基于虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室漫游系統(tǒng)

張娟

摘要：本論文提出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。重點(diǎn)闡述了三維建模，紅外模塊通信等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)很好的展示了實(shí)驗(yàn)室的三維漫游功能，并實(shí)現(xiàn)了部分信息控制，使用戶體驗(yàn)得到極大的提升。同時(shí)該系統(tǒng)也為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合做出了有益的嘗試。

關(guān)鍵詞：通信技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);3ds max;unity3D;虛擬智能實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)

中圖分類號：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）12-0045-01

1 系統(tǒng)概述

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和三維建模的越來越成熟，虛擬漫游已經(jīng)應(yīng)用到了很多行業(yè)中。虛擬漫游革新了人們接收和使用信息的方式，顛覆了人與計(jì)算機(jī)的交互，使得人與計(jì)算機(jī)的交互從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)走向多維度的空間。

本文中的虛擬實(shí)驗(yàn)室漫游系統(tǒng)用3ds max來建立實(shí)驗(yàn)室的三維模型，使用Unity3D作為三維開發(fā)引擎，用紅外遙控模塊建立局域網(wǎng)進(jìn)行通信。本項(xiàng)目通過編寫C#腳本完成控制場景內(nèi)物體、使用紅外發(fā)射器建立局域網(wǎng)等功能。

2 需求分析

本文是以江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院為研究對象，將整個(gè)學(xué)院用三維模型展示出來。通過三維建模模擬出學(xué)校實(shí)驗(yàn)室和辦公室的真實(shí)環(huán)境，將實(shí)驗(yàn)室和辦公室真實(shí)的展現(xiàn)在用戶屏幕上，使人身臨其境，并能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和辦公室控制。系統(tǒng)的功能要求如下：①二維導(dǎo)航功能。該系統(tǒng)提供整個(gè)信息工程學(xué)院的二維導(dǎo)覽功能，通過選擇不同樓層或者不同區(qū)域，可以快速定位各個(gè)辦公室和實(shí)驗(yàn)室，并給出相應(yīng)的用戶提示。②三維漫游功能：該系統(tǒng)提供第一人稱的漫游方式，并通過旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)兩個(gè)按鈕在四個(gè)方向360度進(jìn)行漫游，讓用戶可以隨心所欲進(jìn)行信息工程學(xué)院整體的虛擬游覽。③節(jié)點(diǎn)可控。通過選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室和辦公室，可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室和辦公室內(nèi)部，并將辦公室的部分節(jié)點(diǎn)開放，供用戶控制體驗(yàn)。④信息查詢。在整個(gè)系統(tǒng)中，用戶可以體驗(yàn)信息查詢，比如通過虛擬場景查詢到用天氣情況等信息。

3 設(shè)計(jì)方案

虛擬智能實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)過程：首先進(jìn)行需求分析，在此基礎(chǔ)上采集真實(shí)模型的影像資料，為搭建虛擬場景做準(zhǔn)備。在搭建完場景之后進(jìn)行貼圖和場景的優(yōu)化，以最優(yōu)面數(shù)的模型導(dǎo)入到Unity3D中，進(jìn)行腳本編寫。漫游，是整個(gè)虛擬場景中的最基礎(chǔ)的功能，用戶可以進(jìn)行場景的漫游，通過鍵盤的方向鍵和鼠標(biāo)來漫游整個(gè)虛擬場景中的設(shè)備。除了漫游功能，碰撞檢測功能也必不可少。

在物聯(lián)網(wǎng)部分采用紅外無線做了簡單的demo，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室的部分控制。采用wifi轉(zhuǎn)發(fā)紅外設(shè)備做發(fā)射器。通過電腦或者手機(jī)向紅外轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送二進(jìn)制編碼，設(shè)備將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換成紅外編碼向紅外遙控設(shè)備發(fā)送紅外控制指令。實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)控制。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)部分的實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是所有工作的基礎(chǔ)，本文中的漫游系統(tǒng)是以信息工程學(xué)院為研究對象，因此要建立該學(xué)院的模型，就要有該學(xué)院的數(shù)據(jù)，才能建立模型。由于模型是基于真實(shí)的建筑，因此首先要有建筑物的CAD圖，在CAD圖上建立三維模型，然后用數(shù)碼相機(jī)采集照片制作貼圖。

