論Unreal Engine4引擎基礎(chǔ)上虛擬校園游覽的價(jià)值與意義

王紹壘 胡帥勇 李剛 熊越

摘 要：文章將新的Unreal Engine4引擎建設(shè)理念應(yīng)用于虛擬校園游覽建設(shè)中，并在此基礎(chǔ)上對虛擬校園游覽的經(jīng)濟(jì)、社會、技術(shù)和文化方面等進(jìn)行了綜合分析，從而探討了虛擬校園游覽在新潛力下的價(jià)值與意義。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；VR技術(shù)；校園游覽

[項(xiàng)目名稱：校園數(shù)字化展示與虛擬交互瀏覽平臺建設(shè)——以衡陽師范學(xué)院東校區(qū)為例，項(xiàng)目編號：C1710；項(xiàng)目名稱：湖南省傳統(tǒng)古鎮(zhèn)中田村VR+數(shù)字化展示。項(xiàng)目編號：?？谱諿2017]2號-16]

現(xiàn)階段對于虛擬校園游覽大部分停滯在世界上首個WebVR的語言VRML階段，VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，VRML的應(yīng)用在科技發(fā)展的今天弊端越來越突顯，一方面交互功能的擴(kuò)展為JAVA語言這使得運(yùn)行速度減慢，并且要下載各種插件之后才能用；另一方面制作繁瑣畫質(zhì)較差不能打包和編譯，估計(jì)沒有人能夠忍受VRML近乎幼稚的效果。想要虛擬校園更好地發(fā)展必須要一個能夠克服這些缺點(diǎn)的制作方式，而現(xiàn)階段Unreal Engine4引擎的出現(xiàn)為虛擬校園的繼續(xù)發(fā)展提供了新的潛力，那么在新潛力下的虛擬校園游覽的價(jià)值意義何在？

一、新理念下的虛擬校園游覽

虛擬校園游覽在技術(shù)方面為虛擬校園的發(fā)展提供新的理論依據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個階段：有聲形動態(tài)的模擬是蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)思想的第一階段（1963年以前）；虛擬現(xiàn)實(shí)萌芽為第二階段（1963-1972年）；虛擬現(xiàn)實(shí)概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段（1973-1989年）；虛擬現(xiàn)實(shí)理論進(jìn)一步的完善和應(yīng)用為第四階段（1990-2004年）。到現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也繁多，技術(shù)發(fā)展越來越快速，制作方法也由繁入簡，由開始的VRML一直發(fā)展到現(xiàn)在的Unreal Engine4引擎等。

本虛擬校園游覽拋棄了舊的VRML虛擬校園游覽的理念轉(zhuǎn)而進(jìn)入U(xiǎn)nreal Engine4引擎虛擬校園游覽理念，Unreal Engine4引擎虛擬校園游覽模式是通過程序語言和數(shù)學(xué)建模生成可執(zhí)行程序供虛擬游覽。該技術(shù)屬于虛擬化技術(shù)的一種，利用3D圖像引擎技術(shù)對現(xiàn)實(shí)世界的虛擬。利用C++程序語言基于Epic公司提供的Unreal Engine4引擎開源API重新封裝了一個3D圖像引擎并構(gòu)建一個“世界”類，該類定義了初始觀測的起點(diǎn)邏輯和面向FBX模型的兼容性模式并且派生出了一系列子類，該系列子類能編寫基于場景的操作和數(shù)據(jù)處理。并且還搭建了一個測試專用的Debug Editor IDE（Integrated Development Environment，集成開發(fā)環(huán)境），并在IDE中重新封裝了可供美工人員建模的框架和可供非編程人員使用的可視化腳本“藍(lán)圖”。將該IDE遞交給美工人員，美工人員完成場景搭建后再由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對項(xiàng)目進(jìn)行測試封裝成可運(yùn)行程序，與傳統(tǒng)的由程序員搭建場景和產(chǎn)品測試的開發(fā)模式相比具有很強(qiáng)的靈活性和高效性。

