吴静松 程万里
摘 要：本文主要分析研究了虚拟教学楼外景以及教室内部的三维交互展示系统，以面向对象设计方法为核心，结合VRP的交互函数、3DS Max建模软件，创建出教学楼、教室的虚拟模型，实现了学院的虚拟场景以及教学展示，例如上下课展示、黑板写字、教师讲话、学生提问等功能。
关键词：碰撞检测 场景漫游 锚点路径
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（a）-0219-02
科技的高速发展，一直不断改善着人们的生活及学习。虚拟技术是虚拟世界与现实世界相互联系的枢纽，如今，虚拟世界正在越来越逼真的再现现实中的一切，其中，虚拟三维场景成为决定其是否真实的关键。虚拟教学楼展示是虚拟现实技术的综合应用之一，此设计可以让校外人员在虚拟环境下，了解并熟悉本学院的教学生活，对教学楼及其学院的教学模式有比较直观的了解，使现实场景通过网络更加立体真实的展现在人们眼前，提供丰富的相关信息，使人们仿佛身临其境，打造一个可视化的、有声色的仿真环境系统。
1 系统总体设计
本文是在VRP编辑器的开发平台下，借助3DS Max三维软件制作加工系统所需的三维场景以及相关模型，通过VRP for MAX插件在VRP编辑器和3DS Max之间建立联系，进行渲染烘焙后，导入到VRP编辑器中，为后期进行三维场景的漫游与交互操作进行基础场景搭建。
在场景界面中，鼠标点击“场景初始操作”按钮，进行相机转场及切换，实现对人物的漫游行走，鼠标双击场景中的任意一个地方，可以拉近或拉远视线，实现视角的快速定位观察；设置行走相机，通过碰撞检测功能，可以实对周围场景及障碍物的进行自动判断与识别；通过在初级界面设置的按钮以及高级界面的菜单，进行场景切换以及背景音乐控制；最后通过设置锚点路径以及鼠标事件，实现点击学生行走坐下等动作。
2 场景模型的实现
VRP是虚拟场景交互制作的平台，而场景的建立需要模型的支撑，所以模型建立是重中之重，在此介绍主要模型的建立方法。
2.1 教学楼建立
结合现实中教学楼的模样比例，利用3DS Max中的长方体建立制作模型。此模型要使一楼实现空心放置，以便以后导入教室模型。
2.2 教室布局设计
现实生活中的教室必需品一般和相应的课程或者方向有关，本设计主要考虑的是理论课堂教学的模式所需，因此，主要实现的物品有桌椅、黑板、白板、讲桌、电脑等。
2.3 墙体以及窗户的建立
墙体的建立，运用矩形在顶视图中绘制矩形，并将其转化为样条线，在轮廓栏中填写大小，并使用修改其中的挤出命令，设置合适的高度，实现墙体的建立。
窗户的建立，因为是嵌入墙体内的，所以在做好窗户模型之后，绘制窗体大小的长方体，厚度可增大。在窗体位置放置长方体，将长方体和墙体进行布尔运算，抠出一部分墙体。最后将窗户放到此位置后，距离角度进行调整。
2.4 桌椅模型的建立
通过对实物的观察，用长方体模型对各个边进行多段划分，适当设置分段。利用对点的调整，进行NURBS曲面观察，设置出逼真模型。将各个零件制作完成后，调整位置大小角度，组合成教室桌椅模型。为了方便后期制作刚体动画，轴心的设置是一重要问题。将椅子旋转部分坐面的轴心设置在面与横梁交界处，这样旋转过后可防止旋转出现跳转，偏离。
2.5 黑板与门的建立
根据实物大小与样式制作门，其中制作合适大小长方体，对边分段，然后对于各个小面多次运用倒角命令。调整角度和面的大小之后，形成门的模型。并将轴心定位为门的左下角，使其和门框组合后实现开关门效果。根据墙体大小制作黑板，运用布尔运算命令，将两个长方体调整大小位置之后，进行复合，形成黑板边框，再将四个长方体错位放置在黑板中，最后黑板制作完成。
