基于Unity3D的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建

劉海艷 陸映峰

【摘要】虛擬地理環(huán)境是基于虛擬技術(shù)而出現(xiàn)的一種全新內(nèi)容，其本身能夠有效的模擬實(shí)際的景物，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際景物的模擬操作。這種情況下，虛擬地理環(huán)境構(gòu)建就能夠幫助很多行業(yè)實(shí)現(xiàn)之前不可能完成的任何。例如在建筑行業(yè)，可以通過(guò)虛擬地理環(huán)境的構(gòu)建，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的高度模擬，從而添加建筑等，來(lái)進(jìn)行完整的視圖。但是目前來(lái)看，我國(guó)的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建存在的問(wèn)題非常嚴(yán)重，其主要的構(gòu)建的地理環(huán)境和實(shí)際偏差過(guò)大，導(dǎo)致難以滿足使用的需求。則本文將從基于Unity3D的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建方法入手，全面的展開(kāi)基于Unity3D的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建探究。

【關(guān)鍵詞】Unity3D技術(shù)? 虛擬地理環(huán)境構(gòu)建? 虛擬環(huán)境生成

一、基于Unity3D的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建方法

Unity3D是一種全新的技術(shù)，這種技術(shù)的特點(diǎn)就是具有更加精密的計(jì)算引擎，能夠?qū)崿F(xiàn)更多維度的計(jì)算。但是這種計(jì)算應(yīng)該是基于現(xiàn)實(shí)而出現(xiàn)的，或者說(shuō)是基于現(xiàn)實(shí)規(guī)則而出現(xiàn)的，所以在使用Unity3D技術(shù)的使用，需要在其中導(dǎo)入相關(guān)的算式，這樣才能塑造出更加真實(shí)的內(nèi)容。目前來(lái)看，我國(guó)的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建方法之中，并不能有效的進(jìn)行Unity3D技術(shù)的全面應(yīng)用，主要是對(duì)相關(guān)的構(gòu)建方法不夠了解，為了更好的改變這種情況，所以本文提出具體的構(gòu)建方法：

（一）基本構(gòu)建步驟

根據(jù)Unity3D仿真平臺(tái)的特點(diǎn)，基于Unity3D的虛擬環(huán)境生成過(guò)程可以簡(jiǎn)化為以下幾個(gè)步驟。按照先后順便分別是地形地物素材準(zhǔn)備、基本環(huán)境生成及修理、紋理貼圖、道路巷道設(shè)置、樹木植被疊加、地表植被疊加和地形細(xì)節(jié)設(shè)置等步驟。

（二）構(gòu)建優(yōu)化方法

虛擬環(huán)境生成方法中所謂的優(yōu)化包含2個(gè)方面：一是對(duì)地形生成先后順序的優(yōu)化，二是對(duì)各步驟所需素材及輔助工具的優(yōu)化。從本質(zhì)上講，都是環(huán)境生成的必要環(huán)節(jié)，沒(méi)有先后順序之分。但考慮到地形和地物建模的方便性和Unity3D場(chǎng)景的特點(diǎn)，通常按照“從下到上、從小到大、從疏到密、從點(diǎn)到面”的原則進(jìn)行。地表紋理處理最底層，制作優(yōu)先度高，其次是巷道溝渠，然后是建筑。從高度上講，它們往往處于地表之下或緊貼地表或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作的優(yōu)先度是在灌木和植被之上。輔助工具優(yōu)化表現(xiàn)在右側(cè)方框中，結(jié)合U-nity3D平臺(tái)的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，描述了各步驟實(shí)現(xiàn)的輔助工具和支持方法。輔助工具優(yōu)化中，既有Unity3D內(nèi)部制作的優(yōu)化方法，也有外部的插件或文件的引用。

二、虛擬環(huán)境生成關(guān)鍵技術(shù)

（一）基本地形地貌的生成方法

Unity3D的地形制作有兩種類型：一是利用Terrain工具，在SceneView中使用heighttools直接繪制地形高程;二是利用外部工作制作的高度圖heightmaps，然后利用unit的ImportHeightmap-Raw導(dǎo)入高度圖的方式生成具有高程的地形。第一種方法采用手工直接繪制地形，適合小面積、比較簡(jiǎn)單的地形制作，地形可以隨心所欲地制作。第二種方法，利用與實(shí)際高程基本一致的高度圖間接生成地形，適合大面積、較復(fù)雜的地形制作。

