基于SketchUp虚拟现实技术的数字校园漫游设计与实现

黄检文（萍乡学院 江西萍乡 337000）

基于SketchUp虚拟现实技术的数字校园漫游设计与实现

黄检文（萍乡学院 江西萍乡 337000）

本文以萍乡学院数字化校园场景漫游的制作为例，介绍了三维建模软件SketchUp在基于虚拟现实技术的数字化校园场景漫游制作方面的特点和功能，提出了虚拟现实技术数字化校园漫游设计与制作的一般过程，并从实现技术和方法等方面进行阐述，为SketchUp学习爱好者提供积极帮助与参考。

虚拟现实；数字化校园漫游；SketchUp；萍乡学院

当今信息化时代，计算机技术的快速发展，与之相关的数字媒体技术、三维虚拟现实等各类数字信息技术也迅猛发展，实体的虚拟化和管理的信息化已经成为当前社会各领域的重要数字技术应用。数字化办公、网上博物馆参观、数字城市社区管理等，让人们意识到虚拟现实技术的广阔发展空间和巨大开发价值，由此世界各发达国家都着力于重点开发研究这一数字技术领域。我国的虚拟现实技术研究发展较晚，但是国内各地区也正在积极倡导和开发虚拟现实技术相关的应用领域，如建设智慧城市、数字校园、数字社区、数字博物馆与数字景区等，逐步深度的与互联网技术完美融合，确实展现“互联网+”带来的方便与快捷。高校作为新技术、新知识的学习和开发应用前沿，数字校园的开发或者三维虚拟校园的建设是目前国内许多高等院校正在努力或者已经应用的重要工程。三维虚拟校园的逼真数字视觉场景环境，可以将真实的校园场景全方位、立体化的展现在大众面前，从而让三维虚拟校园在高校面向考生及家长进行校园环境的招生宣传、面向入学新生和早已毕业校友以及游客的校园环境导航、面向师生员工的数字化信息管理等方面都发挥着重要的作用。本文以赣西地方高校萍乡学院数字校园漫游为例，综合分析基于虚拟现实技术的SketchUp三维建模软件在数字校园漫游设计与实现中的应用。

一、三维建模软件SketchUp介绍

当前，设计界常用的三维建模软件主要有：SketchUp、3dsMax、AutoCAD、Maya、XSI，ZBrush等。SketchUp软件功能和操作简单、模型通用性好、模型较小、建模周期短、可以快速大批量精细建模；3dsMax软件功能和操作复杂、模型通用性好、模型数据量大、建模周期较长、渲染效果好；AutoCAD软件功能和操作性一般、模型精细度差、模型数据量一般、模型通用性差、模型搭建时间一般；Softimage公司的XSI一款超强的动画设计与影视特效软件，它具有强大的动画能力和优异的模型制作水平，模型搭建精细周期长、操作性复杂以及通用性差；ZBrush 是一个数字雕刻和绘画软件。通过这些主流的三维建模软件的实用性、普适性、软件功能侧重点、模型搭建周期等方面的比较分析得出，各模型搭建软件各有优劣长短，各有其擅长和弱化的方面。在实际工程项目模型搭建过程中，可以根据项目实际和客户预算与需求来权衡考虑选择。

SketchUp（中文名为：草图大师）是由成立于2000年的@Last Software公司开发，公司规模不大，却以SketchUp闻名。2006年该公司被互联网巨头Google公司收购，故现称为Google SketchUp。Google SketchUp是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，利用其进行创作不仅能够充分表达设计师的意思，而且能完全满足设计师与客户即时交流的需要。它让设计师可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。在SketchUp中建立三维模型就像使用铅笔作图一样，Sketch Up本身能自动识别这些线条，并加以自动捕捉。它的建模流程简单，即：画线成面，然后挤压成型，这也是建筑建模中最常用的拉伸建模法。[1]

SketchUp是一款非常受欢迎并且易于使用的3D设计软件，有电子设计中的“铅笔”美誉之称，可见该软件的使用简便，容易上手，图形设计者只需创作中完美展现图形作品创意而无须过多考虑软件使用技巧。它是以直观面对作品方案设计创作的图形设计工具，设计者的创意思维首先可以在创作过程中完美呈现，其次也可以充分实现与客户随时沟通的需要，它极大的方便了设计者直接计算机软件上开展建模设计构思的直观性与即时性，是数字校园漫游设计方案创作的优秀工具。根据数字校园三维模型搭建的项目特点，我们可以分析出SketchUp软件可以建筑、园林、景观等多个方面应用的适用范围广阔特性；它同时具有界面直观性，综合虚拟现实技术的数字校园漫游三维建模的应用特性，我们简要对SketchUp的长处情况进行归纳概括：它具有软件适用范围广；软件界面简洁明了；其自带建筑项目中的各类素材组件和纹理边线的材质库，有不同模式下的显示，如三维模型的草稿、透视、渲染等各式显示效果展现，方便设计者直观设计创作；软件演示视频动画功能的操作简便，同样让设计者可以很好的进行工程项目的展示动画制作，也可以在文化类等其它动画作品设计或创作中使用SketchUp软件的视频动画功能进行动画场景模型的构思与草图创作。

