基于Unity 3D的校園全景漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

史悅 顧宇紅

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入“智慧校園”的研究，可以提升智慧校園的體驗(yàn)，并為學(xué)校規(guī)劃和合理應(yīng)用“智慧校園”提供一種新的支持手段。本項(xiàng)目構(gòu)建的虛擬校園漫游系統(tǒng)，具有校園的三維立體展示功能，并通過交互式查詢和信息延伸展示、校園導(dǎo)航、校園信息管理等，提升了信息交互體驗(yàn)，是學(xué)校信息資產(chǎn)三維可視化的一個(gè)重要實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：全景漫游; 智慧校園; Unity 3d

0.引言

VR/AR技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)之后的又一個(gè)信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的潮流，是在技術(shù)突破后的又一個(gè)新應(yīng)用場景，VR/AR技術(shù)融合了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)3D圖形技術(shù)、顯示技術(shù)等多種新技術(shù)手段，在三維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境，使用戶具有身臨其境的沉浸感受，虛擬現(xiàn)實(shí)（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)在2019年獲得爆發(fā)式發(fā)展，特別是在當(dāng)前疫情狀況下，很多傳統(tǒng)項(xiàng)目都移植到網(wǎng)上，各種VR/AR軟件工程師需求量暴漲1400%以上，而隨著5G技術(shù)的發(fā)展，阻礙虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)瓶頸得到突破，各種虛擬場景漫游項(xiàng)目找到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用場景，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)校園全景漫游系統(tǒng)，就具有了現(xiàn)實(shí)意義。

Unity 3D是虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）開發(fā)重要的一種開發(fā)引擎，它具有完善的技術(shù)和豐富的個(gè)性化功能，具有跨平臺的部署能力，能兼顧在PC端、蘋果端、網(wǎng)頁端、手機(jī)端和VR眼鏡等平臺進(jìn)行項(xiàng)目發(fā)布和部署，從而降低了項(xiàng)目開發(fā)人員的要求，可以是一次開發(fā)多端使用。

Unity具有豐富的插件，例如地形插件Gaia可以快速完成高精度地形外貌制作，Playmaker插件可以提供無代碼開發(fā)等功能，通過成熟插件進(jìn)行開發(fā)，能加快項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度，提升項(xiàng)目開發(fā)質(zhì)量。

本項(xiàng)目以校園全景漫游為研究對象，在完成部分DEMO案例項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于Unity的校園3D全境漫游，并獲江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目省級立項(xiàng)。

1.項(xiàng)目背景

學(xué)校已建立有比較完善的信息化校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)有智慧校園，期中為提升學(xué)校形象，方便對外宣傳學(xué)校的情況，提供有大量的校園內(nèi)教學(xué)樓、宿舍樓、食堂及實(shí)驗(yàn)樓等場館的場地圖片，但由于是照片形式，閱覽者只能獲得片面的信息，沒有全局概念。如果能采用三維校園展示的形式，可以通過鍵盤和鼠標(biāo)，在瀏覽器中展示全局的校園情況，以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)校主要道路、建筑物為虛擬空間，綜合運(yùn)用地理信息建模、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以設(shè)計(jì)開發(fā)使用虛擬漫游系統(tǒng)為目的，從理論和技術(shù)上主要解決以下問題。

（1）規(guī)劃虛擬校園漫游系統(tǒng)的需求，通過場景分析，設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能和界面，規(guī)劃路線，采集相關(guān)三維影像資料，整理相關(guān)的的場景數(shù)據(jù)和場景資料。

（2）作品的創(chuàng)新點(diǎn)，傳統(tǒng)的校園展示都是建立在二維平面圖像或視頻影像的基礎(chǔ)上，此類傳統(tǒng)表現(xiàn)形式，代入性差，全局性差，無法實(shí)現(xiàn)第一人稱的個(gè)性交互方式，而基于Unity 3D對校園場景進(jìn)行三維全景采集，能進(jìn)行三維立體、多方位、交互式展示。通過構(gòu)建的數(shù)字校園利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將真實(shí)的校園場景通過數(shù)字化模型再現(xiàn)到計(jì)算機(jī)中，用戶對所構(gòu)建的三維虛擬場景可以進(jìn)行自由漫游，并隨場景和個(gè)人操作，提供個(gè)性化的信息推送和互動(dòng)。

