠極大限度的節(jié)省系統(tǒng)內存。所以，該系統(tǒng)中的樹木模型幾乎全部都使用十字交叉模型。面片使用情況居中于十字交叉樹和真實樹葉模型。無論從各個角度觀察，效果都非常好。即保證了場景的總體觀賞效果，有極大限度的節(jié)約了內存。 圖 415 十字樹 圖 416 面片樹 植物模型種植 進行植物模型的種植之前，首先需要對校園整體景觀規(guī)劃進行設計，設計應當盡量與校園實景保持一致，部分區(qū)域可以根據(jù)情況進行一定的改造。 收集需要被種植的植物類型。根據(jù) 設計情況進行合理的搭配種植。 （ 1）制作植物預設 對需要種植的植物進行預設處理。注意調整植物的高度、寬度等，盡量使預設的比例接近真實植物的比例。每一個文本文件只能存放一種植物類型的坐標值。 為地形添加網格碰撞檢測（ Mesh Collider）。添加碰撞檢測后的地形就可以通過射線碰撞檢測檢測鼠標點擊點的坐標。然后創(chuàng)建文本，將該坐標值記錄到文本中。生成的植物預設和坐標文件如圖 417 和圖 418 所示。在下一次打開系統(tǒng)時，就不需要進行上面的種植步驟了，直接讀取文本中坐標，系統(tǒng)會自動在對應位置處復制預設。可以避免種植的樹木千篇一律。 //內存中放置的植物預設 private Ray ray。 ray = ()。 if ((ray, out hit)){ ...... } ...... //按照記錄的坐標值，對預設進行復制 position = new Vector3((strPosition[0]),0,(strPosition[2]))。 //通過隨機數(shù)調整每預設 if (randomID 3){ //按照坐標實例化 = scale *(, )。} else{ = scale *(, )。 } 華北水利水電大學畢業(yè)設計 21 第 5 章 三維場景的集 成 模型導入 Unity3D 將 3dmax 軟件建立的模型導出為 .3ds 或 .Fbx 文件。 （ 1） x 軸向偏轉 3dmax 模型導入 Unity3D 以后在 X 軸會有 270 度的偏轉， 在 unity 中旋轉模型時， y軸參照方向永遠朝上，而 x 和 z 軸則以模型本身的局部坐標為準，當模型沿 x 軸旋轉 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候就會發(fā)現(xiàn)旋轉 y 和旋轉 z 效果相同，可以在導出 3DS 文件格式或在生成 FBX 時改變 坐標設置。如果材質中有其他效果， 比如lightmap， 需要 選擇正確的 shader 之后再設置貼圖。 （ 3）縮放因子問題 unity 中的 1 單位是 fbx 文件中的 1 單位的 100 倍。如果我們想unity 中 1 單位 =100M，那單位就設置為 1M。 場景貼圖和燈光烘焙 模型導入到 unity3D 中以后，所有的材質將丟失，需要重新找回。將模型導入到 unity3d 以后，同級目錄下回生成 Materials 文件夾，里面放置了模型所需要的所有材質球，可以對每 一個材質球賦予對應的貼圖，調節(jié)貼圖顯示的顏色和亮度 ]5[ 。 華北水利水電大學畢業(yè)設計 22 圖 51 設置材質 Unity3d內置的有三種燈光，分別是點光源（ Point Light）、方向光源 (Directional Light)、區(qū)域光源 (Spot Light)。 正確導入模型和調整好位置以后，可以進行燈光的烘焙 ]6[ 。太陽光是主光源，被太陽直接照射的地方的亮度很高；未被太陽光照射的物體的亮度會暗一些，因為只有周圍物體反射光。在場景的四個頂點方向上，添加四個方向光源。這樣可以保證場景的每一個位置都可以被照射到。這樣，被太陽光照射的地方會比較亮，沒有被太陽光直射的物體的亮度會低一些，但是不至于全黑，真實性比較強。 