虚拟现实技术概念在20世纪50年代首次出现在美国，核心工作原理就是将计算机技术和传感器技术相融合从而创造出来的一种新的交互手段，作为虚拟现实技术的出生地，其技术水平一直在处在世界领先地位，获得了长足的发展，在人体感知，人机交互，后端程序应用以及硬件方面进行了深入的研究。我国的虚拟现实技术起步较晚，相较于发达国家还有一段距离，但是随着计算机技术的不断发展，科学技术的不断进步，虚拟现实已经开始飞速发展。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。

　　本系统是基于Unity3D的虚拟旅游景区漫游系统，本系统的核心是可以交互的漫游功能，带给使用者身临其境的体验。本系统以泽龙湖景区为原型，将场景数字化，增加交互功能。

　　虚拟漫游技术是虚拟现实技术的一项重要的分支，尤其是近年来随着计算机行业的飞速发展，虚拟漫游技术也获得了长足的发展，已经真正的成为了一项可用于实际的技术，它的应用领域不断扩大，比如，医疗技术、军事演练、旅游娱乐、房产建筑等许多方面。它的特性——沉浸感、交互性、构想性，是其它类似或传统漫游无法比拟的。许多优秀的真实名胜景观的虚拟观光旅游系统纷纷面世。

　　在1965年虚拟现实技术的基本思想首次被提出，然后经过了早期探索阶段，到后来的走向实用的阶段，再到现的飞速发展阶段，经过了几十年的积累，许多理论上的技术正一一走入现实，如今无论是国内还是国外虚拟现实技术都是一个热门行业。

　　我国的虚拟现实技术起步较晚，相较于发达国家还有一段距离，但是随着计算机技术的不断发展，科学技术的不断进步，虚拟现实已经开始飞速发展，北京航空航天大学开发了可用于飞行员技术训练的虚拟现实系统，清华大学国家光盘研究中心开发出了“布达拉宫”虚拟现实系统，浙江大学国家重点实验室开发了虚拟建筑环境试试漫游系统。哈尔滨工业大学合成了特定的人脸图像，解决了表情与唇动合成技术问题。由北京航天航空大学、杭州大学、中国科学院计算所、中国科学院软件所和装甲兵工程学院等单位共同研发了一个分部虚拟环境基础信息平台，为我国开展分布式虚拟现实的研究提供了必要的基础设施环境。西安交通大学信息工程学院提出了一种基于JPEG的标准压缩编码新的方案，获得了更高的压缩比率，信噪比以及解压效率，有着很好的优越性。科技开发院威海分院开发了体视图像的算法回显及硬件接口。并且应经应用于实际商品。另外北京工业大学CAD研究中心、北京邮电大学、西北工业大学、上海交通大学、长沙国防科技大学、华东船舶工业、安徽大学、等单位也进行了一系列的虚拟现实方面的研究。虚拟现实将会主要向两个方向发展，虚拟现实桌面与高性能沉浸式虚拟现实发展。未来方向主要是在建筑与绘制，交互方式和系统构建等方面。虚拟环境是核心内容，获取环境的三维数据，并根据需要建立相应的虚拟环境模型。三维图像的生成技术走上正轨。人机交互设备主有头盔显示器、数据手套、数据衣服、位置传感器、声音传感器。

　　虚拟现实技术概念在20世纪50年代首次出现在美国，核心工作原理就是将计算机技术和传感器技术相融合从而创造出来的一种新的交互手段，作为虚拟现实技术的出生地，其技术水平一直在处在世界领先地位，获得了长足的发展，在人体感知，人机交互，后端程序应用以及硬件方面进行了深入的研究。

　　在实际应用方面已取得了非凡的研究成果，建立航空航天虚拟现实训练系统，建立了全国范围的虚拟现实在线教育系统。在军事方面，建设虚拟战场，进行多种多样的模拟训练，快速提高军队的实战能力及作战水平。其他国家也在相关领域取得了良好的成果，比如，工业设计、虚拟现实知识库、虚拟现实游戏等许多领域。

　　虚拟战场利用虚拟现实技术模拟真实战场环境，士兵通过装备传感设备，体验虚拟战场的环境，高度仿真的模拟环境极其有效的锻炼士兵的作战能力。

　　2016年，波音公司开展对“战术训练与趋势分析任务执行情况评估”系统的测试。这是一种基于网络的集中式数据库，它能与p-8和p-3的训练系统实现整合。海军研制的“水面训练先进虚拟环境”已将将虚拟现实，实操应用以及传统教学方法融合到了一起，用以培训新一代水手。

