基于unity3d的校園導航系統（一等獎）

北京化工大學第八屆“萌芽杯”參賽作品—B類作品名稱：基于unity3D的三維虛擬校園指導教師：趙琪負責人：程勝聯系方式：2013年6月3日團隊成員及指導老師介紹指導老師介紹：姓名趙琪所屬學院信息學院職稱研究方向團隊成員介紹：姓名程勝所屬學院信息學院專業(yè)計算機專業(yè)班級計科1105姓名李濤濤所屬學院信息學院專業(yè)計算機專業(yè)班級計科1105姓名朱豪所屬學院信息學院專業(yè)計算機專業(yè)班級計科1105姓名張世琛所屬學院信息學院專業(yè)計算機專業(yè)班級計科1105姓名倪晨所屬學院信息學院專業(yè)計算機專業(yè)班級計科1105目錄前言 4第一章Unity平臺簡介 16第二章作品的想法和前期討論 5第2.1節(jié)討論做什么樣的作品 5第2.2節(jié)想法和現實的差距 5第2.3節(jié)制定我們作品的計劃 6第2.4節(jié)作品的成形 6第三章作品制作的過程 8第3.1節(jié)3D建模 8第3.2節(jié)導入unity平臺與功能制作 9第3.3節(jié)后期修飾與測試 10第四章作品展示 11第4.1節(jié)作品的功能 11第4.2節(jié)作品中存在的問題 13第五章主要改進和創(chuàng)新點 14參考文獻 15致謝 15前言隨著計算機技術的發(fā)展，校園信息化建設也快速發(fā)展，而虛擬校園是校園信息化建設的重要組成部分。傳統的數字校園都是建立在二維平面地圖和影像地圖的基礎上，已經不能滿足校園對外招生宣傳，校園導航，校園信息化管理的新一代的需求，三維校園數字校園系統將是大勢所趨。結合我校實際，考慮到以下幾點：（1）隨著高校擴招的步伐不斷加快，各高校對生源的爭奪也日益激烈。而數字三維校園系統在對外宣傳，形象宣傳，吸引優(yōu)生資源方面起到了不可或缺的作用。目前有些高校已經建立起自己的三維校園，作為首都211高校，如果我們有自己的三維校園，將對我們的招生與對外宣傳起到重要作用，也將使我們的校園信息化建設更上一層樓。（2）目前我校正在籌建新校區(qū)，一所新校區(qū)籌建完成后最重要的便是新校區(qū)的宣傳，以便讓更多的人了解我們的新校區(qū)。采用何種宣傳手段將直接影響宣傳效果。目前世界信息化程度日益加深，采用數字信息這一手段借助互聯網能在最短時間內實現最大范圍乃至世界范圍內實現快速有效的宣傳。 因此我們組討論再三，決定將課題定為三維虛擬校園的研究。同時在做的過程中，通過體驗別的高校的三維校園，發(fā)現許多可以改進的地方，在加入我們自己的一些想法，我們決定在此基礎上進行改進與二次創(chuàng)新，做出我們自己的特色。主要改進與創(chuàng)新點將在第四章詳述。Unity3D平臺簡介內容簡介：Unity3D是由UnityTechnologies開發(fā)的一個讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫等類型互動內容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具，是一個全面整合的專業(yè)游戲引擎。Unity類似于Director,Blendergameengine,Virtools或TorqueGameBuilder等利用交互的圖型化開發(fā)環(huán)境為首要方式的軟件其編輯器運行在Windows和MacOSX下，可發(fā)布游戲至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平臺。也可以利用Unitywebplayer插件發(fā)布網頁游戲[1]手機游戲[2]，支持Mac和Windows的網頁瀏覽。