基于Unity3D的鐘山小區虛擬漫游設計與開發

程彬

摘要：Unity3D小區漫游設計利用虛擬技術將現實建筑經行三維仿真效果處理。在最近幾年中，三維虛擬漫游技術在國內外早已有了日益增多的應用，其技術前所未有的交互性、真實建筑空間感、三維地形仿真等效果，都是傳統方式所無法比較的。在小區漫游中，人們在一個虛擬的小區環境中，用交互的方式對小區環境，建筑等進行全方位的觀察，人們可以在場景中進行任意角度，距離，精度的全面審視。該文將基于3Dmax，Unity3D等制作軟件，從模型制作，材質繪制，后期渲染，漫游效果制作等方面講解如何制作小區虛擬漫游設計。

關鍵詞：三維虛擬漫游技術；Unity3D；3Dmax；小區漫游

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0097-04

1 緒論

三維虛擬漫游技術是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界所謂虛擬就是指這些場景是完全不存在的完全，提供使用者視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬效果，讓使用者有身歷其境的感覺，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的所有事情。三維虛擬漫游技術是多種技術的綜合，包括三維計算機圖形處理技術，廣角立體顯示技術，對觀察者的頭部、眼部和手部的跟蹤技術，以及觸覺反饋、立體聲音、網絡傳輸、語音輸入輸出技術等[1]。

從整體意義上說，三維虛擬漫游技術是以新型人機對話為基礎的交互性的藝術形式，其最大優勢在于建構作品與參與者的對話，通過對話揭示意義生成的過程。而在我們日常生活中，這項技術也逐漸起著至關重要的作用，其發展前景潛力無窮[2]。

產品演示動畫通過三維數字技術的運用，省去了傳統的產品設計過程需要做出實體模型進行推敲，而通過三維模型的構建和相關動畫的演示，更加節省了模型制作以及模型材料的浪費，很大程度上減少了資源浪費[3]。

2 三維虛擬漫游相關技術

三維虛擬技術在中國起步在20世紀90年代，發展了幾年之后到1998年之后進入了一個較大的擴張時期，經過幾個時期的發展擴張，整個行業在中國市場已經初具雛形。

近幾年來，市場對于建筑設計水平和行業服務質量的要求越來越高，以前簡單的二維平面效果圖已經漸漸不能滿足市場的需要。因此，從業人員和各個企業公司也從以前的單一二維效果圖向三維模型，虛擬漫游的空間展示上轉變思路，已求更高層次的發展。在設備應用上，也不斷引進國外先進技術來支撐日益增多的用戶需求。三維虛擬技術隨著數字設備的不斷升級通入實際應用，數字技術的不斷更新完善，三維虛擬技術從三維信息獲取，建模方式，以及技術應用都有了飛速發展。

2.1 3Dmax建模軟件

3D Studio Max，常簡稱為3ds Max或MAX，是Discreet公司開發的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。自從1996年由Kinetix推出3ds Max1.0版本，3ds Max的前進步伐就一直都沒有停止過，并在隨后的2.5和3.0版本中3ds Max的模型功能等被慢慢完善起來，并將當時主流的技術也包含了進去，比如增加了被稱為工業標準的NURBS模型方式。[4]其中的3ds Max3.1版是一個非常優秀的版本，其卓越的穩定性和穩定的功能性致使現在還有一部分人還在使用此版本。

2.2 Unity3D虛擬開發軟件

Unity3D是一款強大的跨平臺的綜合3D游戲制作引擎，可以使人們輕松地制作和發布在Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows phone 8和Android等多平臺的強大跨平臺性的功能。Unity3D可以實現三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內容。

2.3 Vray燈光軟件

VRay是由Chaosgroup和Asgvis公司出品的一款專業的圖片和動畫渲染軟件，也是世界目前最流行的一款渲染軟件，除了對各種三維模型進行高品質的渲染效果以外，VRay也同樣可以提供獨立的渲染程序，也方便了人們的各種圖片影像的渲染要求[5]。

3 三維虛擬技術流程設計

3.1 三維虛擬技術項目流程

三維虛擬漫游的技術流程和制作思路對于整個三維虛擬漫游作品來說都是至關重要的，只有在選擇好制作思路和流程的條件下才可以順利地進行整個作品的制作。目前，三維虛擬漫游的制作思路大概分為手動自主漫游類型和采用攝像機的自動漫游兩種形式的制作思路。手動漫游形式的優點是可以根據不同市場和人群的需求自行調節所需要展現的效果。而自動漫游形式則是可以精準簡潔的展示出整個場景的環境，大小，亮點和制作思路等信息。方便人們更快的了解到大致的漫游作品的信息。本次虛擬漫游的制作主要是針對制作攝像機自主漫游的效果與實現[6]。