4.2 建模

在得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立整個(gè)學(xué)院的模型。本系統(tǒng)中的研究對象是信息工程學(xué)院整個(gè)大樓，在建模之前進(jìn)行區(qū)域劃分，然后分區(qū)域分別來建模，根據(jù)CAD圖按比例進(jìn)行模型的搭建。在各個(gè)模塊建好后，將整個(gè)模型進(jìn)行合并。注意模型的面數(shù)，不能無限制使用面數(shù)，否則在合并模型后，Unity3D會(huì)帶不動(dòng)整個(gè)模型。

4.3 貼圖

模型的美觀重在貼圖，需要達(dá)到整體效果的統(tǒng)一。本系統(tǒng)中主要運(yùn)用的貼圖命令是UVW map。這種貼圖的優(yōu)點(diǎn)在于可以控制貼圖在模型上顯示的密度、長寬大小等等，操作比較方便。很多時(shí)候貼圖不能一步到位，還需要使用其他輔助的軟件加工后再賦給模型。

本文模型中的貼圖都是用數(shù)碼相機(jī)原始取得，然后在Photoshop中進(jìn)一步處理。

4.4 虛擬交互

在完成搭建虛擬場景的基礎(chǔ)上，給模型進(jìn)行貼圖，完成貼圖后就要進(jìn)行人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn)。虛擬交互功能是本文的一個(gè)重要部分，該部分主要實(shí)現(xiàn)對辦公區(qū)域、實(shí)驗(yàn)室區(qū)域、整個(gè)建筑外面的360度游覽，包括第三人稱視圖、第一人稱視圖、飛行視圖、全景視圖等多種模式的場景漫游，除了漫游功能，還要實(shí)現(xiàn)碰撞、并集成音視頻、特效等其他功能，以達(dá)到真實(shí)還原現(xiàn)實(shí)中的效果。

5 物聯(lián)網(wǎng)部分的實(shí)現(xiàn)

該模塊也是本系統(tǒng)的一個(gè)難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。在該系統(tǒng)中，利用紅外無線做了簡單的demo，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室的部分控制。采用wifi轉(zhuǎn)發(fā)紅外設(shè)備做發(fā)射器。通過電腦或者手機(jī)向紅外轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送二進(jìn)制編碼，設(shè)備將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換成紅外編碼向紅外遙控設(shè)備發(fā)送紅外控制指令。實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)控制。

6 結(jié)語

本文中的系統(tǒng)綜合了三維建模技術(shù)、虛擬漫游技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對建筑物的漫游以及交互功能，并能夠部分控制實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備。使用的開發(fā)工具有：3dsMax、Photoshop、Unity3D，實(shí)現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)室的漫游和控制。總體來說，本文中的系統(tǒng)是對三維技術(shù)在虛擬智能實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的一個(gè)有效嘗試，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，并作出了一定的實(shí)驗(yàn)效果，為智能化實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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Laboratory Roaming System Based on Virtual

Reality and Internet of Things Technology

ZHANG Juan

（Jiangsu Maritime Vocational and Technical College，Nanjing Jiangsu? 211170）

Abstract：This paper presents the laboratory roaming system design combined with the virtual reality technology and the Internet of things technology. Three-dimensional modeling， infrared communication module and other key technologies are discussed in this paper. The results of using the system show that the system is a good display of the laboratory three-dimensional roaming function. The system can implement some features of the information control. The user experience has been greatly improved. At the same time， the system also makes a useful attempt for the combination of virtual reality technology and Internet of things.

Key words：communication technology;Internet of Things technology; 3ds max; unity3D; virtual intelligent laboratory system