它的網頁播放器也被Macwidgets所支持HYPERLINK編輯本段特色介紹（1）綜合編輯通過Unity簡單的用戶界面，玩家可以完成任何工作。這些為玩家節(jié)省了大量的時間。（2）圖形動力Unity對DirectX和OpenGL擁有高度優(yōu)化的圖形渲染管道。（3）資源導入Unity支持所有主要文件格式，并能和大部分相關應用程序協同工作。（4）一鍵部署Unity可以讓玩家的作品在多平臺呈現。（5）Wii的發(fā)布Unity讓業(yè)界最流行的游戲平臺軟件更容易開發(fā)。（6）iPhone發(fā)布Unity讓革命性的游戲開發(fā)降臨革命性的設備。（7）著色器Unity的著色器系統整合了易用性、靈活性和高性能。（8）地形低端硬件亦可流暢運行廣闊茂盛的植被景觀。（9）聯網從單人游戲到全實時多人游戲。（10）物理特效Unity內置的NVIDIA®PhysX®物理引擎帶給玩家生活的互動。音頻和視頻[3]（11）實時三維圖形混合音頻流、視頻流。腳本（12）Unity支持3種腳本語言：JavaScript，C#，Boo。（13）Unity資源服務器Unity資源服務器是一個附加的包括版本控制的產品。（14）光影Unity提供了具有柔和陰影與烘焙lightmaps的高度完善的光影渲染系統。（15）文檔Unity為玩家提供逐步的指導、文檔和實例方案。第二章作品的想法和前期討論第2.1節(jié)討論做什么樣的作品我們5個人，在開始討論的時候就在想我們到底要做什么的樣的類型的作品。我們能做成什么樣的作品，我們的水平夠做成什么樣。我們不知道我們的方向是什么樣的，因此我們用頭腦風暴的方法開始了最初的探索。使用頭腦風暴法是有科學依據的?！邦^腦風暴法”也稱集智法，是美國人奧斯本在20世紀30年代末創(chuàng)造的。其哲學基礎是弗洛伊德主義，即非理性想法。參會者必須嚴格遵守四條規(guī)則：（1）自由設想（2）不許評論（3）追求數量（4）引申綜合在這種方法的運用下，能充分發(fā)揮集體的智慧，共同努力，相互啟發(fā)，通過追求想法的數量來篩檢出最有創(chuàng)意最符合要求的靈感想法。最終我們聯系校園實際，思慮再三終于確定了做一個我們學校三維虛擬校園的導航系統這一最初想法。參考了很多其他的大學的導航系統我們覺得我們可以做成一個類似于RGP游戲的第一視角的程序。做我們學校的自己的三維虛擬校園。對于我們的程序，我們開始很迷茫的都不知道怎么去做。在趙琪老師的提點下，我們就一點點地做了起來。我們做的校園導航系統是基于現實中真實的建筑來建立我們的模型?；趗nity平臺，我們開始了建立我們的模型和我們的基本功能。我們開始了做自己的功能。第2.2節(jié)想法和現實的差距我們開始制作我們的自己學校的導航計劃，并且想要給學校一點貢獻，做出我們一點努力?？墒俏覀冊跍蕚涞臅r候發(fā)現我們做的所有東西都是新的。新的程序，新的語言，新的運用方法和新的思路，都是我們要學習的，所有的東西我們都不懂，都要從零開始，從無做起。對于我們的建模我們的開始了我們新的學習。我們3個同學學習建模，做模型。2個同學學習怎么做程序。然后我們就開始了我們的新作品的計劃。第一個問題就是3D模型的建立，這個是一個大的問題，我們不是工業(yè)設計專業(yè)，對于美學沒有辦法。第二就是unity的使用，全新的軟件，全新的思路，這都是我們要考慮的問題。全新的制作的方法和不一樣的設計思路。第三是c#的腳本設計。對于每一個小的細節(jié)我們也要去做到設計，去寫出一個小的算法和一個新的程序。第四是整合的問題，我們不知道怎么去做。出來了之后還有很多的bug。第2.3節(jié)制定我們作品的計劃寒假的時候就開始學習的計劃。我們學習了3Dmax，unity和c#的使用。每個人都有不同的分工，程勝，張世琛，朱豪學習了3Dmax和c#的使用。李濤濤和倪晨學習了unity和c#的使用。