　　2016年法国EGA集团展出了一款模拟训练系统，由客户根据自身需求设置相关变量，调整系统，进行协同训练和部队实战演习。北卡罗来纳大学开发的虚拟现实系统名为“像素飞机”，西门子开发了虚拟现实系统“双胞胎”，远程展现实际流水工况和数据。谷歌在开发者大会上展示出了Daydream开发平台，用于开发虚拟现实系统。

　　Unity3D是UntiyTechnologies开发的一个能够轻松创建三维游戏，建筑可视化及及时三维互动动画内容的，多平台的综合型开发工具，现在已经是移动游戏领域里较为优秀的游戏引擎，也是一个全面整合的专业游戏引擎。

　　Unity不仅在游戏领域里有广阔的应用，其还可以用于3D虚拟仿线D场景导航以及一些精密仪器使用方法演示等，应用领域非常广泛。Unity用户界面是简单的。层级式的综合开发环境，具备视觉化编辑，详细的属性编辑器和动态的游戏预览性。由于其强大的综合编辑特性，Unity也被用来快速制作游戏或者开发游戏原型。

　　Untity的图形引擎使用的是Direct3D、OpenGL、和自有的APIs。对DirectX和OpenGL拥有高度优化的图形渲染通道，以其创造高质量的3D游戏和真是视觉效果的核心技术，为开发3D游戏提供了强大的原动力。

　　游戏脚本为基于Mono的mono脚本，是一个基于ramework的开源语言，因此，程序员可用JavaScript、C#加以编写。

　　3dsMax（全称3DStudioMax），是一款基于PC系统的三维动画制作软件和渲染软件，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。

　　随着计算机技术的不断发展，3dxMax软件也不断向智能化和多元化方向发展。近年来，虚拟现实技术非常火热，3dsMax软件在三维动态场景设计和实体行为设计中，也必将发挥种重要作用。

　　3dsMax的功能非常强大，适用于多个行业领域，可应用于室内效果设计、建筑设计、园林景观设计、工业产品造型设计、栏目包装设计、影视动画、游戏、插画等。

　　其强大的渲染功能使用户创作的作品效果极其逼真，富有层次感，是人身临其境。

　　科技的进步带动产业的发展，为产业注入新鲜的血液，虚拟漫游技术正在随着科技的进步而飞速发展。依靠近眼显示、渲染处理、交互感知等最新的电子通信技术，虚拟漫游技术正在创建整个产业链的新状态，不断满足广大用户越来越高的要求，要有身临其境的体验感，要有方便的交互方式，从而促进产业发展融合固有的产业的有点。

　　与其他新出现的技术其实是相同的，虚拟漫游技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。尽管目前而言这个产业还拥有着极其巨大的潜力，更有着广阔的前景，但是实际上近些年来虚拟现实相关的技术正在进入一个发展瓶颈，技术问题的问题正困扰着许多行业巨头。客观的看来，现阶段的虚拟漫游技术所达成的成就，仅仅是徘徊在该领域的表层，更深层次的技术发展必然要深入了解人体的秘密，只有当虚拟现实设备能真正的取代人体感官时才是这项技术真正的巅峰。

　　经过多年的发展，虚拟漫游技术为其他行业凭空创造了新的契机，使其他行业迈向了新的阶段，相信，在不久的将来，虚拟漫游技术一定会真正的融入我们的生活。

　　虚拟现实并不是一项新兴的技术，早在20世纪50年代该技术的概念第一次出现在国外，核心工作原理就是将计算机技术和传感器技术相融合从而创造出来的一种新的交互手段，虚拟漫游技术是虚拟现实技术的一项重要的分支，尤其是近年来随着计算机行业的飞速发展，虚拟漫游技术也获得了长足的发展，已经真正的成为了一项可用于实际的技术，它的应用领域不断扩大，比如，医疗技术、军事演练、旅游娱乐、房产建筑等许多方面。它的特性——沉浸感、交互性、构想性，是其它类似或传统漫游无法比拟的。让人有身临其境的感觉是该技术最大特色，未来，随着该项技术不断地发展，一定会带来巨大的变化，会彻底改变人们的生活方式。其实现今的世界并没有为该项技术形成明确的定义，各个国家不同的组织都发展出可多种多样的新奇技术，但是它们的核心概念一致都是围绕着三维虚拟世界的构建，让使用者身临其境。