从以上几款常用三维图形软件的比较和SketchUp软件的长处介绍，SketchUp可以作为虚拟现实技术中数字校园漫游设计与制作的首选软件，进行项目开展。

二、虚拟现实技术数字校园漫游设计与制作的一般过程

数字校园漫游场景一般包括校园道路环境、教学生活建筑场所、体育活动场、校园景观环境空间等基本构成元素，其中校园道路环境是数字校园漫游设计与制作的主体，建筑漫游围绕着校园道路的进深而展开制作，一般又包括学校主道、辅道、连接教学与生活的各校园脉络支流道路；数字校园漫游场景中的另外一个重点就是校园建筑场所，主要涵盖了学校的教学与实验办公场地、图书资料场馆、餐饮消费场所、教职工居住休息楼宇、学生公寓、师生活动中心、校园创意孵化中心等。从数字校园漫游建模对象的种类和数量上来分析，虚拟现实技术下的数字化校园漫游环境空间表现是较为繁琐的项目工程，为了此项目的流程进展顺畅，项目开展前的筹划设计必须提前做好，笔者计划从数学校园漫游制作的前段项目素材资料整理与分析、中段校园空间环境三维数字化模型的搭建与整合、尾段项目整体三维可视化效果的实现与完善三个方面来进行项目制作。

三、萍乡学院校园环境空间的三维数字化虚拟漫游创作与实现

1.校园环境空间三维数字化虚拟漫游实现的软、硬件需求

校园环境空间三维数字化虚拟漫游创作与实现流程中核心使用SketchUp数字三维建模软件，同时配合3DMAX软件辅助建模、Photoshop模型贴图材质软件操作、音视频后期处理软件Premiere或大洋ME的虚拟漫游动画后期合成制作完善。硬件方面配备一台的高清像素的单反带广角镜头的数码相机，一台配置好的主机电脑（i5 4590四核3.3GHz/6，60G固态+1TB机械硬盘，显卡GTX960OC 4G D5，内存8G DDR3 1600，3D滚轮鼠标等），采用Win XP或Win 8应用平台，安装SketchUp8.0及3DMAX2014三维建模绘制软件，视频剪辑与合成软件使用Premiere Pro CS4、Afiereffects8.0，材质贴图处理软件采用Photoshop CS4.

2.萍乡学院校园环境空间三维数字化漫游系统设计

萍乡学院坐落在湘赣交界的“赣西明珠”、“工运摇篮”萍乡市安源新区。萍乡学院办学始于1941年创办的省立萍乡师范学校，1949年更名为萍乡师范学校，1982年成立萍乡教育学院，1993年更名为萍乡高等专科学校，2013年经教育部和江西省人民政府批准升格为全日制公办普通本科院校萍乡学院。本文是以萍乡学院校园环境空间为设计对象进行虚拟现实技术的数字化校园漫游制作。

萍乡学院校园环境主要包括教学与实验大楼和师生宿舍建筑物、田径运动场、室外篮球场、校园雕塑人文景观、车道人行线路、景观植物带等。学院环境空间核心为校园建筑物，主要由学院鼎新楼、格致楼、图书馆、音乐厅、艺术楼、跬步楼、英华楼、多维楼、学生宿舍、教职工家属楼、学生食堂等十多栋校园建筑构成学院校园环境空间主体；除了上述学院建筑楼宇之外，还有校园车道人行线路、景观植物带、田径场、 东西校门、文廷式小广场、毛泽东去安源雕塑升旗广场、校园导示牌等；这样也构成和丰富了学院校园环境空间效果，成为虚拟数字校园的核心组成部分，进一步丰富了学院校园数字漫游动画的场景层次感和空间真实感。

（1）校园环境资料收集

数字校园资料收集主要是把校园各教学与实验大楼、师生宿舍、学生食堂、田径场、校园车道人行线路以及文廷式雕塑等人文景观物件外形、尺寸大小等数据收集与整理。校园规划的整体平面CAD图纸和单栋建筑及校园雕塑的具体数据信息可以去基建等相关后勤部门或学校发展展示馆详细查阅；如果有些数据信息不够清楚或者因为校园发展与材料搬迁过程中丢失不祥的情况，则可以通过组织项目人员直接用标尺和测位仪器对需要掌握数据的校园建筑或者景观进行丈量，从而得到数字校园漫游制作所需的参数数据。再利用百度地图、高德地图或者谷歌地球等数字地图系统工具搜索到萍乡学院校园整体环境数字图形，选择符合项目尺寸的比例抓取平面效果图数据，把从各方面收集的数据参数进行整合分析最后得到相对准确的数据信息。再通过数码相机直接拍摄获得学院校园环境景观实景图形数据资料，用于后续软件三维模型搭建参照图和场景后期贴图材质使用。材质贴图的校园素材图片要选择好场景角度和环境光影效果，光影要均匀，相机镜头和被拍建筑景观面垂直，同时拍摄建筑景观的全景图片作为该对象建模的完整参照图。拍摄所得的校园景观图片可能会有大小、光线、角度、分辨率、格式等方面的细节问题，可以通过数字图形处理软件Photoshop进行必要的处理完善，从而得到符合数字校园漫游制作所需的贴图材质。