作品開始于3月份，我們基本是有時間就去做一點，每個人都在努力的去做到最好，每一個細節(jié)都要想做到最好。模型做好在4月份，于是我們開始在unity平臺開始運作了，然后在c#上開始寫小的腳本，整合的問題于是在程序完整的運行和我們的所有的腳本運動有很多的bug，要去調試和重新開始寫。每天都花一點時間去做這個事情。所有的都是新的，我們都是一個挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)自己的學習和制作能力。第2.4節(jié)作品的成形我們的作品漸漸的成形了，就像自己的孩子出生了，開始有了生命了。程序的完成在5月初，我們進行了很多的調試，還是有很多的問題我們就要慢慢的調試，慢慢的去解決。一個好的程序成形，需要很多程序員的測試，我們就在不停的測試，不停的測試我們自己寫出來的程序。很多問題要解決和我們已經通過了努力解決了很多的問題。還存在的問題的我們要努力的解決。第三章作品制作的過程第3.1節(jié)3D建模第一步，學校的建筑的模型，大建筑全部的模型和一些小的建筑模型，先用高像素的手機拍照下來，然后用3DMAX軟件去做3D模型［1］。第二步，刪選我們要用的可用的照片和我們需要的從網上下的教程。教程：3dsMax2012中文版效果圖制作標準教程。第三步，開始建立模型［2］，小組成員每人分到一部分學校的建筑進行建模，選用可用的照片開始做。(建筑模型與實物原形對比見圖2-1)第四步，整合到一起，做成一個整體的3D的文件。遇到的問題與解決方法：1.小組成員分工建模，沒有統一的建模標準，會導致最終難以整合到一起我們先畫了一張學校的2D平面圖［3］，通過百度地圖的衛(wèi)星視圖來確定各個建筑比例大小與整體作品的架構。這樣每人都在這張平面圖的相應模塊建模，以保證最后可以整合成功。2．由于最初對3Dmax不是特別精通，導致建模過程中忽略了對材質和貼圖的使用，以至于導入到Unity中的建筑沒有顏色，以及其他部分的缺失，后來請教趙琪老師，用材質和貼圖解決了這個問題。圖3-1建筑模型與實物原形的對比第3.2節(jié)導入unity平臺與功能制作第一步，將所建模型從3DMAX中導出FBX格式文件，然后先導入3D做的模型［4］。第二步，逐個功能開始做，編寫腳本實現功能調試成功后然后進行下一個功能的設計。第三步，生成程序，并導出其他格式執(zhí)行文件以實現跨平臺運行。遇到的問題與解決方法：（1）導入模型時發(fā)現所建模型太大，面數太多以至于導不進去，上網查了一下了解到原來是我們建模時使用的面數太多，超出了unity3d的支持范圍，unity3d支持的面數為幾千，而我們組的朱豪同學一個人所建的主教面數就已上萬，實在導不進去。為此我們的工程好長一段時間就因為這個問題而沒有什么進展。后來利用互聯網資源在網上提問得到了答復(見圖2-3)，減少面數，最有效的便是適當利用貼圖，我們得到啟發(fā)，將我們某些的模型截圖成具有同樣立體感的照片貼上，構成自己的建筑，效果立竿見影,很快這個問題解決了。（2）工程的決定性轉機——平臺的選擇［5］其實平臺的選擇我們也走了一些彎路。最初因為我們有一些C#基礎，同時在VS中的XNA平臺有用C#語言編寫過2D和3D的游戲的經歷，所以最初的功能是在微軟的VS2010上的XNA平臺制作，可是到后來發(fā)現XNA很多東西都需要自己去編寫，特別是一個碰撞檢測算法實在感覺很是復雜，感覺像是在做底層，這違背了我們的初衷，因為我們在這些別人早已實現的功能上不想浪費太大的精力，我們想在自己的改進和創(chuàng)新的地方多下功夫，實現作品的意義，而不是去簡單的復制。因此我們覺得要是有一個更方便的平臺就好了。