重新封裝的3D圖像引擎利用了C++語言面向?qū)ο蟮奶匦源蟠笤黾恿舜a的可重用性和運(yùn)行的效率，相比用C語言搭建或重新封裝的圖像引擎擁有更加真實(shí)的圖形計(jì)算能力。

為解決跨平臺IO流映射問題，使得不同平臺之間游覽者能使用相應(yīng)的控制器進(jìn)行場景的互動，創(chuàng)建一個虛擬控制器，使得不同平臺的控制器電氣接口對于負(fù)責(zé)場景搭建和測試的策劃人員是透明的，策劃人員只需要在IDE中編寫簡單的腳本就能創(chuàng)建虛擬場景中的可互動操作。

為加強(qiáng)程序的運(yùn)行效率和降低對計(jì)算機(jī)硬件配置的要求，應(yīng)使用異步加載和高模拓?fù)涞湍＜夹g(shù)。

高模拓?fù)涞湍Ｊ侵竿ㄟ^將具有高細(xì)節(jié)、高面數(shù)的模型按照UV展開成二維平面，然后在其基礎(chǔ)上繪制貼圖，將貼圖烘焙出來，再按照高模的細(xì)節(jié)拓?fù)涞降图?xì)節(jié)、低面數(shù)的模型中，以此將高模的計(jì)算用貼圖來替代。以本項(xiàng)目場景中所有模型總面數(shù)為例，場景中所有高細(xì)節(jié)、高面數(shù)模型超過到500000個面，每個面以單獨(dú)坐標(biāo)形式將會產(chǎn)生1500000坐標(biāo)信息。若將模型直接用于場景中，計(jì)算機(jī)將需要直接處理超過5000000個面和超過1500000坐標(biāo)信息。若將高細(xì)節(jié)、高面數(shù)模型進(jìn)行拆分、烘焙、拓?fù)涞忍幚碇竽軐⒚鏀?shù)壓縮到8000-10000。數(shù)據(jù)的壓縮效率達(dá)到90%以上，可以大大增加計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率。

異步資源加載指的是在程序加載場景資源的時(shí)候并沒有100%加載資源，而是將將要加載的資源排入資源注冊表的隊(duì)列中去。程序運(yùn)行的時(shí)候?qū)?yōu)先加載入口對象即起點(diǎn)附近的場景資源，離入口對象近的對象將會優(yōu)先排入資源注冊表的隊(duì)列中等待被加載，加載完成的對象將會被釋放等待下一次被加載，以此來實(shí)現(xiàn)增加內(nèi)存的利用率。即使場景資源量非常大，需要分塊加載，但是通過這種技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)場景資源的無縫加載并且能使場景運(yùn)行幀數(shù)穩(wěn)定在每秒25～30幀的區(qū)間內(nèi)。該技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)場景的沙盒化，使場景更加符合現(xiàn)實(shí)。

二、積極響應(yīng)政策把握主動先機(jī)

教育部在一系列相關(guān)的文件中，多次涉及虛擬校園，虛擬校園游覽是對其的積極影響。

2016年8月26日，國家發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于請組織申報(bào)“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)的通知》（以下簡稱《通知》）指出，我國要建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用國家工程實(shí)驗(yàn)室。針對我國虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)用戶體驗(yàn)不佳等問題，建設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用創(chuàng)新平臺，支撐開展內(nèi)容拍攝、數(shù)據(jù)建模、傳感器、觸覺反饋、新型顯示、圖像處理、環(huán)繞聲、（超）高清晰度高處理性能終端、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)測試等技術(shù)的研發(fā)和工程化，實(shí)現(xiàn)對行業(yè)公共服務(wù)水平的提升。申報(bào)單位需具備虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品集成研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化能力，并在體育直播、軍事、教育等領(lǐng)域取得應(yīng)用。

