丁佳明，施浩，王建章

摘要：VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）作為一種近年來備受關(guān)注的新興技術(shù)，在囊括傳統(tǒng)多媒體各式形式的同時(shí)具有其無法比擬的高度沉浸感和強(qiáng)大自由度。以上特點(diǎn)意味著通過VR傳遞內(nèi)容更直觀，更具可交互性。本文以A320虛擬教學(xué)平臺(tái)制作為案例，按測繪、建模、排布、貼圖以及VR交互的實(shí)現(xiàn)提供一種制作相關(guān)軟件的具體思路及在制作過程中需要注意的細(xì)節(jié)問題。

關(guān)鍵詞：A320逃生演練;虛擬仿真教學(xué)平臺(tái);UNITY 3D;VR交互實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TP311`? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）20-0103-03

1 引言

歷史證明每隔30年VR技術(shù)總會(huì)隨著人們對(duì)其狂熱度的增加而發(fā)展。到2016年，隨著高端顯卡市場的崛起，電腦算力已完全滿足VR環(huán)境搭建需求的情況下， HTC、Oculus、Sony三大頭顯相繼發(fā)貨標(biāo)志著這一年為VR元年。此后，VR技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域大放異彩 VR+智慧城市、VR+區(qū)域文旅、VR+文化教育各種概念層出不窮。

航空領(lǐng)域內(nèi)，我國自主研發(fā)的C919飛機(jī)試飛成功的背后少不了VR模擬飛行系統(tǒng)的支持。該技術(shù)依靠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)駕駛員在整個(gè)飛行階段進(jìn)行機(jī)內(nèi)操控以及對(duì)實(shí)際飛機(jī)中飛行的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控分析，確保飛機(jī)在預(yù)飛和實(shí)際飛行中相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確和正常，為C919成功首飛提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)保障。

本文采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與空客A320客艙模擬相結(jié)合的方法，基于3Dmax2018和Unity3D建立起一個(gè)可以兼具機(jī)型演示和機(jī)內(nèi)逃生的教學(xué)平臺(tái)。項(xiàng)目所做模型均依照飛機(jī)真實(shí)的尺寸和比例進(jìn)行搭建，利用VR無可比擬的優(yōu)勢：強(qiáng)大的可交互性和虛擬沉浸性，通過項(xiàng)目內(nèi)置多媒體語音和文字幫助體驗(yàn)者直觀地了解空客A320的飛機(jī)結(jié)構(gòu)和飛機(jī)布局。不僅如此，該項(xiàng)目還是一款逃生模擬器，盡管現(xiàn)今交通工具關(guān)于安全的規(guī)章制度已較為完善，但是緊急情況的逃生意識(shí)和能力仍是人們所必備的，本項(xiàng)目旨在加強(qiáng)體驗(yàn)者在突發(fā)狀況下的處理能力，以教學(xué)性的方式傳達(dá)正確做法。

2 建模與場景搭建

2.1測繪

目的是通過記錄數(shù)據(jù)為后續(xù)項(xiàng)目以真實(shí)比例呈現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

通過對(duì)客艙圖紙的查詢以及A320模擬器中的物件進(jìn)行實(shí)地測量。運(yùn)用千分尺、游標(biāo)卡尺等工具采取多次測量取平均值的方法幫助獲得相對(duì)精準(zhǔn)的測量值。將測繪好的數(shù)據(jù)經(jīng)過掃描數(shù)字化后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，經(jīng)圖像配準(zhǔn)后進(jìn)行矢量化，之后將拍攝得到的圖片資料導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，為之后的貼圖做準(zhǔn)備。

2.2模型建立

為了更真實(shí)地還原飛機(jī)內(nèi)部各個(gè)物件，本項(xiàng)目將3dmax2018作為建模的主要平臺(tái)，realitycapture為輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)。