（2）数字校园三维模型的搭建及方法

数字校园三维模型首先可以按照校园景别的不同进行模型区块划分，如萍乡学院西校门区域校园景别主要包括西校门、鼎新楼、格致楼、图书馆、学术交流中心以及道路花坛等物体，然后根据不同模型区块分别进行场景模型的制作，可以减少因为所需项目模型同时搭建过多、数据超载而导致软件运行缓慢或者直接死机崩溃的项目制作麻烦，同时模型区块的分别制作也有助于项目工作效率的提高、速度加快。数字校园模型搭建过程中首先确立校园每个不同区域的空间场景作为一个个单独对象进行分别建模与贴图。根据之前Sketchup中调入的包括校园道路、操场、花坛水池的校园场景信息的平面图，进行逐个制作与贴图，并加以渲染。最后再根据校园实际效果进行位置的摆放与整合。

三维模型搭建时，群组和组件两个命令的正确使用可以加快模型建模速度，从而提高工作效率。萍乡学院图书馆是此次数字化校园漫游虚拟现实场景中的地标性场景，下面以图书馆为例，来说明三维建模的制作过程及制作技巧。

首先利用通过校园CAD图纸或者谷歌地球捕捉的俯视图作为绘制图书馆底图。然后使用推拉工具根据实际高度将地底图进行拉伸，再将一条垂直边线拆分成六等份，将图书馆楼分为六层；再用线条工具将等分点捕捉并结合Ctrl键和输入5X就可以把图书馆大楼分为六层。然后进行图书馆的外墙面制作，外墙面主要是门框和窗户，可以先在草稿区绘制好门窗构件，移动到馆墙外部立面，定位外墙表面粘贴，位置合适调整及尺寸大小设置，再使用移动工具选中窗户组件用上述方法将各楼层窗户绘制好。整个图书馆建模完成之后，可以进行渲染和通过软件自带的材质进行贴图，或者网络下载合适材质进行贴图，亦可以通过自拍的图片照片，经过Photoshop软件处理后，获得较好些的真实场景材质逼真效果。

接下来把之前通过SketchUp软件绘制好的校园车道人行线路、植物景观、人文雕塑小品、亭台等场景模型分组拆解打散，布置于其空间合适位置并进行组合调整。通过此类数字校园配套模型的组合调整，搭建起来了数字校园漫游系统中的场景空间重要组成部件，从而使共享和协同信息系统资源之间的各项命令畅通，最终实现萍乡学院的数字校园漫游系统。

最后实现萍乡学院三维虚拟数字校园场景可视化或漫游系统，首先可以是基于网络开放共享系统的谷歌地球（Google Earth）上面的命令程序操作实现萍乡学院数字化校园的在线可视化；其次可以通过三维软件自带的动画程序及相关命令生成数字化校园漫游三维动画，再经过非线性编辑软件的后期剪辑与合成，使萍乡学院数字校园以动画视频的方式在网络和视音频媒体进行数学化展示或传播。

四、结语

本文基于Google SketchUp 搭建了萍乡学院数字校园虚拟漫游系统，概述了数字校园漫游场景模型的项目制作手段和进展程序，然后通过谷歌地球（Google Earth）网络共享系统平台和数字校园动画漫游再现。本项目制作初步实现了数字校园漫游的基本效果，今后将从虚拟现实技术系统研究，逐步探索数字化校园信息查询、方向定位、动态与交互等方面功能，让其更好的为学校招生就业宣传、校友资源拓展、校园规划建设以及提高教育教学质量和科研管理水平等多方面服务，真正成为我院一个重要的开放、共享与交流的数字化校园生态平台。

[1]呼延玲、刘斌、阿布力肯.基于SketchUp的三维虚拟校园景观制作[J].软件导刊，2013,01：65

[2]汪娟娟、康玲.虚拟现实在数字校园中的应用[J].计算机仿真，2003,20（6）

[3]2+1创维视界、张红霞.中文版Google SketchUp Pro8.0实用教程[M].北京：人民邮电出版社.2013

[4]张恒国.SketchUp建筑草图设计[M].北京：人民邮电出版社.2010

[5]童滋雨.SketchUp建筑建模详解教程[M].北京：中国建筑工业出版社.2007

[6]萍乡学院简介[EB/OL]. http://www.pxc.jx.cn/admin/lmnrgl/ content1.htm. 2016.9

10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.12.064

黄检文（1980--）男，江西宜春人，讲师，硕士，研究方向：数字媒体技术、图形图像。

萍乡市指导性科技计划项目课题2014NS078；萍乡学院校级课题11PXKY-11