展館漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文

　　摘 要：本系統(tǒng)以電子技術(shù)系展館為真實(shí)藍(lán)本，通過建模軟件Autodek 3ds max實(shí)現(xiàn)整體三維場(chǎng)景模型搭建及三維交互軟件Unity3d實(shí)現(xiàn)漫游交互模塊的開發(fā)設(shè)計(jì)，該虛擬漫游系統(tǒng)的功能完全符合實(shí)際參觀教學(xué)需求，能夠?yàn)樘摂M場(chǎng)景攝像機(jī)添加腳本文件實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)景第一視角漫游交互功能。

　　關(guān)鍵詞：

　　關(guān)鍵詞：展館漫游;模塊構(gòu)建;警史館

　　虛擬漫游，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)重要分支，它能夠使表達(dá)內(nèi)容直觀形象，用戶可以通過與系統(tǒng)的人機(jī)交互，身臨其近地感受到操作場(chǎng)景互動(dòng)逼真。筆者以武警工程大學(xué)電子技術(shù)系展館為藍(lán)本，將虛擬建筑場(chǎng)景建模和虛擬漫游技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在虛擬展館中。

　　1 基礎(chǔ)模塊構(gòu)建

　　參照真實(shí)警史館藍(lán)本只有一個(gè)房間，主要使用基礎(chǔ)幾何體進(jìn)行建模。

　　2.1 虛擬警史館側(cè)墻構(gòu)建

　　在該警史館三維模型中，側(cè)墻模型雖是一個(gè)不規(guī)則的幾何體，但可以在基礎(chǔ)幾何體建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定變換操作來進(jìn)行創(chuàng)建。通過多邊形幾何體的“連接”和“擠出”兩種功能的交互使用，生成側(cè)墻側(cè)面的物品架模型，從而完成虛擬警史館側(cè)墻模型的搭建，見圖1。

　　圖1 側(cè)墻模型

　　2.2 虛擬警史館展柜構(gòu)建

　　警史館展柜是一個(gè)不規(guī)則的組合幾何體，分為玻璃罩、柜門、側(cè)板和底面四個(gè)部分，其基本構(gòu)建方法是先通過基礎(chǔ)幾何體建模方法創(chuàng)建展柜的板材模型，并把每個(gè)板材轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形，之后再對(duì)每塊板材進(jìn)行修改變換，最后將所有板材模型組合在一起形成展柜模型，見圖2。

　　圖2 展柜模型

　　2.3 添加材質(zhì)和燈光渲染

　　3ds max自帶強(qiáng)大的材質(zhì)和燈光渲染系統(tǒng)，可為用戶提供豐富的材質(zhì)和燈光效果。在展館基礎(chǔ)模型搭建完成后，要通過軟件的材質(zhì)編輯器功能為場(chǎng)景中的模型附加材質(zhì)和燈光，見圖3。

　　圖3 通過材質(zhì)編輯器添加地板材質(zhì)

　　3 交互模塊實(shí)現(xiàn)

　　展館建模完成后，需要在Unity3d軟件中實(shí)現(xiàn)虛擬警史館的漫游交互功能。

　　3.1 添加腳本文件實(shí)現(xiàn)漫游功能

　　為場(chǎng)景攝像機(jī)添加腳本文件，可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景攝像機(jī)具有隨著鍵盤控制鍵左右旋轉(zhuǎn)和前后移動(dòng)的功能，從而使場(chǎng)景在運(yùn)行時(shí)具有第一視角觀察的效果，并可以通過鍵盤的控制使人的虛擬視角在場(chǎng)景中移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，通過這些操作可以使用戶更方便的了解場(chǎng)景中的內(nèi)容，見圖4。

　　圖4 實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景攝像機(jī)交互功能

　　3.2 添加剛體和碰撞檢測(cè)組件實(shí)現(xiàn)防穿功能

　　為防止漫游時(shí)攝像機(jī)穿過場(chǎng)景對(duì)象產(chǎn)生失去視角的現(xiàn)象，使用戶造成不便，所以要通過添加一定的組件消除這一問題。

　　通過為該選擇對(duì)象添加了剛體組件，修改場(chǎng)景中的虛擬物體的屬性使其具備物理實(shí)體的質(zhì)量、重力、彈性等等特性，增大對(duì)象的移動(dòng)阻力，防止場(chǎng)景對(duì)象在發(fā)生碰撞后因?yàn)閺椥耘鲎舶l(fā)生位移。同時(shí)，選擇離散碰撞檢測(cè)選項(xiàng)，該屬性可控制避免高速運(yùn)動(dòng)的對(duì)象穿過其他的對(duì)象而未發(fā)生碰撞。最后，凍結(jié)x和y軸位置，使對(duì)象在選中的軸向上的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)無效。這樣，就不會(huì)在碰撞后發(fā)生彈性位移現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)防止穿過的功能。

　　4 結(jié) 語

　　本系統(tǒng)以電子技術(shù)系展館為真實(shí)藍(lán)本，通過建模軟件Autodek 3ds max實(shí)現(xiàn)整體三維場(chǎng)景模型搭建，以及三維交互軟件Unity3d實(shí)現(xiàn)漫游交互模塊的開發(fā)設(shè)計(jì)，該虛擬漫游系統(tǒng)的功能完全符合實(shí)際參觀教學(xué)需求，能夠?yàn)樘摂M場(chǎng)景攝像機(jī)添加腳本文件實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)景第一視角漫游交互功能。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]高尚宇.基于GIS的“數(shù)字校園”信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東科技大學(xué),2005.

　　基金項(xiàng)目：電子技術(shù)系教員趙一澤基金，國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(61402530)。

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