基于unity3d 的室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游

沈忠杰

桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，通過對真實(shí)環(huán)境的模擬讓使用者對未來項(xiàng)目的具體情況有了深入理解。目前在家居設(shè)計(jì)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，當(dāng)下平面圖結(jié)合效果圖的表現(xiàn)方法隨著時(shí)間的發(fā)展已經(jīng)不能滿足業(yè)主高端的需求，業(yè)主更希望能有一個好的交互系統(tǒng)，能夠提供一個逼真的環(huán)境來展示未來房子裝修的效果。Unity3D軟件在這樣的環(huán)境下被應(yīng)用是非常合適的，Unity3D 是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎，Unity3D 結(jié)合3DMax 或者M(jìn)aya軟件就能夠輕松的實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的虛擬現(xiàn)實(shí)漫游。

一、室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游關(guān)鍵技術(shù)

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開發(fā)流程

室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程依次是項(xiàng)目分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試、修改等若干個步驟。項(xiàng)目制作流程主要分為三部分：（1）創(chuàng)建室內(nèi)場景3D 模型（2）將模型導(dǎo)入到Unity3D 中進(jìn)行材質(zhì)和燈光調(diào)整（3）通過編寫C#腳本，實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境間的互動。第一部分的主要工作是利用3DMAX 軟件進(jìn)行模型創(chuàng)建，同時(shí)將模型的UV 拆開，盡可能的節(jié)省UV 空間。第二部分的主要工作是在Unity3D 中將模型導(dǎo)入進(jìn)行材質(zhì)調(diào)整以及燈光的調(diào)整。第三部分利用腳本將模型與Unity3D 鏈接起來，能夠完成用戶和系統(tǒng)之間的交互。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)流程主要包含以下幾個方面：3DMAX 模型制作，UV 展開，模型貼圖繪制，導(dǎo)入模型，材質(zhì)和燈光調(diào)整，編寫互動腳本，交互測試等幾個部分。

（二）關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

在室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)開發(fā)中3DAMX 模型制作要控制面的數(shù)量以及面的布線，在建模中不允許出現(xiàn)大于四邊面的面，UV 展開在繪制貼圖時(shí)貼圖最好用一整張。Unity3D中光照貼圖的計(jì)算利用進(jìn)而采用PowerVR Ray Tracing 和Enlighten 的結(jié)合進(jìn)行光照貼圖計(jì)算，兩者無縫的拼接起來，最終保證在畫面上面不會有任何的走樣效果。在Unity3D 中實(shí)現(xiàn)交互，利用C#進(jìn)行腳本編寫，然后將腳本鏈接到相機(jī)上或者鏈接到角色上。

1.相機(jī)運(yùn)動控制方法

用戶可以利用“W”、“S”、“A”、“DT”鍵控制相機(jī)在場景中向前、向后、向左、向右運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)相機(jī)的虛擬漫游，同時(shí)也可以鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)來控制攝影機(jī)的觀察角度。我們編寫相機(jī)控制腳本，然后將腳本鏈接到相應(yīng)的攝影機(jī)，以下是相機(jī)運(yùn)動的代碼片段。

2.碰撞檢測

在Unity3D 中，通常利用碰撞器來檢測對象間是否發(fā)生碰撞。Unity3D 中內(nèi)建的碰撞器有多種類型，我們可以為物體添加碰撞器進(jìn)行測試物體間的碰撞效果，我們在測試中要注意碰撞發(fā)生的條件及因素，在Unity3D 中能夠檢測碰撞發(fā)生的方式主要有兩種，一種是利用碰撞器，另一種是利用觸發(fā)器。完成物體碰撞實(shí)現(xiàn)的步驟如下：（1）為需要進(jìn)行碰撞檢測的對象添加規(guī)則的長方體碰撞或球體碰撞；修改碰撞體的相應(yīng)屬性，確保能夠?qū)z測對象完全包圍住；將長方體碰撞或球體碰撞的觸發(fā)屬性設(shè)置為開，這樣表示要檢測的對象碰撞有效。（2）編寫碰撞腳本，然后將其指定給待檢測對象，代碼片段如下。

