基于Unity3D的端砚非物质文化遗产虚拟交互展馆的实现

【摘 要】虚拟现实的用户群体在不断扩张，Newzoo在其发布的VR市场报告中声明2022年活跃使用的VR头显已达2770万台。目前交互引擎也百家争鸣，本文提出以unity3D引擎为交互系统的开发解决方案，介绍采用unity3D引擎构建端砚非遗虚拟交互展馆的系统框架，着重阐述VR场景交互的方法实现，包括以三维建模技术、C#编程、交互式开发等手段的完整制作流程以及引擎具体运用。

【关键词】虚拟现实交互 非物质文化遗产 三维游戏引擎

一、前言

虚拟现实技术又称VR，利用其技术表现的三维虚拟空间，可使人身临其境。传统美术、书法等传统文化数字化再现是当前非物质文化遗产保护的研究热点，随着VR与三维游戏引擎日益成熟，使端砚非物质文化遗产进行全方位的三维模拟展示变为可行。使用3Dmax构建展馆场景模型以及材质；交互界面和三维漫游使用unity引擎实现。具体框架分为三维场景搭建，UI场景搭建，物理引擎运用，脚本移动控制等部分。

二、三维模型素材

市面上有许多不同的三维建模软件，各有千秋，笔者使用的是3Dmax，其导出的FBX模型与Unity3D的兼容性颇为良好。

（一）创建模型

简单三维模型采用多边形建模创建，若需制作不规则复杂物体，可采用曲线建模。由于GPU对场景面数的渲染有局限性，减少场景中点线数量可以有效降低软件对计算机性能的需求，因此要构想精简的建模思路，使用恰当的建模方法，并尽量删除多余的点线。

（二）材质与贴图

在对三维模型进行大量优化的同时，也丢失了模型本身的细节，为了让低精度模型仍然拥有好观感，可以通过展UV贴图的方式，搭配渲染效果适当的材质，把精美的绘图添加到模型上补充细节。

三、Unity3D平台开发

Unity3D是由Unity Technologies公司开发的用于轻松创建游戏和三维互动内容的开发工具，是一个综合能力强大的跨平台游戏引擎，可发布游戏至Windows、Mac和Android等数十个平台。

（一）UI场景搭建

用户界面（User Interface）是指对软件的交互、逻辑、外观的整体设计。好的UI设计不仅是让软件变得有个性有品味，还要让软件的操作变得舒适、简单、自由。我的UI共三部分：

a）主UI界面

创建canvas，其下创建image子物体作为背景。背景下创建Button物体，并添加转换场景的事件脚本赋予button功能，亦可添加鼠标进入时改变transform属性等美化功能。

背景下共有button6个，分别是欣赏展馆、操作手册、端砚介绍、观馆须知、视频欣赏、退出展馆，前四个各自司管不同的子UI场景，视频欣赏是通过buttton事件启用禁用的视频，退出展馆则是关闭应用。

b）开场视频

于主UI界面再创建一个canvas，以VideoCanvas命名，将其canvas组件的sort order值更改为1，并于其下创建搭载raw image与videoplayer及audiosource组件的子物体AwakeAnime，调整videoplayer的clip更改视频。在AwakeAnime下创建两个按钮，分别管理视频的播放与跳过。

创建用于管理视频的C#脚本，挂载到VideoCanvas下，并通过GetComponent与公开button组件并赋值的方法使其控制该VideoCanvas，随后编写按钮事件控制视频播放，并在视频播放完后以事件禁用掉AwakeAnime。

c）子UI界面

各子UI界面同样以canvas于其image子物体作为UI界面的打底，并都添加“返回”按钮，通过按钮事件控制场景跳转。

展馆欣赏：共两个展馆并各拥有一张隐藏的效果图，通过按钮选择进入哪一个，并对其附加C#脚本组件，该脚本引用UnityEngine.Systems命名空间与IPointerEnterHandler， IPointerExitHandler接口，当鼠标移动到按钮上时实现接口方法，将展示效果图启用，并改变transform属性对按钮位移，在鼠标离开按钮时，再次禁用该图片且还原按钮的位移，以达成方便且美观的用户界面。

（二）三维场景搭建

a）导入模型

将存有FBX文件及贴图的文件夹导入unity后，拖拽到scene面板进行实例化。

b）烘焙灯光

在对场地、模型与灯光进行拼装后，将灯光物体的static勾选，其light组件的mode设为laked，然后打开lighting面板，生成灯光设置。

（三）移动控制

a）相机移动与旋转

Main Camera设置为Player的子物体，接着为Main Camera添加C#脚本命名为MainCameraRotate，声明实例Instance并赋值自身以待角色控制器调用，通过input类获取鼠标的X，Y轴位移或外接VR头显，接着通过Transform.Rotate方法实现相机同步旋转。

b）角色控制器

为Player添加Character Controller组件，并创建C#脚本声明角色行为，通过Input类获得虚拟轴x和z的偏移，再通过Main Camera的脚本实例获取视角的forward和right，将两者相乘后的方向向量相加，一个自由的虚拟漫游镜头就诞生了。

（四）碰撞检测

选择希望拥有实体感的模型，如地面、展柜等，分别给予适合的碰撞体组件，如地面选择plane collider，展柜选择box collider等。运行无误后便可导出应用程序了。

四、结束语

本文以3D MAX、Unity3D两软件为主要发开工具，实现了非物质文化遗产端砚的虚拟交互展馆软件，其系统涉及了多个计算机技术领域，便捷直观，交互性优异，对非遗保护与传播具有实际应用价值。

五、参考文献

[1] 杨雪，钱秉江.基于Unity3d的河下古镇虚拟交互漫游系统的实现[J].数字化用户，2014.05：108.

[2] 张耀.基于Unity的校园漫游VR系统设计与实现[J].数字技术与应用，2018.11：124-126.

姓名：郑哲 出生日期：2000年9月1日 性别：男

籍贯：河南省安阳市瓦岗寨乡大范庄村 职务：学生 学历：本科

研究方向：数字媒体技术