基于Unity3D的虛擬校史館的研究與開(kāi)發(fā)

高文銘

摘? 要：Unity3D作為一款專(zhuān)業(yè)的跨平臺(tái)游戲引擎，它使開(kāi)發(fā)者只需做少量的工作就可以將作品發(fā)布到不同的平臺(tái)。它在游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、模擬仿真等領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，使它受到越來(lái)越多開(kāi)發(fā)者的青睞。該文以基于Unity3D平臺(tái)的虛擬校史館開(kāi)發(fā)為例，從項(xiàng)目前期策劃、三維模型制作、平面UI制作、Unity美工制作、Unity交互制作、作品發(fā)布6個(gè)方面，詳細(xì)闡述虛擬現(xiàn)實(shí)展館項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程和方法。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)? Unity3D軟件? 虛擬校史館? 開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2020）12（b）-0041-03

Abstract： Unity3D， as a professional cross platform game engine， allows developers to publish their works to different platforms with only a small amount of work. Its outstanding performance in games， virtual reality， augmented reality， simulation and other fields makes it more and more popular among developers. Taking the development of virtual school history museum based on Unity3D platform as an example， this paper elaborates the process and method of virtual reality Pavilion project development from six aspects： Project pre planning， 3D model making， plane UI production， unity art production， unity interactive production and work release.

Key Words： Virtual Reality Technology; Unity3D software; Virtual School History Museum; Development

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成的模擬環(huán)境，所以用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的場(chǎng)景和人物都是虛擬的，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最大的突破是全新的“渲染感”，它強(qiáng)調(diào)的是體驗(yàn)者的“臨場(chǎng)感”。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，包括以下幾種形式：一是模擬真實(shí)世界中的環(huán)境。這種真實(shí)環(huán)境可以是已經(jīng)存在的，也可以是已經(jīng)設(shè)計(jì)好但還沒(méi)有建成的，或者是曾經(jīng)存在但現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生變化、消失或者受到破壞的。例如地理環(huán)境、建筑場(chǎng)館、文物古跡等。二是人類(lèi)主觀構(gòu)造的環(huán)境。此環(huán)境完全是虛構(gòu)的，是用戶(hù)可以參與，并與之進(jìn)行交互的非真實(shí)世界。例如影視制作中的科幻場(chǎng)景，電子游戲中三維虛擬世界。三是模仿真實(shí)世界中人類(lèi)不可見(jiàn)的環(huán)境。這種環(huán)境是真實(shí)環(huán)境，是客觀存在的，但是受到人類(lèi)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)器官的限制，不能感應(yīng)到。例如分子的結(jié)構(gòu)，空氣中的速度、溫度、壓力的分布等。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，也是因?yàn)槠溆泻芏嗵赜械膬?yōu)勢(shì)，以虛擬展館為例，一是它有高仿真度，通過(guò)真實(shí)資料采集，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建三維模型，科學(xué)合理地規(guī)劃展館布局，使其符合實(shí)際，并且不受客觀條件限制;二是低成本性，借助電腦虛擬仿真建設(shè)，所有工作只需在電腦中完成，成本和周期更容易把握;三是操作簡(jiǎn)單，高互動(dòng)電腦游戲形式，更容易被掌握應(yīng)用。采用主流的三維游戲操作方法，第一人稱(chēng)視角觀看，適合各類(lèi)人群。通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的路線，操作提示等體驗(yàn)者可以輕松地完成各種操作;四是便于調(diào)整，根據(jù)需求，使用軟件可以快速調(diào)整內(nèi)容，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行豐富。

1? 基于Unity3D的虛擬校史館的開(kāi)發(fā)

虛擬展館項(xiàng)目開(kāi)發(fā)可以分為項(xiàng)目前期策劃、三維模型制作、平面UI制作、Unity美工制作、Unity交互制作、作品發(fā)布6個(gè)環(huán)節(jié)。下面以長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬校史館開(kāi)發(fā)為例，詳細(xì)介紹下虛擬展館項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程和方法。具體如圖1所示。

1.1 項(xiàng)目前期策劃

通過(guò)實(shí)地考察、上網(wǎng)搜集、電話(huà)訪談等多種途徑，收集校史館資料，結(jié)合一般校史館主題專(zhuān)欄和自身特色主題，長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬校史館設(shè)置了“職校整合宏圖初繪”“匠心育人春華秋實(shí)”“專(zhuān)業(yè)建設(shè)成效顯著”“技能名師率先垂范”“理實(shí)一體知行合一”“生生不息桃李天下”“鑄誠(chéng)精藝以文化人”“國(guó)際視野廣泛交流”“筑夢(mèng)前行續(xù)寫(xiě)華章”9個(gè)主題展廳。在確定主題后，對(duì)收集的素材進(jìn)行篩選、整理。與研發(fā)人員一起討論各展廳中的內(nèi)容，分別編寫(xiě)三維腳本、平面腳本和程序腳本。

