一、引言

1.1 研究背景

随着科技的不断发展，Unity3D 在虚拟校园导航系统中的应用越来越广泛。目前，基于 Unity3D 的虚拟校园漫游系统已经成为教育领域的一个重要应用。它将校园的建筑、环境和学习资源等数字化，并通过虚拟现实技术进行呈现，使学生能够在虚拟环境中进行漫游，探索和学习，提高了学生的兴趣和参与度。同时对于新生同学熟悉学校有着至关重要的效果。

在实现虚拟校园漫游系统的过程中，Unity3D 引擎发挥了重要作用。它是一种跨平台的游戏引擎，支持多种平台和多种开发语言。开发人员可以利用 Unity3D 将虚拟环境的建模、添加动画、求解物理和添加声音等任务轻松完成。

在虚拟校园漫游系统中，主要包括建筑和环境建模、场景设计和人物建模等方面。建筑和环境建模以校园为基础，通过 3D 建模软件将校园的建筑物和环境进行数字化，并进行纹理和光照的处理，使其更加逼真。

1.2 研究目的

探索创新的沉浸式虚拟校园导航系统设计与实现方法具有重要意义。通过结合 Unity3D 技术和虚拟现实技术，可以为学生提供更加真实、生动的校园环境，促进智慧的普及和发展。

本文以辽宁生态工程职业学院南校区作为试点案例进行设计开发，在平台上，选择运行效率更高、维护更方便的 unity3d引擎，通过细化系统架构设计，运用 3dsmax和Maya 建模软件技术制作场景中的模型，使用 C#语言实现人机交互，最终输出到移动端。通过不断探索和研究新的技术和方法，以提高虚拟校园导航系统的稳定性和用户体验，为用户提供更加优质的服务。

二、虚拟校园导航系统的设计

该系统将分为以下几个功能模块进行开发：

2.1漫游功能模块

用户可使用虚拟摇杆，操控角色在虚拟校园中自由行走，同时小地图会显示当前角色所在的位置，以及周围的建筑物、道路、操场、花园等区域的位置和布局。

2.2交互功能

当用户使用屏幕中间的准星对准地图上的建筑物或场所图标时，系统能够弹出相应的信息窗口，展示该建筑物或场所的详细信息，如名称、功能等。对于一些重要的建筑物，还可以提供内部的楼层结构、房间分布等信息，方便用户了解。

2.3搜索功能

用户可以输入关键词，如建筑物名称、场所名称等，系统能够快速在地图上定位到相应的位置，同时角色与目标点会有相对应的路径线连接，指示目标点方向。搜索功能应具有较高的准确性和智能性，能够理解用户的模糊输入，并给出相关的搜索结果。例如，用户输入 “209实训室”，系统可以列出校园内所有的教学楼中包含209实训室。

2.4路径导航功能

根据用户输入的起点和终点，利用路径规划算法计算出最短的行走路线。算法需要考虑校园内的道路网络、建筑物的布局以及可能存在的障碍物等因素，确保计算出的路径是最快捷、最合理的。计算出的路径可以在地图上以明显的线条或颜色标注出来，方便用户查看。

2.5账户管理功能

系统中将准备三种身份供用户选择，即教师身份、学生身份、游客身份。允许用户选择其中一种身份登录系统，保存用户的个人信息和导航历史记录。用户登录后，可以查看自己之前的导航记录，方便快速找到之前去过的地方。

2.6专题统计功能

用于统计教师，学生的数量，可根据二级学院进行分类，该功能后期可进行升级，教师按学院，按教研室等类型进行分类。学生可按学院，寝室等类型进行分类。方便统计在校生数量等信息。

三、沉浸式设计要素

3.1 视觉效果营造

3.1.1 精细建模

以辽宁生态工程职业学院为例，该校在虚拟校园的建模过程中，采用了高模与低模结合的方式。在地形上，按本校特色分为教学区以及生活区分别建模，各建筑则分别进行建模。对于教学楼这种提供室内游览功能的建筑，采用相对高模，以展现更多的细节，提升用户的体验感。而对于其他建筑，则使用低模，通过贴图来提升模型的真实感，这种方式充分考虑到了资源利用问题。例如，在建模过程中，先从不同距离不同角度采集校园建筑及风景照片，参考百度实景地图比例，完成三维模型的创建，使得模型更加贴近实际校园场景。