　　本论文研究项目为使用业界知名软件Unity3D搭建虚拟景区漫游系统，主要解决以下几个问题：

　　（1）首先根据真实景区比例创建虚拟景区模型，添加合适的光照，仿真的纹理贴图，尽可能接近线）然后添最重要的漫游功能，使用者操控设备在虚拟景区内游览风景，本系统要为用户带来便利，所以需要简洁的操作界面。

　　（3）最后，为了带来良好的体验效果，要为系统增加一些趣味性的功能，比如语音提示，不同的天象变化，背景音乐，小地图等。

　　本系统使用Unity3D完成，以泽龙湖景区为原型使用3ds Max进行搭建模型，本章将分别从技术、经济、操作、法律四个方面进行可行性分析。

　　本系统以泽龙湖景区为原型使用3ds max进行场景模型建造，然后是用Unity3D软件完成本系统，实现各项功能。3ds Max是一款功能强大的，易于上手的三维建模软件，使用本软件对景区内诸多场景进行搭建，然后通过贴图赋予不同材质材质表面不同的纹理样式，产生不一样的质感，是场景更加逼真，更接近真实模样，让人沉浸其中，带给使用者最真实的体验感。Unity 3D拥有集成的开发环境，强大的脚本编写功能以及众多的高级特效，可以制作出绚丽的3D效果，并实时生成查看，通过自带的功能将建好的模型直接导入Unity3D，紧接着导入人物，环境资源包，设计UI界面，编写功能实现代码，最后将测试后没有问题的工程文件导出生成exe文件。综上所述，通过Unity3D进行景区的漫游系统开发，在技术方面是可行的。

　　由于开发软件优化程度非常好，所以对开发设备没有特殊要求，普通计算机即可，采集场景素材方面，由于本系统原型并非太过复杂，所以拍摄设备使用家用相机即可，仅需要一些路费以及相关书籍，资料费用而已。所以，综上所述，在经济方面，开发本系统是可行。

　　本景区漫游系统拥有简单且明了的用户操作界面，非常贴近当今主流热门游戏的操作界面，通过按键，点击鼠标游览虚拟景区，老少皆宜，所以用户不需要经过学习，即可完美体验所有功能，所以，综上所述，从用户的操作角度来讲，本系统的开发是可行的。

　　本景区漫游系统完全是独立自主开发，且遵守相关软件的用户协议，未违反相关法律法规以，更不存在任何侵权行为。所以。综上所述，在法律方面，本景区漫游系统的开发是可行的。

　　需求分析是软件开发前的重要步骤，是软件定义的最后一个阶段，只需要想要实现的功能，而不是如何实现。需求分析的目的首先是把想要实现的功能进行整理与分析，然后完成条理清晰且符合规范的文档，明确软件具体的功能，需要做的工作。以及一些非功能性的需求，比如，性能、可靠性，响应时间等。

　　本系统为景区漫游系统，漫游的功能是最重要的，本系统有三种漫游模式，分别是自动漫游、第一人称漫游、第三人称漫游。第一种是最为节省时间的方式，系统按照预先设定好的路线将场景彻底的展示给用户，用户可以快速的浏览景区关键景点。第二种与第三种漫游方式则是将控制权彻底交给用户，无论是游览路线还是游览方向，完全由用户操作键盘鼠标来控制，是用户可以按自己的意愿来游览景区，而第二种漫游方式与第三种漫游方式的不同之处在于视角的转换，前者以第一人称视角进行漫游，可带给用户最佳的沉浸式体验感，而后者则是以第三人称视角进行游览，用户可以控制一个虚拟人物在场景中漫游，通过按键实现虚拟人物的行走，奔跑，跳跃等。漫游功能层次图如图 4-1 所示。

　　本景区漫游系统的交互性功能由用户通过控制键盘和鼠标来实现。用户通过按键进行视角位置移动，通过鼠标进行视角方向转动。UI界面则由点击鼠标来进行控制，列如，三种漫游方式切换，系统的开始与结束，地图的打开与关闭，天气的控制，背景音乐的开启与关闭等。在场景界面中，用鼠标点击相应按钮：天气、第一人称漫游、自动漫游、第三人称漫游、音乐、导航图、操作说明，可以实现相应的功能。控制功能设计层次图如图 4-2 所示。

　　在界面左下方为用户提供一个模拟小地图，地图中心的标志代表用户，随着用户在场景中移动，地图显示内容发生相应变化，可以实时显示所在位置。地图功能层次图如图 4-3 所示。

