劉嘉夫　齊昕　李前杰　熊鷹　馬煥春

摘 要 虛擬技術(shù)在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)三維軟件實(shí)現(xiàn)建模和貼圖，基于Unity3D研究交互式三維多媒體課件開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)及具體解決方法，開發(fā)出場(chǎng)景逼真、控制靈活、不受觀測(cè)角度的限制、隨時(shí)可以拆解模型的交互式三維多媒體課件系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 水處理；Unity3D；交互控制；多媒體

中圖分類號(hào)：TP391.9；G436 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2014）04-0098-03

1 引言

水污染控制工程課程是學(xué)習(xí)水處理工藝、水處理構(gòu)筑物構(gòu)造的一門重要的專業(yè)課程。水處理廠是一個(gè)非常復(fù)雜龐大的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是通過(guò)展示圖片、動(dòng)畫來(lái)表現(xiàn)水處理構(gòu)筑物的構(gòu)造及運(yùn)行狀態(tài)，傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)不能清晰直觀地顯示水處理構(gòu)筑物的構(gòu)造及水流運(yùn)動(dòng)情況。自三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，通過(guò)利用三維虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)各行業(yè)的仿真系統(tǒng)越來(lái)越多，但大多數(shù)集中在軍事、醫(yī)療、房地產(chǎn)和機(jī)械制造等行業(yè)[1-5]。由于水處理工程通常規(guī)模大，內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，并且需要展示水與構(gòu)筑物的相互關(guān)系，當(dāng)前水污染控制工程課程教學(xué)中三維交互式課件非常稀有。

Unity3D是一個(gè)近幾年新興的多平臺(tái)的專業(yè)游戲引擎，可以實(shí)時(shí)處理大量的三維模型，其中尤其是創(chuàng)造高質(zhì)量3D視覺效果，同時(shí)支持C#、Java script等多種腳本語(yǔ)言[3]。本文以Unity3D作為虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)，基于Unity3D開發(fā)流程設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)水污染控制工程多媒體課件系統(tǒng)開發(fā)所需要的漫游控制、貼圖渲染、交互控制和動(dòng)態(tài)模擬等關(guān)鍵技術(shù)。

2 交互式三維多媒體課件開發(fā)

基于Unity3D的交互式三維多媒體課件開發(fā)流程包括場(chǎng)景三維模型建立、貼圖渲染、交互控制腳本編寫、模型動(dòng)態(tài)模擬控制和軟件發(fā)布測(cè)試。

場(chǎng)景建模技術(shù) 對(duì)于場(chǎng)景建模有兩種方式，一種是利用Unity3D本身的功能建模，另一種是從外部導(dǎo)入模型。 Unity3D本身的建模功能較弱，主要是建立基本模型體以及碰撞體；通過(guò)外部專業(yè)建模軟件，建立的模型精度高，一般需要導(dǎo)出為fbx格式。需要特別注意的是，建模的單位轉(zhuǎn)換和豎直坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，在外部建模軟件中一般以m作為建模單位，這樣導(dǎo)入U(xiǎn)nity3D時(shí)可以不用做模型比例的調(diào)整，在導(dǎo)出fbx文件格式時(shí)需要把y軸作為向上軸。

貼圖渲染技術(shù) 模型制作完畢后，需要對(duì)模型進(jìn)行貼圖處理，水處理構(gòu)筑物一般為長(zhǎng)方體形狀，因此在貼圖時(shí)采用四方體貼圖坐標(biāo)即可滿足。多媒體課件能否形成逼真的視覺效果，取決于光照渲染效果的好壞，所謂“三分建模，七分渲染”，正是這個(gè)道理。在Unity3D采用漫反射材質(zhì)，通過(guò)內(nèi)置的Beast烘焙工具，Beast烘焙工具可以根據(jù)網(wǎng)格物體、材質(zhì)貼圖和燈光屬性的設(shè)置來(lái)烘培場(chǎng)景，從而得到完美的光照貼圖。由于課件中的水處理構(gòu)筑物需要實(shí)時(shí)剖切展示內(nèi)部構(gòu)造，因此在烘焙渲染時(shí)只對(duì)模型所處的空間進(jìn)行Light Probe動(dòng)態(tài)光探頭烘焙，Light Probe會(huì)記錄空間中的光照強(qiáng)度，可以讓動(dòng)態(tài)物體在烘焙好的場(chǎng)景里面受到光的照射效果產(chǎn)生實(shí)時(shí)陰影，如圖1所示。

交互控制技術(shù) 交互控制技術(shù)是三維多媒體課件關(guān)鍵，建立靈活操控的攝像機(jī)觀察控制系統(tǒng)，需要用Java-Script、C#等腳本語(yǔ)言編寫控制代碼。通過(guò)鼠標(biāo)按鍵操控可以使視角隨意改變，并且能深入到構(gòu)筑物內(nèi)部進(jìn)行查看。實(shí)現(xiàn)思路：攝像機(jī)觀察控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需增加一個(gè)JS腳本文件，并加載在攝像機(jī)物體上，通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)控制鼠標(biāo)操縱反饋，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)三維交互式多媒體課件可直觀地展現(xiàn)水處理構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)及控制過(guò)程，此手段彌補(bǔ)了在水污染控制工程課程教學(xué)中觀測(cè)角度不全面、內(nèi)部構(gòu)筑物難以觀察等不足，使抽象的概念得以具體的表達(dá)，能促進(jìn)水污染控制工程課程教學(xué)方法的改進(jìn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)

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