3.2 三維虛擬技術的設計思路

三維虛擬技術在設計之初就要考慮到現實中的場景和虛擬技術如何結合的問題，在虛擬制作過程中，首先要對整個場景有個大致的輪廓了解，例如：整個場景建筑的大小，布局，比例；整個場景的燈光設置以及，材質的制作；具體的建模思路是整個三維虛擬技術的關鍵所在。因為在制作過程中整個系統要同時計算建筑模型的面數，復雜燈光的效果，以及龐大的材質貼圖。所以在制作過程中要盡量使得整個場景得到最大的優化，例如：合理利用紋理效果；最大化的精簡模型面數；將一些場景內的模型用簡單的幾何模型替代。做好整體的優化才能保證整個設計的順利流暢顯示和完整的展現設計作品。其大致制作流程如圖1所示。

3.3 三維虛擬技術建模思路

在了解完整的三維虛擬技術的設計思路之后就可以開始建模的工作了。我們要將我們準備好的場景素材或是小區圖紙進行場景建模，建模的總思路就是要將整個場景盡量完整有效的展現出來。所以在制作場景模型是需要注意以下的制作方法：endprint

1） 建模時候盡量要壓縮面數，如果制作方法不當導致面數很龐大，對計算機CUP的運算壓力很大，導致整個場景運行緩慢

2） 因為Unity3D軟件的特性，在建模時盡量使用三邊面，如果過多的四邊面會導致導入Unity3D時導致軟件對于面的讀取出錯，模糊，鋸齒等不良效果

3） 在制作時場景建筑個數不能過多，數量過多同樣也會使計算機承載巨大的運算壓力整個場景運行，加載，下載等功能不能良好實現。

4） 三維場景的建筑密度同樣也要處理的均勻。如果建筑模型密度不均勻也會造成整個場景運行速度過慢[7]。

3.4 三維虛擬技術燈光設置

三維虛擬技術的燈光對于整個設計作品來說也是至關重要的，一個好的燈光效果可以使整個設計作品的真實感和視覺效果得到巨大的提升。不過良好的燈光材質效果的制作是個復雜的工作，需要用到各種不同的材質球和貼圖。不同的材質球的參數和設置都是不同的，所以對于材質球的整理命名是相當重要的。同時考慮到場景的優化盡量使用JPG、TGA等格式的圖片貼圖。在燈光調整時也需要掌握好場景跟燈光的搭配，使場景更加真實自然[8]。

4 三維虛擬漫游的實現過程

4.1 三維建筑場景模型制作

三維虛擬漫游的前期制作的第一步就是三維建筑模型的制作，也是整個設計的最基礎的部分，建筑模型的品質好壞也直接影響了漫游的效果。本次課題的小區漫游作品的建筑模型制作軟件是3Dmax。首先是進入3Dmax軟件調整部分參數，目的就是為了調整軟件最開始所有物體的單位為毫米。這個基本的參數調整之后就可以開始進行模型的制作了。在制作小區漫游時，建模首先要了解建筑的比例大小，建筑構造等參數，以便更好的建造出真實的建筑模型。我們在找好參照的建筑模型的圖紙，圖像素材資料可以是場景的頂面圖片和圖紙或者將整個場景導入CAD中講整個場景的分布用二維圖片的形式顯示并且導入到3dmax中，以便之后的場景制作更加規范真實。之后打開軟件，就可以對真實的建筑進行整體創建和三維建模[9]。整個場景除了主樓還有一些附屬的樓群，在制作時與主樓制作方法一樣。

小區內還附屬有游樂設施，對于整個小區的規劃和建設以及亮點的效果都是舉足輕重的。

同樣的方法將整個樓層鏡像復制并對照參考圖片的位置將樓層擺放到相應位置，將所有建筑賦予相應的材質球之后整個小區大概就能呈現出來了[10]。

4.2 場景材質制作

首先在設置整個場景的材質參數時，與專門的室內設計方法不同，室外小區建筑的材質的設置不用將參數設置很高，這樣既有整個小區的真實感也不會因為設置參數過多過大影響整個場景的渲染運行速度。

在整個場景中主要使用的是Vray渲染器，操作方法就是為不同的建筑場景賦予不同的材質效果即可，而主要的工作就是制作和編輯材質。

在整個場景的材質制作過程中，需要將所選圖片在photo shop軟件中經行處理制作。場景所需要的大致貼圖部分大概有墻體，道路，綠化等地方[11]。

之后可以選定該材質效果點擊“確定”就可以為效果賦予材質效果，同理可以為整個場景的地面和其他建筑物體賦予材質。不同的場景物體需要制作和賦予不同的材質效果以及設置不同的材質參數來達到表現不同的想效果。[12]比如在制作磚墻時我們需要制作所需要的貼圖，為場景建筑賦予材質效果。

同樣，在制作墻面貼圖時同樣需要在PS中制作相應的貼圖賦予物體。 地面的制作需要注意賦予上相應的地面材質球，場景的整體建筑群和地面效果制作如效果圖4地面效果。

4.3 場景燈光制作

對于整個場景的燈光制作，3dmax里可以制作包括燈光、聚光燈效果、mental ray、天光與物理燈光、太陽光和日光等燈光效果。它們在設置時都可以共享不同效果的參數。在本設計項目里主要采用標準的燈光效果[13]。