圖 52 燈光分布示意圖 華北水利水電大學畢業(yè)設計 23 天空盒 Unity 中的天空盒是一種使用了特殊類型 Shader 的材質，該種類型材質可籠罩在整個游戲場景之外，并根據(jù)材質中指定的紋理模擬出來類似遠景，天空等的效果 ，使游戲場景看起來更完整。在 Unity 中，天空盒的使用方法有兩種，一種是在 Unity 中 Render Settings（渲染設置）里進行指定，這種方法是針對游戲場景的，簡單地講，就是在同一個游戲場景中，無論使用哪個攝像機對象，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。對于默認天空盒可以采用第一種方法添加。生成的天空盒效果如圖 53 所示。粒子系統(tǒng)由 粒子 發(fā)射器、粒子動畫器和粒子渲染器三個獨立的部分組成。 注意：要謹慎使用大量粒子效果，粒子數(shù)量越多對硬件設備的要求就越高。細節(jié)說明 如下 ： （ 1） 選擇材質，建立一個粒子渲染器時， 需要選擇適適當?shù)牟馁|和可進行雙面渲染的材質著色器 ， 需要用到的材質 一般 都有一個內置的粒子著色器。粒子可以任何速度向然和方向伸展，這對于火化，閃電，光束的效果非常有用。要使用此功能應保持在圖像的節(jié)點之外。這對于給粒子增加更多的生命周期或者制作小的旋轉碎片非常有用。當進行漫游時，可以通過選擇控制雨雪特效。 圖 54 雨效果 圖 55 降雪效果圖 華北水利水電大學畢業(yè)設計 25 顯示指針時鐘 可以通過模型和程序模擬出學校文體活動中心處的鐘表，模擬的時針鐘表不僅外形和真實的鐘表相似，并且可以顯示當前真實的時間。 圖 56 時鐘效果圖 首先需要創(chuàng)建時鐘模型。用拉伸了的立方體表示 3 個指針，注意不同的指針的長度不同。 通過 DateTime 獲取當前時間的時分秒，根據(jù)當前時間可以確定三個指針相對初始位置的旋轉角度。以此類推，根據(jù)當前時間確定每個時針的旋轉角度。 實現(xiàn)的部分主要代碼為： public GameObject sz, fz, mz。 //獲取當前時間 private float sf, ff, mf。} 華北水利水電大學畢業(yè)設計 26 else{ hour = 。 sec = 。 ff = (minute + sec / ) / * 360。 //角度初始化 = 。 = 。 = new Vector3(0, 0, sf)。} } 華北水利水電大學畢業(yè)設計 27 第 6 章 虛擬場景功能實現(xiàn) Unity3D 三維引擎介紹 unity3D 已經成為移動平臺 上 主要的游戲 開發(fā) 引擎，支持主流 的移動計算平臺，包括Android、 IOS、 Windows、 BlackBerry，以及 PC 平臺的 Chorme、 IE 和獨立可執(zhí)行程序，甚至還支持 PS3 和 Wii U。而可視化的所見即所得的編輯器。應用市場上已有大量的游戲是使用 Unity3D 開發(fā)的。 功能實現(xiàn) 切片動態(tài)加載 為了更加真實的展現(xiàn)校園風光，對模型的渲染應該盡可能的清晰。這里需要對渲染出來的效果圖進行切片，利用瓦片加載原理對被分割的效果圖進行基于固定網格劃分的四叉樹索引動態(tài)加載。對圖片構建 LOD 的細節(jié)層次模型，攝像機距離圖片距離比較遠時，加載分辨率比較低的圖片；攝像機距離圖片距離比較近時，加載分辨率比較高的圖片 ]9[ 。首先對原始圖像進行處理，得到了三種不同清晰度的圖片。 華北水利水電大學畢業(yè)設計 28 （ 1）數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)的編碼方式采用基于固定網格的四叉樹編碼。形成 NN