我們的指導老師趙老師了解情況后給我們介紹了Unity3D平臺，并作了基本的功能演示，我們很是興奮，馬上組織一些人開始找教程進行學習，發(fā)現Unity的功能很是強大，一些基本的功能都被包裝好了，非常適合開發(fā)者，省去了不必要的大量的耗時的工作。在Unity平臺下，我們通過寫腳本實現一個個功能，最終形成了我們的作品。3-3網上提問解決問題第3.3節(jié)后期修飾與測試作品大致成型后，我們繼續(xù)做一些后期的修飾，以保證作品的完整性，友好性，和可用性。這一階段主要使用Photoshop，和unity3d自帶的花草等預設對虛擬校園的道路，天空與花草等進行進一步的充實與渲染，豐富校園場景。同時我們注重作品的實用性，我們都在不同的系統中，不同的電腦下，進行了很多的測試，出現的問題我們都在一一的解決。對于作品，我們是第一次做，很多的問題都沒有想到，這對于我們的制作造成了很大的困擾。我們遇到了困難，我們一起解決，一起的去面對。第四章作品展示第4.1節(jié)作品的功能運行程序初始進入“自由視野模式”（左上角有顯示），會環(huán)繞學校一周自動展現校園整體概貌，動態(tài)效果自由展示，這是我們的一大創(chuàng)新點：圖4-1自由模式點擊“漫游模式”結束“自由視野模式”進入“漫游模式”（左上角有顯示），圖4-2進入漫游模式此時可實現人機交互，手動操作漫游校園，逼真模仿漫游的過程，具體功能如下：①上下左右鍵可實現人物行走，空格實現人物跳躍（可用于爬坡）；②左鍵單擊建筑可顯示建筑名稱③搜索功能a.輸入一個建筑名稱，可定位到該建筑旁，并面向該建筑；b.支持模糊搜索，別名搜索：如搜清露園，可搜“清露園”，“清露園食堂”，“餐廳”，“食堂”等均可；例如：搜“階教”和“階梯教室”效果圖如下：圖4-3搜“階教”效果圖c.搜索框除用鼠標點擊按鈕開始搜索外，可實現回車確定；④點擊界面上自由模式和漫游模式的選項按鈕，可實現自由模式和漫游模式間的相互切換（3）已用unity3d導出網頁版的執(zhí)行文件，并運行成功。同時unity3d支持導出.apk格式，目前已導出成功，原則上可實現跨平臺運行，手機，平板上都可以使用，但目前尚未嘗試成功。第4.2節(jié)作品中存在的問題由于我們是初步探索，技術尚不成熟，作品中還存在一些問題，主要如下：1.定位不是很準確：使用unity搜索定位時，目前我們還只能停留在建筑附近，不能停在指定位置，如該建筑的正門等。2.我們對于電腦的配置要求也比較高，有些配置差的電腦運行起來會比較卡，有時候也會未響應。3．我們對建筑的細節(jié)做的不夠精致，與專業(yè)的建模相比相對粗糙了些。第五章主要改進和創(chuàng)新點目前已有一部分高校，如“清華大學”，“哈爾濱工業(yè)大學”等高校的都已建立起自己的三維虛擬校園，我們的三維校園除了實現了基本的漫游功能外，還做了如下的改進。先進性與創(chuàng)新點：（1）傳統的校園展示都是建立在二維平面圖片以及視頻影像的基礎上的，這顯然已經不能適應新時代校園的展示。本系統集二維平面地圖和三維場景于一體，是用戶能對校園場景有一個更為直觀、清晰的認識，用戶可以通過漫游瀏覽校園各個學區(qū)，能產生身臨其境的感覺，相比傳統的平面地圖的二維展示效果更加具有科學性和先進性。（2）除了漫游模式外，我們增加了自由視野模式，即無需使用者操作，自動環(huán)繞校園四周進行全方位的動態(tài)的展示，使人能夠體驗到在高空飛行狀態(tài)下俯瞰校園的視覺感受，這是一般漫游系統所不具備的。（3）已實現跨平臺運行，目前已導出網頁格式執(zhí)行文件并運行良好，今后可將其做到網頁上去。另外，unity支持導出.apk格式，目前我們已導出成功，原則上可以在Android系統上運行，這樣以后可在手機平板等終端使用，這又是我們的一大優(yōu)勢。使用價值：（1）目前我校正籌建新校區(qū)，需要對新校區(qū)的大力宣傳，可在我們作品的基礎上開發(fā)出新校區(qū)