基于Unity3D的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建

開(kāi)發(fā)案例 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)2014.11下 基于 Unity3D 的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建 蔣元 1，蔡勝軍1，何紹勇1，祁瑋2 （1.四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，成都610065；2.四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院，成都610065） 摘要： 采用Unity3D開(kāi)發(fā)平臺(tái)是構(gòu)建虛擬地理環(huán)境的一種有效方式。針對(duì)地理環(huán)境的基本要素，研究基于Unity3D開(kāi)發(fā)引擎 的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建步驟，提出地形生成順序和制作素材工具的優(yōu)化方法，并對(duì)地形高度圖生成、建筑、道路交通、地 質(zhì)細(xì)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。 關(guān)鍵詞： 虛擬地理環(huán)境；Unity3D； 虛擬現(xiàn)實(shí)； 模型； 烘培 文章編號(hào)：1007-1423（2014）33-0052-04 DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2014.33.014 0引言 虛擬地理環(huán)境是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、 多媒體 技術(shù)、可視化計(jì)算、圖形圖像技術(shù)、航空拍攝、衛(wèi)星照相 等多種手段， 在獲取地理信息基礎(chǔ)上進(jìn)行信息綜合計(jì) 算和處理，實(shí)現(xiàn)地理環(huán)境的真實(shí)實(shí)現(xiàn)，為軍事、商業(yè)等 活動(dòng)提供可靠的虛擬環(huán)境。 虛擬環(huán)境是真實(shí)環(huán)境的虛擬化，通常包括：道路、 建筑、山體、高程、植被等。Unity3D是一種基于開(kāi)源. NET組件化的游戲引擎，具有開(kāi)發(fā)效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、 用戶界面良好等特點(diǎn)。 1基于Unity3D的虛擬地理環(huán)境構(gòu)建方法 1.1基本構(gòu)建步驟 根據(jù)Unity3D仿真平臺(tái)的特點(diǎn)，基于Unity3D的虛 擬環(huán)境生成過(guò)程可以簡(jiǎn)化為以下幾個(gè)步驟。 按照先后 順便分別是地形地物素材準(zhǔn)備、基本環(huán)境生成及修理、 紋理貼圖、道路巷道設(shè)置、樹(shù)木植被疊加、地表植被疊 加和地形細(xì)節(jié)設(shè)置等步驟。 基于Unity3D的虛擬環(huán)境 構(gòu)建， 通常是從高度圖或Terrain工具生成開(kāi)始的，以 此通過(guò)地形潤(rùn)色、地形要素編輯、地形細(xì)節(jié)設(shè)置，最終 生成較真實(shí)的虛擬地形環(huán)境。 其構(gòu)建方法如圖1所示。 圖1基于Unity3D的虛擬環(huán)境構(gòu)建方法 1.2構(gòu)建優(yōu)化方法 虛擬環(huán)境生成方法中所謂的優(yōu)化包含2個(gè)方面： 一是對(duì)地形生成先后順序的優(yōu)化， 二是對(duì)各步驟所需 素材及輔助工具的優(yōu)化。 從本質(zhì)上講， 圖1所示的都是環(huán)境生成的必要環(huán) 節(jié)，沒(méi)有先后順序之分。 但考慮到地形和地物建模的方 便性和Unity3D場(chǎng)景的特點(diǎn)，通常按照“從下到上、從 ? ? ? ? ? !“# $#%? ?;5:;?#8AB#= CD?E8?FGHI= ?;?49?:?;JKL MNOP8+OP QR?86?ST UVWXYZG!? 趨趯 開(kāi)發(fā)案例 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)2014.11下 小到大、從疏到密、從點(diǎn)到面”的原則進(jìn)行。 地表紋理處 理最底層，制作優(yōu)先度高，其次是巷道溝渠，然后是建 筑。 從高度上講，它們往往處于地表之下或緊貼地表或 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作的優(yōu)先度是在灌木和植被之上。 輔助工具優(yōu)化表現(xiàn)在圖1的右側(cè)方框中，結(jié)合U- nity3D平臺(tái)的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)， 描述了各步驟實(shí)現(xiàn)的輔助工 具和支持方法。 