3.1.2 逼真贴图

在虚拟校园中，贴图对于提升模型真实感起着至关重要的作用。例如，在 Unity 中，可以选择合适的贴图素材，如根据不同的需求选择合适的贴图分辨率和格式。确定贴图的颜色空间也非常重要，不同的颜色空间会影响到模型的视觉效果。此外，网上资源与自制贴图各有优势，可以根据实际情况进行选择。在优化贴图的导入设置方面，可以选择不同的压缩格式以平衡质量和性能。例如，对于需要保真度较高的贴图，可以选择不进行压缩或选择高保真度的压缩格式，如 TrueColor；而对于一些不太重要或分辨率较低的贴图，可以选择压缩格式，如 ASTC、ATC 等。同时，开启 Mipmap 可以提高渲染效率和避免锯齿感。在基于 Unity3D 的虚拟校园漫游系统中。

3.2 交互功能设计

3.2.1 第三人称视角准星聚焦操作

操作界面采用虚拟摇杆的形式控制人物角色移动，屏幕中心位置有准星符号，将准星符号对准某一物体时，会有相对应的文字提示，用户可根据提示进行操作。

3.2.2 二维小地图交互

二维小地图在校园导航中起着重要的作用。在 Unity3D 虚拟校园中，二维小地图可以显示玩家所在的位置，并且展示周围的环境，帮助玩家更好地了解游戏世界的地形、地图结构和目标位置等信息。例如，在基于 Unity3D 的虚拟校园漫游系统设计中，为实现不同建筑间的路径规划，设置了二维小地图，既方便用户了解自己在校园中的位置，也使用户可以通过点击二维小地图实现不同建筑间的路径规划。二维小地图通常圆形或方形，可以放大缩小，也可以旋转，以便用户方便查看。

四、系统功能实现

4.1 校园场景构建

在虚拟校园模型创建方面，使用的是maya软件。首先我们对校园内所有的建筑物进行测量对比。通过现场调研和测量数据，获取校园建筑的信息，包括建筑物的外形和大小、墙壁、窗户、屋顶构造、门和门廊等。在maya中，建立校园整体布局图，按照比例进行建模。重要模型在细节方面要更加注重一些，尤其是在展UV时，对模型的把控要更加严谨。

在材质和贴图设计方面，通过adobe substance3D软件进行材质的编辑，对材质的法线贴图和环境光贴图进行着重处理。通过Photoshop软件制作物体表面贴图，例如墙壁的真石漆贴图，道路的柏油贴图等。

4.2 路径导航功能实现

寻路系统是一个很常用的功能，角色要达到某一坐标点，需要系统给出一个路径，这样可以帮助角色规划出路径，提示角色到达目标点。在本次的案例中，通过使用Unity 3D游戏引擎中Navigtation实现寻路系统的同时，使用Line Renderer组件表示出指示线，帮助角色到达目标点。

在使用Navigation导航系统时，要注意判断条件是基于静态物体进行的，如果想对于动态物体进行判断，需要添加相对应的组件。

虚拟校园的导航服务用于校园内各建筑设施之间的智能导航，可在屏幕右上方的【导航】栏进行目的地的搜索。通过角色所在的位置和设置的终点，可进行导航路径规划。

结束语：

本文深入研究了基于 Unity3D 的虚拟校园导航系统的设计与实现。通过多方面的努力，成功构建了一个具有高度沉浸感和实用性的虚拟校园导航系统。

在理论基础方面，Unity3D 的多平台兼容性和强大图形引擎为系统提供了坚实的技术支持。虚拟校园导航原理中的路径规划算法和定位技术确保了用户在虚拟校园中的准确导航。

在系统功能实现方面，3D 建模技术和地形生成技术构建了逼真的校园场景。地图导航和传送功能的实现为用户提供了便捷的导航服务。