為了增加真實(shí)性和美觀度，虛擬環(huán)境的地表紋理進(jìn)行兩方面處理，一是在地表添加精度較高的衛(wèi)星照片貼圖，使起伏的地貌上展現(xiàn)地形原貌，達(dá)到總體視覺(jué)逼真的效果。二是針對(duì)局部地表特性，在地表添加細(xì)節(jié)不同類型的地表貼圖，達(dá)到局部視覺(jué)逼真的效果。由于使用3dsMax制作的三維模型不是為虛擬現(xiàn)實(shí)軟件專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)格式，因此在制作過(guò)程中需要進(jìn)行優(yōu)化處理，包括兩個(gè)方面模型規(guī)范及烘焙處理：一是模型規(guī)范原則。減少多邊形的數(shù)量，在場(chǎng)景中盡量使用數(shù)量少的三角形，如果場(chǎng)景中有10000個(gè)左右的多邊形，許多PC就不能很好地處理，也不能維持最低的能接受的幀率。在設(shè)計(jì)各規(guī)劃場(chǎng)景時(shí)就應(yīng)該充分考慮這個(gè)現(xiàn)實(shí)。外部引用技術(shù)，外部引用的技術(shù)可以讓用戶把其他模型的數(shù)據(jù)庫(kù)引用到當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且可以在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中重新定位。通過(guò)外部，可以有效降低模型數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模，節(jié)省內(nèi)存空間和存儲(chǔ)空間，方便建模操作，提高系統(tǒng)資源的利用率。實(shí)例化技術(shù)，實(shí)例化技術(shù)是一種減少幾何體數(shù)量的方法。二是紋理烘培。紋理烘培技術(shù)目前已經(jīng)成為虛擬現(xiàn)實(shí)制作中廣泛使用的一種方法，成為不增加表面多邊形數(shù)目的情況下提高圖像真實(shí)感的一種最為有效的方法，特點(diǎn)是在三維制作軟件中將光影效果渲染到材質(zhì)上，然后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行環(huán)境中，不用重新燈光設(shè)置就可以產(chǎn)生真實(shí)感光影效果。

（二）道路交通設(shè)置

道路交通具有彎曲多變、形狀不定的特性，其構(gòu)建方式有：①通過(guò)地表貼圖的方式設(shè)置道路，該方式適用于構(gòu)建不規(guī)則的碎石路、鄉(xiāng)間小路等。②通過(guò)專業(yè)的插件如EasyRoad3D和RoadPathTool等Unity插件工具，能保證距離較長(zhǎng)地、道路較好地緊貼在地面。

（三）樹木植被設(shè)置

一般情況下，環(huán)境的地面會(huì)被大量的樹木和灌木等植被所覆蓋，應(yīng)該在地理環(huán)境植被的表現(xiàn)形式上力求準(zhǔn)確和真實(shí)。所謂準(zhǔn)確，是指植物種類、植物覆蓋的范圍、植物疏密程度、植物生長(zhǎng)的高度等基本屬性，應(yīng)該與實(shí)際地形相一致。對(duì)于大范圍的環(huán)境，可以通過(guò)衛(wèi)星照片等其他資料作為參考。利用Unity3D自帶的種植樹工具可以完成，植被一般只呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，一種是夏天的豐茂，有綠樹、草皮，一種是冬天的凋零、枯黃狀態(tài)。

三、總結(jié)

綜上所述，虛擬地理環(huán)境構(gòu)建是當(dāng)前最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容，其主要的原因是當(dāng)前的人類社會(huì)發(fā)展迅速，城市的用地等已經(jīng)出現(xiàn)飽和的狀態(tài)，想要進(jìn)一步的進(jìn)行城市的規(guī)劃，那么就需要精密的計(jì)算城市的各項(xiàng)內(nèi)容。所以需要進(jìn)行虛擬地理環(huán)境的構(gòu)建，從而模擬整體的城市狀況，這樣可以更好的了解到城市的具體細(xì)節(jié)，在相應(yīng)策劃的過(guò)程中，可以更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的整體規(guī)劃，這樣才能真正的做到城市的合理規(guī)劃。當(dāng)然，虛擬地理環(huán)境的構(gòu)建不僅僅只有這一項(xiàng)作用，其在其他領(lǐng)域的作用也非常的明顯，因此，這是當(dāng)前的核心發(fā)展內(nèi)容之一。在目前來(lái)看，我國(guó)的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建工作中，開(kāi)始逐漸的融入U(xiǎn)nity3D技術(shù)，這樣可以保證其構(gòu)建的內(nèi)容更加的真實(shí)。但Unity3D技術(shù)屬于全新的技術(shù)內(nèi)容，想要確保其更好的發(fā)揮效果，還是需要按照實(shí)際的情況入手。這種情況下，本文提出了上述內(nèi)容，詳細(xì)的闡述了Unity3D技術(shù)如何在虛擬地理環(huán)境構(gòu)建的工作中應(yīng)用，希望我國(guó)的相關(guān)工作人員可以謹(jǐn)慎的參考其中的內(nèi)容。

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