2.項(xiàng)目研究的目標(biāo)及主要內(nèi)容

項(xiàng)目所要構(gòu)建的虛擬校園漫游系統(tǒng)，主要是要構(gòu)架一個(gè)基于3D效果的校園環(huán)境，通過建筑物、湖泊、河流、樹木等場景，在具有虛擬校園的三維展示功能的同時(shí)，還增加了校園導(dǎo)航、校園內(nèi)信息管理及展示（校內(nèi)建筑物功能介紹）等功能。三維數(shù)字校園具有友好的用戶操作界面，用戶操作方便快速，可以用鼠標(biāo)或鍵盤實(shí)現(xiàn)三維校園虛擬場景的隨機(jī)漫游、按路徑和方向漫游等功能。通過三維數(shù)字校園可以比較直觀的了解校園的各個(gè)區(qū)域。

校園漫游可以根據(jù)用戶的選擇，自由規(guī)劃瀏覽路線，并推送相關(guān)道路和建筑的提示信息，用戶可以通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)一步查詢延伸資料，獲得更詳盡的圖片和文字信息，實(shí)現(xiàn)校園信息的3D全息展示。在這個(gè)三維的校園空間里，空間次序的視覺理解和感知變得非常容易，使瀏覽者對校園環(huán)境產(chǎn)生身臨其境的感覺。

校園的信息模塊，采用數(shù)據(jù)庫支持方式，通過數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)更新和存儲(chǔ)校內(nèi)信息，信息管理將校園內(nèi)的建筑、道路、數(shù)目的一些基本信息存放到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊、鍵入等互動(dòng)行為在相應(yīng)的位置呼出這些信息。

虛擬校園漫游系統(tǒng)具備良好友善的用戶界面，用戶可以通過操作鼠標(biāo)和鍵盤實(shí)現(xiàn)對整個(gè)場景的漫游。具體可分為兩個(gè)方面的漫游：一方面，用戶可以通過導(dǎo)航圖點(diǎn)擊想要到達(dá)的地點(diǎn)，切換到當(dāng)?shù)氐淖詣?dòng)相機(jī)視角，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漫游。另一方面，用戶可以通過點(diǎn)擊屏幕下方的按鈕切換到當(dāng)?shù)氐南鄼C(jī)視角，實(shí)現(xiàn)自由漫游。 本系統(tǒng)最大的優(yōu)勢在于它實(shí)現(xiàn)了對我校的三維立體多方位展示。

3.項(xiàng)目創(chuàng)新特色

虛擬校園漫游系統(tǒng)能展示校園風(fēng)采，提升校園形象。項(xiàng)目不僅僅能現(xiàn)實(shí)校園建筑形狀、地理形態(tài)的展現(xiàn)，而是可以提供豐富的交互信息。第一人稱漫游是指用戶通過鼠標(biāo)和鍵盤在虛擬校園中根據(jù)自己的興趣自由的行走觀看。校園漫游系統(tǒng)將校園內(nèi)的建筑功能信息等一些展示信息存放到數(shù)據(jù)庫中，用戶可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊、鍵入等互動(dòng)行為在相應(yīng)的位置呼出這些信息，并且能獲得個(gè)人所特有的信息推送模式。

4.項(xiàng)目研究技術(shù)路線

以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院主要道路、建筑物為虛擬空間，綜合運(yùn)用地理信息建模、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以設(shè)計(jì)開發(fā)使用的虛擬漫游系統(tǒng)為目的，從理論和技術(shù)上主要解決以下問題。