在三維虛擬漫游的制作過程中燈光的設置同樣很重要，設置燈光時使用白天的效果，在實現過程中燈光需要有三個基本光源才可以達到白天的效果，即主光源，補光源和輔助光源三種類型[16]。表現建筑效果的燈光效果有Target Spot（目標聚光燈），Free Spot（自由聚光燈），Target Direct（自由平行光），Omin（泛光燈）等。在本次場景制作可以利用Unity3D中的燈光設置對場景進行燈光的設置。因為燈光的設置是參照現實燈光效果設置的，所以對于整個場景的燈光效果來說更具有真實性。整個設計的理念是要體現小區的朝氣健康等理念的就需要設置成陽光明媚的效果，并且設置成相應的天空球和燈光效果。為了體現古代著名景觀景區內場景這時的燈光設置就需要設置成相對偏冷的色調和天空球來體現景區的不同環境效果。如果需要體現房地產樓盤的整體效果，就需要加入一些特效效果來表現建成效果。由于本次課題設計的是小區漫游效果是普通的展示效果，所以場景的燈光不需要設置特別的燈光效果這也保證了場景的運行速度[14]。設置效燈光果如圖5燈光設置所示。

5 三維漫游的實現

5.1 進入Unity3D創建漫游

將做好的3dmax模型文件導出為FBX格式的文件，FBX的文件是3dmax和Unity3D相互轉換的一種文件格式[15]。導出的文件如圖6 FBX文件。

在Unity3D中新建一個工程文件命名為“New Unity Project”主場景命名為“zhuchangjin”，新建另一個GUI界面，命名為“zhuyemian”。

5.2 GUI界面設置

首先，在PS軟件中制作一張1024*768的主頁面背景圖片，圖片格式為JPG，命名為“beijing”，并保存在工程目錄下。在Unity3D的界面中新建一個場景為GUI界面的場景命名為“zhuyemian”，之后打開已經建好的場景，為其添加GUIButton.js腳本語言，為三維漫游創建GUI界面并將其拖入到已經建好的場景“zhuyemian”中。 之后制作場景GUI界面的退出按鈕，同樣的方法，為場景添加GUIButton.js腳本語言，之后將JS代碼拖動到場景中。這個代碼可以實現由場景漫游到退出的跳轉功能[16]。endprint

5.3 自動虛擬漫游實現

自動虛擬漫游的實現過程：

在Unity3D中要實現自主漫游的功能，可以下載Unity3D動畫制作插件iTween。iTween是一款基于Unity3D中的動畫數據庫，iTween插件可以實現動畫，旋轉，移動，褪色，上色，控制音頻等等效果。

在導入iTween插件之后，可以在Unity3D中菜單欄里的Component中找到iTween插件，并且在Component→Scripts中可以查看到iTween插件的三個屬性選擇。

為場景制作路徑動畫，在Unity3D中的“zhuchangjing”FBX文件中，利用iTween插件制作路徑。

在選中建好的“zhuchangjing”文件中選擇Component下的Scripts命令，之后執行ITweenPath命令。添加完成之后就可以在Inspector視圖中查看到ITweenPath屬性。并且命名為“zhichangjing path”。PathColor為路徑線的顏色，在面板里添加紅色，以便更好的觀看制作效果[17]。

NodeCount為路徑的關鍵點數量可以設置一到十各個不同的數量，之后選擇Node命令為每個關鍵點坐標。這個路徑就是自動漫游的攝像機移動的路徑。之后界面內將NodeCount的值改為10，這個數值的是設置攝像機的移動速度。最后設置關鍵點的坐標。在Scene視圖中直接拖動每個點的坐標顯示調整路徑的線路[18]。其效果如圖8路徑效果。

在繪制好路徑之后，需要建立一個CUBE作為要運動的物體命名為player。選擇我們新建的player然后點擊菜單欄的Component→iTween→iTweenEvent。

選擇Path-〉firstpath，在往下勾選Time，時間設置為30；勾選easetype設置為linear設置為勻速。設置好之后攝像機就可以按照繪制好的路徑開始移動了。其設置頁面如圖9路徑界面。

6 三維漫游展示

整個漫游場景進入的功能分布為兩個個部分，分別為“進入漫游”， “退出”，兩個頁面組成。其效果如圖10漫游界面。

點擊“進入漫游”按鈕就可以按照場景制作時的預定漫游的攝像機路徑，進入小區進行漫游瀏覽。進入之后可以看到場景內所有的樓房，道路，兒童游樂設施等元素。整個小區效果可以全部顯示在計算機上。對整個小區的結構，環境以及整體效果有一個整體的了解。漫游場景會自主瀏覽直到整個場景漫游結束。最后點擊“退出”按鈕可以退出漫游展示。

參考文獻：

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