3 系统交互设计
模型制作完成后，将模型导入VRP中就可以开始交互部分的设计。
3.1 初级界面设计
本设计中主要设计制作了三个按钮。分别是音乐、上下课和场景开始按钮。按钮调整好位置后进行贴图调试，然后根据需要的功能进行鼠标事件的设置。
3.2 高级界面设计
本设计主要制作了四个菜单。分别为总菜单、上课菜单、音量设置菜单和音乐控制菜单。这里主要描述上课菜单的功能及实现。上课菜单分为两个菜单栏，上课和下课。点击上课实现场景转换，此菜单栏的目的是切入到教室外面开始播放路径动画并设置淡入转场效果，主要过鼠标事件函数实现。点击下课场景跳出，上课场景重置，此菜单栏的目的是跳出播放状态，重置路径动画并设置淡出效果，实现过程和方法同上课。
3.3 骨骼动画设计
在场景中增加骨骼动画人物，并调试其位置，从动作库中添加动作。为之后的折线路径和上课展示动画进行铺垫。
3.4 形状栏折线路径设计
本设计中在进入教室前、进入教室后以及讲台上都设置了锚点事件。第一个锚点实现功能为从教室外要进入教室里时进行相机切换，同时切换至室内相机，进入教室后，在讲台旁进行讲话效果展示，继而上讲台，此时相机切换至黑板场景中，播放文字出来的刚体动画，当动画播放完成时切换至室内相机。
第二个锚点路径是实现学生从教学楼外进入楼内，在电视机前驻足观看，再根据设置的锚点路径在走出教学楼。此行走动画是循环执行的，锚点事件主要函数如下：
path02.008..锚点到达
路径动画暂停，path02，1
设置定时器，2，0，1，
路径动画暂停，path02，0
path02.013..锚点到达
路径动画暂停，path02，1
设置定时器，1，0，12000，1
插播骨骼动作，小女孩，0，3，1
第三个锚点路径是实现学生在教室站立，或者靠在桌椅上，然后当点击人物时，根据锚点路径行走，在座位处播放坐下动作，并实现桌椅旋转的刚体动画。
3.5 相机设计
为了实线漫游效果，设置相机并设置参数。在本设计中添加了五个相机分别为室外飛行相机、任务角色控制相机，室内飞行相机、任务跟踪相机和定点观察相机。飞行相机位于教学楼外围正前方，人体形状为任务高度1.6英尺，开启碰撞，随后在物理碰撞栏中，对于各个物体进行适时开启碰撞。这样会避免出现任务行走过程中产生墙体分离视野被物体遮挡；角色控制相机绑定相关人物，水平视角设定为40度，奔跑速率比定为10，这样可实现运用鼠标，点击那里人物移动，使人物跟随鼠标移动；室内飞行相机，在本设计中定位在教室后门墙中间，可在展示教室讲课场景时进行转换。
3.6 动画设计
本设计要实现人物走近大门，门自动打开，人物走过门自动关闭，此时则需要3DS Max中制作的刚体动画，并且需要进行距离出发设置。在3DS Max中门前设置长方体，然后在VRP中进行方块的隐藏，在距离触发设置中，有设置进入距离触发和离开距离触发设置，在进入距离出发设置中设置脚本Box001，当进入触发距离时，播放相应的触发函数。
4 结语
在设计过程中，本文对所研究的关键技术进行了相关实例的应用，验证了本文讨论的系统技术路线方法在思路、技术等方面的基本可行性。由于时间及其他的原因，有一部分功能可以更详细化，使之有更加贴切的逼真的效果，这将在以后的过程中加以完善。
参考文献
[1]李儒茂，郭翠翠.VRP12虚拟现实编辑器标准教程[M].北京：印刷工业出版社，2013.
[2]雷常细.谈3DMAX在室内设计教学中的感想[J].网友世界，2013（24）：15.endprint