根據(jù)虛擬校園漫游系統(tǒng)的需要，進(jìn)行需求分析，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，采集相關(guān)的數(shù)據(jù)和資料。

通過Unity 3d動(dòng)畫引擎引入資源，開發(fā)校園虛擬環(huán)境。

通過PlayMaker插件完成漫游設(shè)計(jì)和交互信息處理。

（1）場景的采集

采用google-camera的全景照功能，完成校園場景的采集，并通過Unity軟件導(dǎo)入成3D全景。

場景采集的精度要統(tǒng)一，綜合考慮系統(tǒng)容量和圖片清晰度間的平衡，盡可能采用2的冪次方。

（2）場景的路徑規(guī)劃

根據(jù)校園主干道路，結(jié)合校園的主體建筑，規(guī)劃線路，并進(jìn)行位置坐標(biāo)數(shù)字化，對相關(guān)坐標(biāo)點(diǎn)建設(shè)資料集，整理和采集相關(guān)圖片、交互點(diǎn)、外延信息。

（3）場景的切換

通過預(yù)設(shè)場景，使用SceneManager.LoadScene（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)切換。相關(guān)代碼：

using UnityEngine.SceneManagement;

public class right ： MonoBehaviour {

public string?QianScene ;

public string?HouScene ;

public string?LeftScene ;

public string?ZhongScene ;

public string?RightScene ;

public void OnQIANClick （） {

SceneManager.LoadScene（QianScene） ;

}

public void OnHouClick （） {

SceneManager.LoadScene（HouScene） ;

}

public void OnLeftClick （） {

SceneManager.LoadScene（LeftScene） ;

}

public void OnZhongClick （） {

SceneManager.LoadScene（ZhongScene） ;

}

public void OnRightClick （） {

SceneManager.LoadScene（RightScene） ;

} }

（4）SQLite數(shù)據(jù)庫與信息場景交互

在Unity項(xiàng)目中的信息管理，可以引入小型化的SQLite數(shù)據(jù)庫，從而對校園信息進(jìn)行存儲(chǔ)和更新。通過在添加SQLite數(shù)據(jù)庫相關(guān)的三個(gè)Dll文件（Mono.Data.Sqlite.dll”、“sqlite3.dll”、“System.Data.dll），并且把三個(gè)文件都放置在Plugins文件夾下完成數(shù)據(jù)庫的部署，通過腳本調(diào)用SQL語音，對SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，完成對場景交互信息的記錄和更新操作。

結(jié)束語

本項(xiàng)目以蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院為依托，通過項(xiàng)目踐行了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)崗位需求有效銜接，提升學(xué)校計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)水平，在貫徹執(zhí)行對學(xué)生培養(yǎng)圍繞 “433”成才工程建設(shè)要求，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)崗位需求有效銜接，提升計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)水平，學(xué)校明確在政策上對雙創(chuàng)項(xiàng)目進(jìn)行政策傾斜和支持，項(xiàng)目組中的學(xué)生也都是學(xué)習(xí)認(rèn)真、動(dòng)手能力較強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生，項(xiàng)目組指導(dǎo)老師都是經(jīng)驗(yàn)豐富的教師，并曾指導(dǎo)學(xué)生參加省技能大賽獲獎(jiǎng)，項(xiàng)目順利實(shí)現(xiàn)完成推進(jìn)，達(dá)成預(yù)期建設(shè)目標(biāo)。

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[6] 劉霞 李曉華. 基于 Unity3D 的虛擬校園漫游系統(tǒng)[J] 科技視界. 2020（6）

作者簡介：

顧宇紅（1970-），蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，本科，講師，專業(yè)方向是軟硬件信息系統(tǒng)部署，虛擬現(xiàn)實(shí)與動(dòng)畫設(shè)計(jì)。2020年江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目指導(dǎo)老師。

史悅，蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院18計(jì)應(yīng)33班學(xué)生，江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃2020年立項(xiàng)項(xiàng)目“基于Unity的校園3D全境漫游”主持人。