基于Unity3d技术的三维数字校园系统研究

基于Unity3d技术的三维数字校园系统研究摘要：近年来，随着虚拟现实技术的发展，三维数字校园系统成为高校校园建设的新方向，利用3dsmax，unity3d及其他相关软件技术，实现数字校园的三维漫游、交互操作和信息查询等系统功能，借助于移动互联网技术，实现校园文化的网络延伸，使其成为学校展示和宣传的电子名片。

关键词：三维数字校园 unity3d 移动互联网
中图分类号：tp391.41 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）012-080-02
1三维数字校园的概念与建设意义
数字校园是继数字地球、数字城市后提出的概念，它是一种集数字化、信息化、可视化等多种技术为一体的计算机管理应用系统。

三维数字校园系统功能强大，不仅能直观展示校园风情风貌，还能通过极具沉浸感的交互体验产生身临其境的感觉，在强调体验经济的今天，其应用领域相当广泛且高效。

其中，校园文化的建设、招生就业的宣传、学校软实力的展示、教学科研的管理、校园安全保障等领域都能发挥其积极的作用，对大学的可持续发展具有重要意义。

2三维数字校园系统功能设计
随着互联网技术飞速发展，在构建三维数字校园系统的过程，技术路线方案、平台和引擎的选择都有了更大的空间。

新技术层出
不穷，甚至有些技术方案还没有大量应用就被社会所淘汰，因此在系统的设计中，其功能架构决定了其应用的深度与广度。

（1）该系统需具备三维互动漫游功能，使体验者能自由的徜徉于美丽的校园环境中；视窗能进行平移、放大、缩小、旋转等基本的交互操作。

（2）用户可以选择校园内感兴趣的景点，虚拟相机能迅速定位到该处位置；同时需具备信息的模糊查询功能。

例如新生入学，他们对校园的大多数生活和教学设施还不熟悉，在输入关键词“食堂”，各风味食堂和相关的介绍应该能及时呈现出来，根据功能对各类信息也应分门别类，重要的建筑物做成兴趣点，录入相关属性，方便用户直接访问，并具有双向查询功能，满足日常需要。

随着移动互联网技术的普及，手机和平板电脑等智能移动终端设备成为获取信息的重要部分，三维数字校园系统还应具备跨平台应用特性，能在智能手机和平板电脑上运行应用，扩大其应用范围和传播影响力。

3数字校园系统的实现
3.1平台的选择
虚拟现实技术的进步日新月异，各种虚拟现实软件、语言大量涌现出来，在丰富了选择度的同时也为我们提出了新的挑战。

传统方法主要利用三维图形程序接口软件结合面向对象的可视化编程
工具来开发。

但是传统方法的缺陷也是显而易见的，其软件的开发
周期长、工作量大、投资大且数据兼容性差，开发的成果只能依赖于磁盘、光盘来发布，难以在互联网上发布，更不用说各种智能移动终端，因而其发布范围受到大大限制。

基于此，选择合适的工具与平台对于三维数字校园系统的建设显得尤为重要。

本系统采用unity technologies开发unity3d平台，该平台是一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。

其具有广阔的应用开发前景，具备独有的核心优势——跨平台，无客户端，交互性，强大脚本，高速渲染，大型场景支持，在线控制等。

3.2 三维可视化技术
三维数字校园系统需建立在三维可视化的基础之上，要实现此目的，应构建三维虚拟场景，以下阐述其主要步骤：
（1）基础数据的采集与整理。

基本数据包括校区的总平图，对路网、水系、绿地、建筑物等要素的矢量化，地形、地物顶面、立面、剖面的纹理采集，各地物要素的属性信息的提取与建库。

（2）模型的创建。

模型构建的流程为素材采集→模型制作→贴图制作→展uv坐标→灯光渲染测试→场景烘培→场景调整导出。

利用收集的基础数据，包括矢量数据和纹理资源数据，利用
3dsmax软件，进行三维数字化建模，纹理映射。

其中三维数字化建模是整个数字校园系统的基础，也是重点和难点，制作的模型效果将直接影响场景的运行效率和真实感。

在所有要素的三维模型建立完成之后，就可以对整体进行合并，优化场景为导入引擎平台做测试。

本系统采用了unity3d引擎，其对模型的要求有严格的限制。

三维数字模型所包含的基本内容，如场景尺寸、单位，模型归类命名，纹理坐标、纹理尺寸、等必须符合制作规范。

在模型创建的过程中应注意以下几点：
（1）删除场景中多余的面，对于在相机内看不见的面需删除，此操作能极大的提高贴图利用率，降低整个场景的多边形数量，提高交互场景的响应速度；
（2）模型面与面之间不宜贴得太近，否则会出现两个面交替出现的闪烁现象；
（3）尽量使用关联复制技术。

关联复制出的物体在资源的消耗上和一个物体差不多；
（4）模型的级别与lod技术，也就是模型的精细程度，建模时要根据建筑所处的具体位置，重要程度对该建筑进行判断，应建成何种精度的仿真模型。

通过上述的流程，把校区内的相关元素构建为三维数字化模型，为下一步的交互设计做准备。

3.3交互设计
把通过3dsmax构建好的数字校园模型导出成.fbx格式，然后再导入到unity3d平台中，根据提供的交互行为模块，进行交互设置；也可以根据不同的功能要求进行程序脚本的编写。

交互模块主要功能包括自主漫游方式下的摄像机控制、碰撞检测、路径选择下的摄像机机控制等，通过添加重力场，实现上楼和爬坡等功能，设置环境灯光，并对整个环境进行气氛的渲染，如添加天空球，环境特效等，以及用户界面设计。

此外，还可以通过多种手段来丰富交互体验，如添加合适的背景音乐，对重点区域的介绍匹配解说词，通过文字、图片和视频等多媒体手段全方位、多角度地展示校园场景，并实现地理位置的模糊查询、用户添加注释和评论等交互性操作。

4结论
本文阐述了三维数字校园系统的设计方法与实现手段，能够表现极具真实感和沉浸感展示校园场景和大量属性信息，让用户产生身临其境的震撼。

随着移动互联网规模的扩大与产业的迅速发展，智能跨平台终端的普及，大大增强了三维数字校园系统的应用范围。

该系统的实施能够在校园文化的建设、招生就业的宣传、高效品牌建设、教学科研的管理、校园安全保障等领域都能发挥其积极的作用，对大学的可持续发展具有重要的现实意义。

参考文献：
[1] 李保杰，于法展，李战成.基于opengl虚拟校园漫游系统的设计与实现[j].苏州科技学院学报，2006（19）.
[2] 李芳，肖洪.三维数字校园的设计与实现[j].系统仿真技术，2010（01）.
[3] 李建军，李钊原.虚拟校园系统关键技术研究[j].无线电工程，2010（03）.。