基于unity3d的校园导航系统（一等奖）

北京化工大学第八届“萌芽杯”参赛作品—B类作品名称：基于unity3D的三维虚拟校园指导教师：赵琪负责人：程胜联系方式：2013年6月3日团队成员及指导老师介绍指导老师介绍：姓名赵琪所属学院信息学院职称研究方向团队成员介绍：姓名程胜所属学院信息学院专业计算机专业班级计科1105姓名李涛涛所属学院信息学院专业计算机专业班级计科1105姓名朱豪所属学院信息学院专业计算机专业班级计科1105姓名张世琛所属学院信息学院专业计算机专业班级计科1105姓名倪晨所属学院信息学院专业计算机专业班级计科1105目录前言 4第一章Unity平台简介 16第二章作品的想法和前期讨论 5第2.1节讨论做什么样的作品 5第2.2节想法和现实的差距 5第2.3节制定我们作品的计划 6第2.4节作品的成形 6第三章作品制作的过程 8第3.1节3D建模 8第3.2节导入unity平台与功能制作 9第3.3节后期修饰与测试 10第四章作品展示 11第4.1节作品的功能 11第4.2节作品中存在的问题 13第五章主要改进和创新点 14参考文献 15致谢 15前言随着计算机技术的发展，校园信息化建设也快速发展，而虚拟校园是校园信息化建设的重要组成部分。传统的数字校园都是建立在二维平面地图和影像地图的基础上，已经不能满足校园对外招生宣传，校园导航，校园信息化管理的新一代的需求，三维校园数字校园系统将是大势所趋。结合我校实际，考虑到以下几点：（1）随着高校扩招的步伐不断加快，各高校对生源的争夺也日益激烈。而数字三维校园系统在对外宣传，形象宣传，吸引优生资源方面起到了不可或缺的作用。目前有些高校已经建立起自己的三维校园，作为首都211高校，如果我们有自己的三维校园，将对我们的招生与对外宣传起到重要作用，也将使我们的校园信息化建设更上一层楼。（2）目前我校正在筹建新校区，一所新校区筹建完成后最重要的便是新校区的宣传，以便让更多的人了解我们的新校区。采用何种宣传手段将直接影响宣传效果。目前世界信息化程度日益加深，采用数字信息这一手段借助互联网能在最短时间内实现最大范围乃至世界范围内实现快速有效的宣传。 因此我们组讨论再三，决定将课题定为三维虚拟校园的研究。同时在做的过程中，通过体验别的高校的三维校园，发现许多可以改进的地方，在加入我们自己的一些想法，我们决定在此基础上进行改进与二次创新，做出我们自己的特色。主要改进与创新点将在第四章详述。Unity3D平台简介内容简介：Unity3D是由UnityTechnologies开发的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的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blendergameengine,Virtools或TorqueGameBuilder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件其编辑器运行在Windows和MacOSX下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone和Android平台。也可以利用Unitywebplayer插件发布网页游戏[1]手机游戏[2]，支持Mac和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Macwidgets所支持HYPERLINK编辑本段特色介绍（1）综合编辑通过Unity简单的用户界面，玩家可以完成任何工作。这些为玩家节省了大量的时间。（2）图形动力Unity对DirectX和OpenGL拥有高度优化的图形渲染管道。（3）资源导入Unity支持所有主要文件格式，并能和大部分相关应用程序协同工作。（4）一键部署Unity可以让玩家的作品在多平台呈现。（5）Wii的发布Unity让业界最流行的游戏平台软件更容易开发。（6）iPhone发布Unity让革命性的游戏开发降临革命性的设备。（7）着色器Unity的着色器系统整合了易用性、灵活性和高性能。（8）地形低端硬件亦可流畅运行广阔茂盛的植被景观。（9）联网从单人游戏到全实时多人游戏。（10）物理特效Unity内置的NVIDIA®PhysX®物理引擎带给玩家生活的互动。音频和视频[3]（11）实时三维图形混合音频流、视频流。脚本（12）Unity支持3种脚本语言：JavaScript，C#，Boo。（13）Unity资源服务器Unity资源服务器是一个附加的包括版本控制的产品。（14）光影Unity提供了具有柔和阴影与烘焙lightmaps的高度完善的光影渲染系统。（15）文档Unity为玩家提供逐步的指导、文档和实例方案。