景区虚拟漫游系统的设计与实现

景区虚拟漫游系统的设计与实现

冉文倩,王晓燕

山东协和学院 山东 济南250100

摘 要：本文将从虚拟漫游的角度出发，以旅游业为切入点，结合国内外虚拟漫游系统在云旅游方面发展现状的优缺点进行研究。以景区虚拟漫游为研究基础，基于Unity 3D软件平台，通过利用3ds Max软件的三维建模技术和Photoshop软件的贴图技术，对模型整体进行构建、添加材质贴图，利用C#脚本语言进行景区漫游系统开发。该系统不仅能够将景区各种环境风貌全方位地展示，还有较好的沉浸性和交互性，使体验者能够身临其境的在虚拟景区漫游，实现足不出户云旅游。

关键字：虚拟现实  虚拟现实技术  景区虚拟漫游  Unity3D

一、引言

随着社会经济的发展和景区建设的日益完善，旅游人数急剧增长，旅游成为现代生活的普遍休闲娱乐方式。越来越多的学者和大学开始关注虚拟旅游，相关的研究成果也雨后春笋般涌现。“国家863计划、九五计划、国家自然科学基金委、国家高新技术研究发展计划等都把虚拟现实列入为研究项目。在紧跟国际新技术同时国内一些重点校园已经积极投入到这一领域的研究工作中。”本文“景区虚拟漫游系统的设计与实现”以虚拟景区“乾文轩”为例，主要对景区中的建筑、景区房间的设计、景区地形等场景进行虚拟设计，形成虚拟场景。

二、研究对象与方法

为了深入分析虚拟现实技术在景区中的应用情况，本文以景区虚拟漫游系统为主要研究对象。在确定了研究对象之后，通过调查法、文献研究法和观察法查阅相关的文献，把握这一研究的最新动态，为后续研究奠定基础。除此之外，还学习三维建模技术、图像处理技术、虚拟漫游技术和剪辑处理技术等技术为后期的研究提供技术支持。

首先，对景区内主要的建筑进行构思，可绘制景区建筑分布的草图、整理图像，查找或绘制贴图。保证建筑模型比例在符合建筑学理论的前提下进行3D建模，同时保证模型的视觉效果不受较大影响的前提下对模型面数优化。将制作完的模型和所需的音频素材导入到Unity 3D中，通过C#脚本实现包括背景音乐、自由漫游、场景介绍等交互功能。

三、景区虚拟漫游系统的设计

在3ds Max中要想制作出场景模型，首先需要在场景中制作3D模型。比如，通过使用3ds Max内置的几何体创建立方体、球体等常见几何形体，利用多边形建模制作复杂的3D模型，利用“样条线”制作一些线形对象。

（一）三维建模

在本系统的开发过程中，场景是否逼真主要取决于建模的精细程度。景区建模用3ds Max进行。首先，根据景区的地形特点，将整个景区分为展品区和休闲生活区，并分别对每个区域的建筑进行建模。

景区的建筑物由于制作效果比较复杂，所以需要使用多边形建模。首先，创建几何体模型，将模型转换为可编辑多边形，然后细化模型，根据模型的实际情况继续细化模型。

在建模过程中，考虑到展品区和休息室提供了室内浏览功能，对这两个建筑的模型进行了分析，比较高的模型都可以采用，而其他建筑模型都采用较低的模型。模型的保真度都要通过映射来提高资源利用率。对于对称的模型可以使用“车削”修改器制作，带有花纹的模型采用复合对象建模。

（二）材质贴图

为满足产品展示场景的设计真实性和高效性要求，本系统采用3ds Max对场景建模和设计。通过材质编辑器和纹理（UV、法线、Alpha等）增加场景设计的逼真效果。对多个子模型进行组合调整获取场景模型；在舞台环境渲染中，通过区域灯光和环境场景添加效果，实现3D场景设计。

本系统通过Unity 3D菜单中Game Object的Terrain功能创建地形，用地形面板中的“笔刷”功能，在地面上绘制，根据景区场景构建湖泊和草坪。通过对细节进行处理，将地形贴图导入Add Texture菜单中，修改贴图大小，最后将地形进行渲染。

（三）灯光特效

本文采用3D模型构建场景，以及纹理映射、材质、光照计算等几种常用的渲染技术，Unity 3D引擎中的透明效果和阴影计算用于渲染场景。为了模拟更真实的景区环境，采用The lighting system inUnity3D设置自然光。通过改变照明角度，可以实现不同时间段的光照强度变化，使用户体验到更真实、更丰富的景区环境。为了实现这一交互功能，自然光旋转的x轴需要通过脚本来控制，用户可以在界面的右侧调节时间周期。

（四）场景输出

在Unity 3D场景中，点击GameObject/Export和GameObject/ExportJson菜单，将场景导出。

四、景区虚拟漫游系统的交互实现

（一）模型导入及优化

模型创建完后在Unity 3D进行拼合，以便后期交互为减少系统资源的浪费，在导入时只导入一个外形相同的模型，其他的模型在复制后调整模型位置并整合为一体，对于模型的贴图尽量使用小纹理。

（二）漫游

用户只需要点击前向和后向按钮就可以移动，并且可以通过转动头部改变方向，从而实现自主漫游。在Unity 3D中创建多个导航点，每个导航点都配备一个触发器。导航点存储在阵列中，导航坐标用来指导运动目标的视角。

（三）交互

在用户视图中，用户可以直接对菜单系统进行手动操作，并且点击菜单中的按钮实现不同的功能。

（四）碰撞检测

在虚拟场景中，当前方向的人或对象被阻止时，该人或对象必须沿正确的方向移动，而不是停止。同时，它必须足够准确和稳定，以防止人或对象穿过墙壁。

两个对象发生碰撞。若要检测碰撞信息，其中一个对象必须是Rigidbody刚体碰撞器（包括碰撞器组件和刚体组件）。碰撞信息检测脚本通常附带在带有钢铁的碰撞器。

（五）漫游视角

在游的过程中，可以通过移动摄像机来控制角色的移动。用摄像机当作第一人称视角，控制角色移动，并在场景中执行虚拟漫游。必须注意的是，摄像机的移动不得违反现实规则，如：不得随意进入墙壁或地板；要让角色控制器控制相机的运动方向，必须添加脚本来执行。第三人称视角漫游可以为角色对象添加Animator组件。

（六）渲染输出

想要得到精美的3D效果图，渲染是必不可少的一个步骤。“渲染”就是将3D对象的细节、表面的质感、场景中的灯光呈现在一张图像中的过程。

在Unity 3D编译器中，打开渲染队列。添加场景进行渲染。此时，可以找到合适的场景进行渲染。或者，添加已经打开的场景进行渲染。将做完的系统进行发布，使其确保系统能够在PC端正常运行。

五、小结

虚拟现实技术趋于成熟，虚拟现实技术应用的领域也越来越多，其优势也慢慢显现出来。与传统的图片景区漫游系统相比，虚拟现实技术的运用不仅可以在很大程度上提高用户的沉浸感，还可以促进景区的建设。

景区虚拟漫游系统不仅可以在风景如画的地方参观景区环境，为用户提供一个舒适的环境，还可以传播该地区的历史和文化，为用户提供深入探索的机会。还有许多地方可以进一步改进和发展数字可视化。

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作者简介：

冉文倩，山东济南人，本科，主要研究方向为数字媒体技术

王晓燕，山东烟台人，硕士，山东协和学院数字媒体专业教师，主要研究方向为数字媒体技术