部分較為復(fù)雜的模型實(shí)則可拆解為多個(gè)基本立體圖形，之后通過計(jì)算得出該模型的各項(xiàng)幾何參數(shù)和三維坐標(biāo)，并分別在3dmax的xyz中輸入。將所建復(fù)雜模型的子模型的位置參數(shù)設(shè)置完畢后，需要選定所有模型并點(diǎn)擊組命令，為的是方便后續(xù)的修改操作。對(duì)于復(fù)雜的模型而言，主要有兩種創(chuàng)建手段。其一是通過3dmax中模型修改工具，例如布爾運(yùn)算（將多種模型按交、并、補(bǔ)的方式進(jìn)行疊加），擠出（二維圖形轉(zhuǎn)為三維物體）、FFD（可將模型以頂點(diǎn)分為不同區(qū)域，并對(duì)其中的部分頂點(diǎn)進(jìn)行基本操作：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)）等，針對(duì)不同模型，首先需要分析其組合的形式和特點(diǎn)，靈活運(yùn)用3dmax的修改工具以求達(dá)到準(zhǔn)確高效。

其二便是利用RealityCapture這款軟件了，首先需要準(zhǔn)備單一物體的全方位照片40張左右，統(tǒng)一導(dǎo)入軟件里，點(diǎn)擊start系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算物體的3d模型并生成。然后在reconstruction的欄目里選定normal detail 增加物體的細(xì)節(jié)，最后點(diǎn)擊texture，電腦會(huì)自動(dòng)獲取照片的貼圖信息并自動(dòng)貼圖。最后把模型導(dǎo)出為obj格式并導(dǎo)入3damx進(jìn)行略微修改便可完成。

2.3從3dmax平臺(tái)到unity3d平臺(tái)的過渡

模型搭建完畢后，為了實(shí)現(xiàn)VR的各項(xiàng)交互功能，需要將模型導(dǎo)入游戲開發(fā)平臺(tái)Unity3D進(jìn)行下一步處理。

在模型保存為obj或fbx格式之前，需要將所有圖形的三角面轉(zhuǎn)化為四邊面，操作方法是對(duì)模型右鍵轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形后，點(diǎn)擊塌陷命令其作用是刪除所選定模型的各種修改記錄，只保留點(diǎn)線面的位置關(guān)系，降低電腦內(nèi)存占用。接著對(duì)于某些看起來不平整的模型需要對(duì)其添加渦輪平滑的命令以增加其視覺效果。最后還要注意模型的坐標(biāo)是否統(tǒng)一，因?yàn)槿绻唤y(tǒng)一，進(jìn)入unity中模型就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位。為此需要在3dmax中選定模型，點(diǎn)擊重置工作軸命令。

待所有物體均導(dǎo)入unity中，則要進(jìn)行模型的排布工作。合理運(yùn)用軟件中的xyz坐標(biāo)和三視圖來幫助修改位置參數(shù)，由于模型之前綁定過組的命令，那么如果要移動(dòng)某一模型時(shí)，該模型的子模型也會(huì)同步移動(dòng)。小組嚴(yán)格按照A320的空間位置進(jìn)行放置，保證所建場景的真實(shí)性。

2.4 貼圖

模型真實(shí)程度與建模質(zhì)量與貼圖質(zhì)量均密切相關(guān)，為了呈現(xiàn)最好的效果，項(xiàng)目研究了貼圖的相關(guān)知識(shí)。

對(duì)一個(gè)模型按照pbr材質(zhì)的要求進(jìn)行貼圖。圖片的選取上均采用4k超高清的分辨率，為了增加物體的材質(zhì)感 還需要添加高度貼圖、法線貼圖、凹凸貼圖等。同時(shí)還要在unity的貼圖欄中對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行一定的修改。

2.5 火焰特效

由于項(xiàng)目逃生基于火災(zāi)場景，項(xiàng)目需要自行創(chuàng)建火焰特效，力求逃生場景的真實(shí)。

需要在燃燒的物體上添加一個(gè)點(diǎn)光源并添加一個(gè)粒子特效，調(diào)整粒子發(fā)出的范圍，調(diào)整start lifetime為合適的值取0.8，創(chuàng)建一個(gè)material，將shader更改為particles/additive設(shè)置texture為火焰燃燒不同階段的連續(xù)性圖片，最后設(shè)置tiles調(diào)整為適合的火焰大小，火焰特效基本完成。