第二章作品的想法和前期讨论第2.1节讨论做什么样的作品我们5个人，在开始讨论的时候就在想我们到底要做什么的样的类型的作品。我们能做成什么样的作品，我们的水平够做成什么样。我们不知道我们的方向是什么样的，因此我们用头脑风暴的方法开始了最初的探索。使用头脑风暴法是有科学依据的。“头脑风暴法”也称集智法，是美国人奥斯本在20世纪30年代末创造的。其哲学基础是弗洛伊德主义，即非理性想法。参会者必须严格遵守四条规则：（1）自由设想（2）不许评论（3）追求数量（4）引申综合在这种方法的运用下，能充分发挥集体的智慧，共同努力，相互启发，通过追求想法的数量来筛检出最有创意最符合要求的灵感想法。最终我们联系校园实际，思虑再三终于确定了做一个我们学校三维虚拟校园的导航系统这一最初想法。参考了很多其他的大学的导航系统我们觉得我们可以做成一个类似于RGP游戏的第一视角的程序。做我们学校的自己的三维虚拟校园。对于我们的程序，我们开始很迷茫的都不知道怎么去做。在赵琪老师的提点下，我们就一点点地做了起来。我们做的校园导航系统是基于现实中真实的建筑来建立我们的模型。基于unity平台，我们开始了建立我们的模型和我们的基本功能。我们开始了做自己的功能。第2.2节想法和现实的差距我们开始制作我们的自己学校的导航计划，并且想要给学校一点贡献，做出我们一点努力。可是我们在准备的时候发现我们做的所有东西都是新的。新的程序，新的语言，新的运用方法和新的思路，都是我们要学习的，所有的东西我们都不懂，都要从零开始，从无做起。对于我们的建模我们的开始了我们新的学习。我们3个同学学习建模，做模型。2个同学学习怎么做程序。然后我们就开始了我们的新作品的计划。第一个问题就是3D模型的建立，这个是一个大的问题，我们不是工业设计专业，对于美学没有办法。第二就是unity的使用，全新的软件，全新的思路，这都是我们要考虑的问题。全新的制作的方法和不一样的设计思路。第三是c#的脚本设计。对于每一个小的细节我们也要去做到设计，去写出一个小的算法和一个新的程序。第四是整合的问题，我们不知道怎么去做。出来了之后还有很多的bug。第2.3节制定我们作品的计划寒假的时候就开始学习的计划。我们学习了3Dmax，unity和c#的使用。每个人都有不同的分工，程胜，张世琛，朱豪学习了3Dmax和c#的使用。李涛涛和倪晨学习了unity和c#的使用。作品开始于3月份，我们基本是有时间就去做一点，每个人都在努力的去做到最好，每一个细节都要想做到最好。模型做好在4月份，于是我们开始在unity平台开始运作了，然后在c#上开始写小的脚本，整合的问题于是在程序完整的运行和我们的所有的脚本运动有很多的bug，要去调试和重新开始写。每天都花一点时间去做这个事情。所有的都是新的，我们都是一个挑战，挑战自己的学习和制作能力。第2.4节作品的成形我们的作品渐渐的成形了，就像自己的孩子出生了，开始有了生命了。程序的完成在5月初，我们进行了很多的调试，还是有很多的问题我们就要慢慢的调试，慢慢的去解决。一个好的程序成形，需要很多程序员的测试，我们就在不停的测试，不停的测试我们自己写出来的程序。很多问题要解决和我们已经通过了努力解决了很多的问题。还存在的问题的我们要努力的解决。第三章作品制作的过程第3.1节3D建模第一步，学校的建筑的模型，大建筑全部的模型和一些小的建筑模型，先用高像素的手机拍照下来，然后用3DMAX软件去做3D模型［1］。第二步，删选我们要用的可用的照片和我们需要的从网上下的教程。教程：3dsMax2012中文版效果图制作标准教程。第三步，开始建立模型［2］，小组成员每人分到一部分学校的建筑进行建模，选用可用的照片开始做。(建筑模型与实物原形对比见图2-1)第四步，整合到一起，做成一个整体的3D的文件。遇到的问题与解决方法：1.小组成员分工建模，没有统一的建模标准，会导致最终难以整合到一起我们先画了一张学校的2D平面图［3］，通过百度地图的卫星视图来确定各个建筑比例大小与整体作品的架构。这样每人都在这张平面图的相应模块建模，以保证最后可以整合成功。2．由于最初对3Dmax不是特别精通，导致建模过程中忽略了对材质和贴图的使用，以至于导入到Unity中的建筑没有颜色，以及其他部分的缺失，后来请教赵琪老师，用材质和贴图解决了这个问题。图3-1建筑模型与实物原形的对比第3.2节导入unity平台与功能制作第一步，将所建模型从3DMAX中导出FBX格式文件，然后先导入3D做的模型［4］。第二步，逐个功能开始做，编写脚本实现功能调试成功后然后进行下一个功能的设计。第三步，生成程序，并导出其他格式执行文件以实现跨平台运行。遇到的问题与解决方法：（1）导入模型时发现所建模型太大，面数太多以至于导不进去，上网查了一下了解到原来是我们建模时使用的面数太多，超出了unity3d的支持范围，unity3d支持的面数为几千，而我们组的朱豪同学一个人所建的主教面数就已上万，实在导不进去。