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基于Virtools游戏引擎的虚拟校园漫游的研究与应用 虚拟校园漫游系统

发布时间:2019-06-04 06:46:25 浏览数:

  摘要:本文通过基于Virtools游戏引擎,利用游戏引擎的优势,研究和分析了虚拟校园漫游的制作方法。一方面方面介绍了Maya中针对游戏引擎的模型优化方案,Maya与Virtools之间对接的方法。另一方面介绍了Virtools的优点和开发的基本流程。并且通过对比传统技术手段的实现方法,展示出了游戏引擎在虚拟校园漫游项目开发中的灵活性和多样性。
  关键词:虚拟现实 虚拟校园 Virtools Maya
  中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)10-0095-02
  1、引言
  虚拟校园是近年来在虚拟现实研究领域出现的热门方向,包含了计算机图形学、人机交互等多种学科。虚拟校园漫游作为虚拟现实的一个重要方面,受到了越来越多的研究者们的关注,不但能展示学校的风景,还能提供导航等功能型应用,很多学校都搭建了自己的虚拟校园平台,常见的实现方法有三维动画演示、网页2.5D校园地图和基于游戏引擎的可交互型漫游系统等。
  游戏引擎是一个复合型系统,它包含了渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。同时,游戏引擎中多数功能都已封装好,可以直接使用,极大的减少开发的难度和工作量,提高了工作效率而且降低了使用门槛。作为一种新型虚拟漫游系统的开发软件,与之前的实现方法相比,它更加强大、更加灵活和多样化,给虚拟校园漫游系统研发提供一个良好的软件平台。
  Virtools是一个功能全面的轻量级游戏引擎,使用简单,已在数百所大学被广泛使用。同时,Vitools可以直接发布html格式,便于开发网络平台的应用。本文通过对研究基于Virtools游戏引擎的研究,利用游戏引擎的优点,提出一套有效的搭建虚拟校园漫游场景的方法及流程。
  2、校园场景制作
  2.1 校园地图
  虚拟校园漫游具有较高的真实性,地图的绘制作为校园场景的第一步,也是最重要的步骤之一,需要一定的严谨性,才能得到较为精确的校园场景。
  通过Google卫星地图(如图1所示),可以得到一个非常精确的校园航拍图,这个地图不仅准确,而且对于校园里道路、建筑物、植被分布等信息都能有很直观的认识。
  2.2 模型建立和材质纹理贴图
  因为模型在Maya软件中完成建模后,需要导入Virtools游戏引擎中进行使用,为了提高交互场景的运行速度,需要控制筑物和植物模型的面数,以及模型贴图的大小和数量。
  建筑物模型为了减少面数,只构建出建筑物的主轮廓和比较明显的突起结构,细小的细节通过图片来表现。因为学校的教学楼比较规整,如阳台窗子等部分可以复用一张贴图来表现,这样极大的提高了引擎的运行速度。(如图3所示)
  植物可以通过交叉的面片来实现,这种方法极大的降低了模型面片数,并配上良好的照片素材和透明贴图来实现模型效果。(如图4所示)
  完成所有场景元素的模型后,按地图中相应位置摆放,形成一个完整的虚拟校园场景,整合后整体导入Virtools引擎中,这样能很大的提高制作效率。
  2.4 导出游戏引擎可用的文件格式
  Maya的模型文件要导入Virtools引擎需要安装一个“Maya To Virtools”的插件,并选择已安装的Maya软件所对应的版本。安装完成后,打开Maya软件,选择“Window”>“Settings/Preferences”>“Plug-in Manager”打开插件管理窗口,找到“Maya2Virtools2.mll”项,勾选后面的两个选项完成插件的加载。
  打开“File”菜单,点击“Export”后的小方块打开导出设置窗口,选择Virtools格式导出,通常情况下不需要更改下面的默认设置。最后所导出“*.nmo”格式的文件便可以直接导入Virtools引擎了。
  3、游戏引擎虚拟漫游实施方案
  把整合的场景模型导入到Virtools中,形成了整个虚拟校园漫游的场景。(如图5所示)
  3.1 漫游方式设计
  漫游的方式选用3D游戏常用的第三人称视角(即跟随式视角),让玩家控制的人物在整个校园中自由行动。最初的设计是使用人物作为主角,但是发现由于校园场景过大,人的移动速度太慢,使得漫游整个校园场景过于漫长,非常影响用户体验,强行提高奔跑速度又过于牵强。经过多次试验后,最后选着通过驾驶小车的形式来进行漫游。同样选着第三人称视角,将摄像机架设在小车的顶部,这样比较容易操作。
  3.2 碰撞检测及音效触发
  碰撞是一个非常重要的系统,当物体与物体接触时,如果没有设置碰撞,物体会发生穿透现象,影响了虚拟环境的真是感。由于很多模型的结构比较复杂,如果复杂的接触,可能会触发多个面不同角度的碰撞,容易产生程序错误。
  可以通过Virtools引擎中的三维虚拟物体来实现引擎的碰撞计算的简单化。将每一个会产生碰撞的模型,如楼房、小车等,用一个三维虚拟物体完全包裹住,将碰撞判定设置在这个三维虚拟物体上,这样可以有效的减少碰撞时可能出现的错误。
  音效是虚拟漫游中的一个重要元素,校园介绍更是必不可少的。为了让小车在经过校门和各幢楼前时,都能听到相应的简介,这里同样可以用三维虚拟物体来触发音效。分别在和各幢楼以及学校大门等位置设置三维虚拟物体,这里的三维虚拟物体设置为可穿透的触发机关,当小车的三维虚拟物体与之相接触时,触发音效(如图6所示)。
  3.3 生成执行文件
  完成虚拟校园漫游的制作后,可以使用Virtools打包发布一个html格式的应用程序,打开html文件便可以进行虚拟校园的漫游体验了。同时可以将这个html文件上传到网络,用户可以通过IE浏览器在网上进行校园虚拟漫游。
  4、结语
  本文研究和提出了在Virtools平台下,虚拟校园漫游系统的制作方法,利用游戏引擎的特点和优势,快速的建立了可交互的3D虚拟校园游系统。通过利用游戏引擎的灵活性,使得虚拟漫游的应用拥有了更大的扩展性。游戏引擎的应用将更为广泛,用户体验更加多样化。游戏引擎将会成为虚拟现实领域的一个重要角色。
  参考文献
  [1]火星时代.火星人系列图书: Maya白金手册[M].北京:人民邮电出版社,2011.
  [2]王立群,李红松.电脑游戏策划与设计: Virtools 简明教程[M].上海:复旦大学出版社,2008.
  [3]付志勇,高鸣.三维游戏设计[M].北京:清华大学出版社,2008.
  [4]黄亚鹰,邵阳.游戏引擎创建虚拟现实校园的研究与应用[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2011,2.
  [5]张佳兴,王峥.赛车类虚拟现实游戏核心[J].现代电影技术,2008,11.

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