3.燈光烘焙

燈光烘焙技術(shù)利用Light Mapping（光照貼圖技術(shù)）來烘焙物體，這是一種增強(qiáng)場景光照效果的技術(shù)，當(dāng)我們把物體放進(jìn)場景中，引擎就會計(jì)算光線，光線照到物體表面形成反光和陰影，一般有兩種情況：當(dāng)不烘焙物體時(shí)，游戲運(yùn)行時(shí)，反光和陰影都是由顯卡和CPU 計(jì)算出來的；當(dāng)烘焙物體時(shí)，反光和陰影都會記錄到模型中，變成新的貼圖，游戲運(yùn)行時(shí)，顯卡和CPU 不需要對環(huán)境光進(jìn)行運(yùn)算，正好大大節(jié)約了CPU 的資源。燈光烘焙具體操作如下：（1）首先創(chuàng)建一個天空盒，將天空盒賦予材質(zhì)（2）創(chuàng)建反射探頭，將反射屬性調(diào)整為環(huán)境幀，環(huán)境就可以跟隨物體而產(chǎn)生運(yùn)動，然后再調(diào)整燈光探頭組將燈光效果也跟隨到物體的運(yùn)動。燈光烘焙代碼片段如下：

二、室內(nèi)漫游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（一）模型及貼圖細(xì)節(jié)控制

在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程中，模型要還原真實(shí)場景，建模中我們采用1：1 的建模流程。同時(shí)注重模型的整體布線結(jié)構(gòu)以及平滑原理及方法，將場景中交叉看不到的模型刪除。建模中合理優(yōu)化面的數(shù)量，在場景中需要特寫的部分我們需要比較高數(shù)量的面來完成。不需要特寫的部分例如：窗戶上的格子，以及衣柜上的雕花，還有電視背景墻上的花紋細(xì)節(jié)都可以用貼圖來實(shí)現(xiàn)。貼圖中按照UV 展開的方法進(jìn)行貼圖，這樣可以節(jié)省貼圖數(shù)量同時(shí)方便燈光烘焙，貼圖在繪制過程中注意光影和明暗關(guān)系的處理，不要出現(xiàn)過多色塊的部分，在烘焙中會影響到燈光效果。

（二）界面及功能設(shè)計(jì)

在Unity3d 中對整體界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們可以采用UGUI組件進(jìn)行頁面布局，UGUI 中區(qū)域?yàn)g覽能讓用戶直接到達(dá)指定的瀏覽區(qū)包括游戲窗口、文本窗口、輸入框、按鈕、貼圖框等。整體的技術(shù)要點(diǎn)是繪制一個Canvas 畫布，將所有需要排列的按鈕及內(nèi)容呈現(xiàn)在畫布上，按鈕觸發(fā)事件方式有多種，例如：依靠屬性面板綁定物體然后找到物體腳本上的方法觸發(fā)，還有是用純代碼的方式進(jìn)行觸發(fā)事件發(fā)生。UGUI 優(yōu)點(diǎn)是高效、快速、同時(shí)可視化效果好。

（三）交互性設(shè)計(jì)

Unity3D 利用腳本添加來實(shí)現(xiàn)用戶與環(huán)境間的互動，在開發(fā)中主要用C#來編寫腳本，將編寫好的腳本鏈接到要控制的對象上。在Unity3D 中內(nèi)置了物理引擎，可以利用實(shí)現(xiàn)自然現(xiàn)象的模擬，也可以利用剛體來模擬對象之間的碰撞。環(huán)境漫游通過利用鍵盤和鼠標(biāo)控制相機(jī)的運(yùn)動來完成。用戶可以通過第一人稱視角對環(huán)境的漫游、瀏覽，如果在開發(fā)中想讓相機(jī)自由的漫游可以通過加載CameraPath 插件來完成，相機(jī)可以沿著指定的路徑進(jìn)行場景漫游，在漫游中可以通過觸發(fā)器來觸發(fā)燈光和聲音效果。

三、結(jié)束語

本文以3Dmax 為建模工具，利用Unity3D 游戲引擎，結(jié)合C#腳本語言開發(fā)了室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)，在系統(tǒng)開發(fā)過程中嚴(yán)格按照流程化的方式進(jìn)行，前期建模階段按照建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，后期材質(zhì)的烘焙，腳本的編寫及鏈接到對象都是難點(diǎn)，是我們重點(diǎn)把握的部分。本系統(tǒng)的開發(fā)流程不僅僅使用于室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)，也適合其他的系統(tǒng)。例如：建筑漫游系統(tǒng)，景觀漫游系統(tǒng)等都可以借鑒本文的方法。