为此我们的工程好长一段时间就因为这个问题而没有什么进展。后来利用互联网资源在网上提问得到了答复(见图2-3)，减少面数，最有效的便是适当利用贴图，我们得到启发，将我们某些的模型截图成具有同样立体感的照片贴上，构成自己的建筑，效果立竿见影,很快这个问题解决了。（2）工程的决定性转机——平台的选择［5］其实平台的选择我们也走了一些弯路。最初因为我们有一些C#基础，同时在VS中的XNA平台有用C#语言编写过2D和3D的游戏的经历，所以最初的功能是在微软的VS2010上的XNA平台制作，可是到后来发现XNA很多东西都需要自己去编写，特别是一个碰撞检测算法实在感觉很是复杂，感觉像是在做底层，这违背了我们的初衷，因为我们在这些别人早已实现的功能上不想浪费太大的精力，我们想在自己的改进和创新的地方多下功夫，实现作品的意义，而不是去简单的复制。因此我们觉得要是有一个更方便的平台就好了。我们的指导老师赵老师了解情况后给我们介绍了Unity3D平台，并作了基本的功能演示，我们很是兴奋，马上组织一些人开始找教程进行学习，发现Unity的功能很是强大，一些基本的功能都被包装好了，非常适合开发者，省去了不必要的大量的耗时的工作。在Unity平台下，我们通过写脚本实现一个个功能，最终形成了我们的作品。3-3网上提问解决问题第3.3节后期修饰与测试作品大致成型后，我们继续做一些后期的修饰，以保证作品的完整性，友好性，和可用性。这一阶段主要使用Photoshop，和unity3d自带的花草等预设对虚拟校园的道路，天空与花草等进行进一步的充实与渲染，丰富校园场景。同时我们注重作品的实用性，我们都在不同的系统中，不同的电脑下，进行了很多的测试，出现的问题我们都在一一的解决。对于作品，我们是第一次做，很多的问题都没有想到，这对于我们的制作造成了很大的困扰。我们遇到了困难，我们一起解决，一起的去面对。第四章作品展示第4.1节作品的功能运行程序初始进入“自由视野模式”（左上角有显示），会环绕学校一周自动展现校园整体概貌，动态效果自由展示，这是我们的一大创新点：图4-1自由模式点击“漫游模式”结束“自由视野模式”进入“漫游模式”（左上角有显示），图4-2进入漫游模式此时可实现人机交互，手动操作漫游校园，逼真模仿漫游的过程，具体功能如下：①上下左右键可实现人物行走，空格实现人物跳跃（可用于爬坡）；②左键单击建筑可显示建筑名称③搜索功能a.输入一个建筑名称，可定位到该建筑旁，并面向该建筑；b.支持模糊搜索，别名搜索：如搜清露园，可搜“清露园”，“清露园食堂”，“餐厅”，“食堂”等均可；例如：搜“阶教”和“阶梯教室”效果图如下：图4-3搜“阶教”效果图c.搜索框除用鼠标点击按钮开始搜索外，可实现回车确定；④点击界面上自由模式和漫游模式的选项按钮，可实现自由模式和漫游模式间的相互切换（3）已用unity3d导出网页版的执行文件，并运行成功。同时unity3d支持导出.apk格式，目前已导出成功，原则上可实现跨平台运行，手机，平板上都可以使用，但目前尚未尝试成功。第4.2节作品中存在的问题由于我们是初步探索，技术尚不成熟，作品中还存在一些问题，主要如下：1.定位不是很准确：使用unity搜索定位时，目前我们还只能停留在建筑附近，不能停在指定位置，如该建筑的正门等。2.我们对于电脑的配置要求也比较高，有些配置差的电脑运行起来会比较卡，有时候也会未响应。3．我们对建筑的细节做的不够精致，与专业的建模相比相对粗糙了些。第五章主要改进和创新点目前已有一部分高校，如“清华大学”，“哈尔滨工业大学”等高校的都已建立起自己的三维虚拟校园，我们的三维校园除了实现了基本的漫游功能外，还做了如下的改进。先进性与创新点：（1）传统的校园展示都是建立在二维平面图片以及视频影像的基础上的，这显然已经不能适应新时代校园的展示。本系统集二维平面地图和三维场景于一体，是用户能对校园场景有一个更为直观、清晰的认识，用户可以通过漫游浏览校园各个学区，能产生身临其境的感觉，相比传统的平面地图的二维展示效果更加具有科学性和先进性。（2）除了漫游模式外，我们增加了自由视野模式，即无需使用者操作，自动环绕校园四周进行全方位的动态的展示，使人能够体验到在高空飞行状态下俯瞰校园的视觉感受，这是一般漫游系统所不具备的。（3）已实现跨平台运行，目前已导出网页格式执行文件并运行良好，今后可将其做到网页上去。另外，unity支持导出.apk格式，目前我们已导出成功，原则上可以在Android系统上运行，这样以后可在手机平板等终端使用，这又是我们的一大优势。使用价值：（1）目前我校正筹建新校区，需要对新校区的大力宣传，可在我们作品的基础上开发出新校区