這一系列的社會認(rèn)可代表著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在虛擬校園游覽中是一種必然的歷史趨勢。

三、拓寬虛擬現(xiàn)實(shí)道路把握經(jīng)濟(jì)主流

虛擬校園游覽在經(jīng)濟(jì)方面拓寬虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)如今虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域猶如三國時(shí)期各種理念和產(chǎn)品層出不窮，每一種產(chǎn)品和理念的出現(xiàn)都會拓寬虛擬現(xiàn)實(shí)的道路，這條路是所有人一步一步摸索出來的，虛擬校園的出現(xiàn)也定會為虛擬現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)增加一把助力。

由上面的KZero對虛擬現(xiàn)實(shí)市場的調(diào)查預(yù)測可得知2018預(yù)測消費(fèi)虛擬現(xiàn)實(shí)的全球活躍用戶將會超過1.7億，虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)業(yè)收入也會同比增加。因此學(xué)校也應(yīng)把握主流趨勢發(fā)揮虛擬校園游覽的價(jià)值。

四、把握校園文化促進(jìn)和諧發(fā)展

虛擬校園游覽在校園文化方面具有促進(jìn)校園的和諧發(fā)展的優(yōu)勢。虛擬校園游覽對校園文化建設(shè)的促進(jìn)主要體現(xiàn)在校園精神方面的學(xué)校影響力和學(xué)校認(rèn)可度兩個方面

（一）提升學(xué)校影響力

虛擬校園游覽作為一種展示工具，可作為一個標(biāo)桿式的展示，而這種展示是一種學(xué)校實(shí)力的認(rèn)證，也就是學(xué)校信息實(shí)力的認(rèn)證，因此在同等或高等的學(xué)校當(dāng)中這種虛擬現(xiàn)實(shí)的校園展示就是一種對校園文化的展示，在內(nèi)部展現(xiàn)校園的布局風(fēng)光等，往往校園中的布局和學(xué)院文字也是此學(xué)校的校園文化的側(cè)面反映。

（二）增加學(xué)校認(rèn)可度

校園建筑和校園標(biāo)志在虛擬校園中的出現(xiàn)和展示，使不了解本校園文化的各界社會人士都會有一種初步的認(rèn)識，這也是側(cè)面對校園文化做了一種宣傳，增加了社會各界對校園的認(rèn)可度。

由于筆者知識水平的局限性以及相關(guān)材料的不足還有一些內(nèi)容未作探討，同時(shí)，許多觀點(diǎn)難免主觀、論述也不夠全面。因此，懇請各位專家批評指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]KZero.Virtual Reality Software Revenue Forecasts 2014-2018[z].www.kzero.co.uk，2014.

[2]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其發(fā)展簡史[Z].科普中國，2015-09-08.

[3]張秀梅.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)想要成主流還需跨越五個障礙[Z].騰訊數(shù)碼.2014-10-13.

[4]發(fā)改辦高技[2016]1919號.國家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于請組織申報(bào)“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域創(chuàng)新能力建設(shè)專項(xiàng)的通知.國家發(fā)展改革委辦公廳.2016-8-26.

[5]王庭照，許琦，趙微.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在特殊兒童教學(xué)與訓(xùn)練中的應(yīng)用研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2013，（03）.

[6]馬沖宇，陳堅(jiān)林.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)輔助語言教學(xué)——理論、方法與技術(shù)[J].外語電化教學(xué)，2012，（06）.

[7]王金崗.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高職實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2011，（23）.

[8]張建武，孔紅菊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電化教育研究，2010，（04）.

[9]林崇德，胡衛(wèi)平.思維型課堂教學(xué)的理論與實(shí)踐[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2010，（01）.

[10]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國科學(xué)（F輯：信息科學(xué)），2009，（01）.

作者單位：

衡陽師范學(xué)院美術(shù)學(xué)院