輔助工具優(yōu)化中，既有Unity3D內(nèi)部制 作的優(yōu)化方法，如Terrain地形工具的柔滑處理、光暈 圖的細(xì)節(jié)設(shè)置等，也有外部的插件或文件的引用，特別 是建筑的三維模型的導(dǎo)入。 2虛擬環(huán)境生成關(guān)鍵技術(shù) 考慮到現(xiàn)在市區(qū)及其周邊的基本都有大比例尺地 形圖、航空影像圖等資料，可以采用通過(guò)構(gòu)建DEM的 方法實(shí)現(xiàn)。 而針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)可采用免棱鏡全站儀實(shí)測(cè) 單個(gè)區(qū)域，以確保景點(diǎn)中各地物的相對(duì)位置正確，并通 過(guò)高程數(shù)據(jù)控制地形起伏，如環(huán)境的最高處與最低處。 建筑內(nèi)模型制作主要是通過(guò)拍攝實(shí)物照片獲取紋理、 測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)獲得其外形輪廓，對(duì)于部分外形不規(guī)則、建 模復(fù)雜的物體， 通過(guò)近景攝影測(cè)量的方式重建其三圍 模型。 其構(gòu)建方法如圖2所示。 圖2模型制作方案 2.1基本地形地貌的生成方法 Unity3D的地形制作有兩種類(lèi)型：一是利用Terrain 工具， 在SceneView中使用height tools直接繪制地形 高程； 二是利用外部工作制作的高度圖heightmaps ，然 后利用unit的Import Heightmap-Raw導(dǎo)入高度圖的方 式生成具有高程的地形。 第一種方法采用手工直接繪 制地形，適合小面積、比較簡(jiǎn)單的地形制作，地形可以 隨心所欲地制作。 第二種方法，利用與實(shí)際高程基本一 致的高度圖間接生成地形，適合大面積、較復(fù)雜的地形 制作。 制作效果如圖3所示。 圖3地形制作效果 為了增加真實(shí)性和美觀度， 虛擬環(huán)境的地表紋理 進(jìn)行兩方面處理， 一是在地表添加精度較高的衛(wèi)星照 片貼圖，使起伏的地貌上展現(xiàn)地形原貌，達(dá)到總體視覺(jué) 逼真的效果。 二是針對(duì)局部地表特性，在地表添加細(xì)節(jié) 不同類(lèi)型的地表貼圖，達(dá)到局部視覺(jué)逼真的效果。 由于使用3ds Max制作的三維模型不是為虛擬現(xiàn) 實(shí)軟件專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)格式， 因此在制作過(guò)程中需要 進(jìn)行優(yōu)化處理，包括兩個(gè)方面模型規(guī)范及烘焙處理： 一是模型規(guī)范原則。減少多邊形的數(shù)量，在場(chǎng)景中 盡量使用數(shù)量少的三角形， 如果場(chǎng)景中有10000個(gè)左 右的多邊形，許多PC就不能很好地處理，也不能維持 最低的能接受的幀率。 在設(shè)計(jì)各規(guī)劃場(chǎng)景時(shí)就應(yīng)該充 分考慮這個(gè)現(xiàn)實(shí)。 外部引用技術(shù)，外部引用的技術(shù)可以 讓用戶把其他模型的數(shù)據(jù)庫(kù)引用到當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中，并 且可以在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中重新定位。 通過(guò)外部，可以有效 降低模型數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模，節(jié)省內(nèi)存空間和存儲(chǔ)空間，方 便建模操作，提高系統(tǒng)資源的利用率。 實(shí)例化技術(shù)，實(shí) 例化技術(shù)是一種減少幾何體數(shù)量的方法， 其處理方法 是矩陣變換，利用計(jì)算時(shí)間換得內(nèi)存空間。 二是紋理烘培。 紋理烘培技術(shù)目前已經(jīng)成為虛擬 現(xiàn)實(shí)制作中廣泛使用的一種方法， 成為不增加表面多 邊形數(shù)目的情況下提高圖像真實(shí)感的一種最為有效的 方法， 特點(diǎn)是在三維制作軟件中將光影效果渲染到材 質(zhì)上，然后導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)行環(huán)境中，不用重新燈光設(shè) 置就可以產(chǎn)生真實(shí)感光影效果。 2.2道路交通設(shè)置 道路交通具有彎曲多變、形狀不定的特性，其構(gòu)建 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 趨趰 開(kāi)發(fā)案例 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)2014.11下 方式有：（1）通過(guò)地表貼圖的方式設(shè)置道路，該方式適 用于構(gòu)建不規(guī)則的碎石路、鄉(xiāng)間小路等。 （2）通過(guò)專(zhuān)業(yè) 的插件如EasyRoad3D和RoadPathTool等Unity插件工 具，能保證距離較長(zhǎng)地、道路較好地緊貼在地面。 2.3樹(shù)木植被設(shè)置 一般情況下， 環(huán)境的地面會(huì)被大量的樹(shù)木和灌木 等植被所覆蓋， 應(yīng)該在地理環(huán)境植被的表現(xiàn)形式上力 求準(zhǔn)確和真實(shí)。 所謂準(zhǔn)確，是指植物種類(lèi)、植物覆蓋的 范圍、植物疏密程度、植物生長(zhǎng)的高度等基本屬性，應(yīng) 該與實(shí)際地形相一致。 對(duì)于大范圍的環(huán)境，可以通過(guò)衛(wèi) 星照片等其他資料作為參考。 利用Unity3D自帶的種 植樹(shù)工具可以完成，植被一般只呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，一種是 夏天的豐茂，有綠樹(shù)、草皮，一種是冬天的凋零、枯黃狀 態(tài)。 2.4地質(zhì)細(xì)節(jié)設(shè)置 地形中的草地、巖石、山體等特殊地質(zhì)的細(xì)節(jié)，可 通過(guò)給地形添加紋理貼圖的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 可以用U- nity3D自帶的地形編輯工具，從文件中添加材質(zhì)，設(shè)置 材質(zhì)的長(zhǎng)度和寬度，設(shè)置筆刷的大小、強(qiáng)度和融合度， 之后在需要種植植被的區(qū)域進(jìn)行繪制。 3結(jié)語(yǔ) 對(duì)于虛擬地理環(huán)境的構(gòu)建， 主要從環(huán)境的要素出 發(fā)， 初步研究了基于Unity3D開(kāi)發(fā)引擎的虛擬環(huán)境構(gòu) 建方法， 提出了地形生成順序以及各步驟素材和工具 優(yōu)化方法，并對(duì)地形高度圖生成，在紋理、道路、建筑、 細(xì)節(jié)設(shè)置等技術(shù)和方法進(jìn)行探討。 虛擬環(huán)境的構(gòu)建只 有以上要素是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，例如還需要增加氣象天候， 可通過(guò)UniStom、UniSky等專(zhuān)業(yè)插件實(shí)現(xiàn)。 參考文獻(xiàn)： 1Microsoft. 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As for the fundamental ele- ments geography, studies the steps for constructing the virtual geographical environment based on Unity3D development engine, puts for- ward the optimization method for the terrain generation sequence and for the production of the materials and tools, and discusses those critical techniques such as the production of the terrain height graphs, the road traffic, and the geographical details. Keywords: Virtual Geographical Environment; Unity3D; Virtual Reality; Models; Bake Analysis of the E-Commerce Development of Zhanjiang Tourism under New Times XIAO Shui-qing1，HE Miao-jia2 （1. College of Business , Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048；2. Dongguan Business School, Dongguan 510006） Abstract: With the increase of peoples living standard, the travel plays an important role to the public. Meanwhile the fast development of e-com- merce, tourism e-commerce also gets certain development. Zhanjiang city tourism e-commerce is facing many problems with the e-com- merce development. Gives some reasonable suggestions for promoting the development of Zhanjiang. It is based on the early stage of the work of Zhanjiang tourism e-