在三維腳本中需要體現(xiàn)的內(nèi)容有：根據(jù)主題，給出展館風(fēng)格參考;給出展館中的文字、圖片內(nèi)容及位置;給出展館中視頻的位置;給出展館中展品的樣子、尺寸及擺放的位置，明確寫(xiě)出是否有交互、動(dòng)畫(huà);給出展館中場(chǎng)景還原的樣子、尺寸及擺放的位置，明確寫(xiě)出是否有動(dòng)畫(huà)，在每個(gè)展廳中，寫(xiě)清具體的內(nèi)容，包含圖文、視頻、展品、場(chǎng)景還原。這樣，三維人員就可以根據(jù)每個(gè)廳中圖文和視頻的內(nèi)容確定展板的大小及位置，根據(jù)展板、展品和場(chǎng)景還原確定每個(gè)展廳的大小。在平面腳本中需要體現(xiàn)全部的文字和圖片內(nèi)容;展館中的UI。在程序腳本中需要體現(xiàn)展館運(yùn)行方式是VR/PC的;哪些內(nèi)容可以進(jìn)行交互、如何交互的等。

最后，由開(kāi)發(fā)人員評(píng)估項(xiàng)目工作量，制定項(xiàng)目周期。

1.2 三維模型制作

使用三維軟件，制作模型。包括展館建筑模型、展臺(tái)、展板、展品等所有三維模型。以使用3ds Max軟件制作模型為例，在制作過(guò)程中要注意與Unity軟件的銜接問(wèn)題及后面交互設(shè)計(jì)時(shí)的需要。一是注意單位問(wèn)題，Unity中使用的單位是米。二是注意導(dǎo)出前的模型檢查與整理。所有模型各自中心點(diǎn)要居中;所有模型的縮放比例應(yīng)為100%，存在有縮放的模型時(shí)，要為模型添加“重置變換”命令，并進(jìn)行塌陷操作。三是注意控制模型的面數(shù)。在能滿(mǎn)足表現(xiàn)需求的情況下，能用低模表現(xiàn)的模型，盡量采用低模。為了提高低模的表現(xiàn)效果，可以使用烘焙技術(shù)，通過(guò)法線貼圖、凹凸貼圖等使低模表現(xiàn)出高模的細(xì)節(jié);通過(guò)刪除模型中不可見(jiàn)的面、使用貼圖表現(xiàn)模型等方式優(yōu)化模型，將模型面數(shù)控制在要求范圍內(nèi)。

以長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬校史館為例，三維模型創(chuàng)建主要包括展廳框架模型、展板模型、入口石碑模型等。

1.3 平面UI制作

平面UI制作包括展板貼圖制作、所有模型紋理貼圖制作、各種按鈕圖標(biāo)、系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)等所有涉及平面領(lǐng)域的圖形圖案及紋理制作。制作紋理貼圖使用較多的是Substance Painter軟件，它是一款專(zhuān)業(yè)的3D繪畫(huà)軟件，由粒子繪制和材質(zhì)繪制兩大功能組成，它擁有真實(shí)的物理引擎和豐富的Sbsar格式材質(zhì)包，能夠制作非常真實(shí)的紋理效果，可以制作包括法線貼圖、凹凸貼圖、高光貼圖、金屬貼圖、AO貼圖等各種紋理貼圖。另一款進(jìn)行平面UI制作時(shí)使用最多的軟件就是Photoshop，使用Photoshop可以完成各種界面UI、展板、按鈕圖標(biāo)等各種平面圖案設(shè)計(jì)與制作。兩款軟件配合使用基本可以達(dá)到項(xiàng)目平面UI制作要求。

以長(zhǎng)春職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬校史館為例，平面UI制作主要包括各種展板貼圖制作、材質(zhì)紋理貼圖制作等。

1.4 Unity美工制作

模型制作完成后，由三維軟件導(dǎo)出，以資源的形式導(dǎo)入U(xiǎn)nity后，首先要檢查所有模型的位置、大小、方向等，將場(chǎng)景及所有物品擺放好。注意，如果模型在三維軟件中已經(jīng)編輯過(guò)材質(zhì)并賦予過(guò)紋理貼圖，在導(dǎo)入模型前，要先將其紋理貼圖導(dǎo)入U(xiǎn)nity，這樣導(dǎo)入模型后的紋理才能正常顯示。

Unity美工制作是指將所有資源導(dǎo)入U(xiǎn)nity后，進(jìn)行的材質(zhì)編輯、布光和反射探針設(shè)置等。檢查所有模型的材質(zhì)和紋理貼圖，逐一進(jìn)行編輯和調(diào)整。在Unity中布光時(shí)，可以使用方向光，模擬自然光，照亮整個(gè)場(chǎng)景;使用聚光燈制作墻壁的射燈;使用區(qū)域光制作各種燈帶光、窗口射入光。在布光時(shí)注意與時(shí)段、環(huán)境色相符，注意光影關(guān)系。添加反射探針，當(dāng)場(chǎng)景比較大時(shí)，可以分區(qū)域添加反射探針，因?yàn)樘砑臃瓷涮结樣?jì)算量較大，對(duì)機(jī)器配置要求較高，所以建議在加反射探針前，注意保存文件。添加反射探針，生成照明，烘焙出正確的光影及反射效果，完成虛擬場(chǎng)景制作。

1.5 Unity交互制作

Unity交互制作包括第一人稱(chēng)視角游覽、各種物品交互及場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)等交互的制作。在制作第一人稱(chēng)視角游覽前，先要為模型添加碰撞體。在Unity中常用的碰撞體類(lèi)型有Box Collider、Sphere Collider、Capsule Collider、Mesh Collider4種，其中Box Collider形狀是立方體形的，用于包裹類(lèi)似“立方體”的模型，比如盒子、箱子、門(mén)、房子等;Sphere Collider形狀是球形的，用于包裹類(lèi)似“球形”的模型;Capsule Collider形狀是膠囊狀，用于包裹“膠囊形”的模型;Mesh Collider網(wǎng)格碰撞體，用于包裹復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型。雖然Mesh Collider對(duì)復(fù)雜模型包裹效果最好，但由于其面數(shù)多，占用資源多，所以，在能滿(mǎn)足需求情況下要減少使用量。設(shè)置完碰撞體后就可以導(dǎo)入U(xiǎn)nity官方資源包中的角色資源包，將第一人稱(chēng)角色控制器FPSController放入場(chǎng)景中，禁用新建場(chǎng)景時(shí)默認(rèn)的攝像機(jī)，測(cè)試游覽效果。

物品交互需要編寫(xiě)腳本實(shí)現(xiàn)，Unity早期版本與MonoDevelop捆綁發(fā)行，支持C#、JavaScript、Boo這3種腳本語(yǔ)言，自Unity 2018.1開(kāi)始不再捆綁也不再支持使用MonoDevelop進(jìn)行開(kāi)發(fā)，Unity腳本編寫(xiě)需要使用Visual Studio軟件C#語(yǔ)言。在虛擬展館中的物品交互可以設(shè)置展板上的圖片放大、展品放大、播放視頻/動(dòng)畫(huà)、翻書(shū)效果、將展品720度旋轉(zhuǎn)查看等，交互方式可以設(shè)置為鼠標(biāo)單擊、鼠標(biāo)雙擊、設(shè)置交互區(qū)域，當(dāng)游覽者進(jìn)入該區(qū)域時(shí)實(shí)現(xiàn)交互等。除此之外，還可以設(shè)置語(yǔ)音講解、場(chǎng)景跳轉(zhuǎn)等，為用戶(hù)提供身臨其境的真實(shí)體驗(yàn)。

1.6 作品發(fā)布

作品發(fā)布前首先要進(jìn)行發(fā)布設(shè)置，在發(fā)布設(shè)置對(duì)話(huà)框中添加發(fā)布的場(chǎng)景、選擇發(fā)布的平臺(tái)、進(jìn)行玩家設(shè)置，發(fā)布作品。發(fā)布的作品會(huì)存放在設(shè)置的文件夾中，文件夾中除了.exe的應(yīng)用程序文件外，還會(huì)有一些其他的數(shù)據(jù)文件或文件夾，在使用時(shí)，要一起使用，才能正常運(yùn)行。

2? 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育、醫(yī)療、娛樂(lè)、軍事、旅游等眾多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備及軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步，它給人們帶來(lái)的全新體驗(yàn)，也吸引著越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，投入虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品研發(fā)中，相信虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用會(huì)給生產(chǎn)、生活帶來(lái)更多的實(shí)用價(jià)值。

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