　　本景区漫游系统为用户提供了与系统交互的功能，用户操控键盘与鼠标使用系统的各项功能，例如，三种漫游方式切换，系统的开始与结束，地图的打开与关闭，天气的控制，背景音乐的开启与关闭等。交互功能层次图如图 4-4 所示。

　　在虚拟景区漫游系统中可以使用背景音乐，用户选择开启与播放， 通过UI界面可以调节音量的大小。音乐模块层次图如图 4-5 所示。

　　本系统提供天气变换功能，用户在游览时可以自由选择喜欢的天气，用户操作键盘对应按键改变当前天气，可以实现雨天，雪天的切换。天气功能层次图如图 4-6 所示。

　　本景区漫游虚拟系统，让用户可以足不出户由在家中漫游整个泽龙湖景区，带给用户身临其境的精彩体验。

　　本系统的开发目的是为了让用户足不出户便可以游览风景名胜，要带给用户最真实的感觉，仿佛身临其境，所以漫游对象的制作是基于现实对象的真实数据，基于几何建模及模型导入的技术，利用建模软件手工搭建三维模型，建立场景。它在计算机上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感。

　　游览观光才是用户使用本系统的根本的目的，所有交互性功能皆是为了给用户提供良好的使用体验，所以，系统必须拥有简单易用的操作界面，鼠标与键盘成为用户与景区漫游系统之间的桥梁，当用户使用鼠标与键盘时，便可以调动系统相应功能。

　　本系统是基于Unity3D的景区漫游系统，U3d是一款优秀的开发软件，最低运行需求不高，所以开发设备的需求也相应的降低了

　　本章主要对系统进行需求分析，分别从两方面分析，一是功能性分析，详细分析了虚拟漫游系统的实际功能；二是非功能性需求，主要是沉浸性，交互性，以及硬件需求等方面。

　　本章节主要介绍系统的关键部分，包括基本漫游功能、天气控制、背景音乐、人称转换、交互界面、地图等。

　　本系统以泽龙湖景区为原型，构造虚拟景区漫游系统，重中之重是实现一个有交互功能的漫游系统，在此基础上对场景进行细致的建设，让模型更加逼真，给使用者带来身临其境的感受。

　　本系统的构建先从建模开始，参照泽龙湖景区线D max中搭建场景模型，导出为FBX文件，导入Unity开始实现各项预期功能。景区漫游系统的总体功能结构图如图 5-1 所示。

　　用户进入系统后可以选择漫游方式，进入漫游界面后，通过点击屏幕上的按钮来实现相应的操作，比如，第一、三人称漫游、自动漫游、小地图、背景音乐、开启雨雪天气、操作提示等。UI界面流程图如图所示。UI界面流程图如图 5-2 所示。

　　自动漫游是最为节省时间的方式，用户进入系统后，点击自动漫游按钮，系统将按照预先设定好的路线将场景彻底的展示给用户，用户可以快速的浏览景区关键景点。流程图如图 5-3 所示。

　　不同人称是虚拟景区漫游系统的重要的漫游方式，又分为两种漫游方式，分别是第一与第三人称漫游。这种漫游方式最大的优点是用户可以通过键盘和鼠标来控制漫游进度，方向。设计流程图如图 5-4 所示。

　　为了给用户带来最佳的使用体验，本系统内置音乐播放功能，由用户选择开启或关闭，虚拟漫游与亲身游览毕竟不同如果没有音乐陪伴将会显得枯燥无趣。如图5-5所示。

　　场景建模是虚拟旅游景区漫游系统的重要组成部分。为了让场景更加逼真，在整个过程中，软件的选择、材质的搭配、灯光的渲染等等，都是非常重要的。本章将详细介绍模型的构建方法，以及场景中地形、天空、树木和海水的制作过程。

　　本系统使用3ds max搭建场景模型，所以在建模前要统一软件的单位比例，统一的单位比例是建模的先决条件，当后期将不同部分模型组合起来时可以避免尺寸不统一造成的问题。具体设置如图 6-1 所示。

　　3ds max默认每5分钟保存自动保存，只可以避免因为意外情况的发生而导致数据丢失，但是当模型搭建到后期体积过大时，会导致内存占用高，引起卡顿，拖慢开发效率，所以，更改为60分钟一次。如图6-2所示。

　　设置3ds max捕捉，以2.5为基准，需要垂足，顶点，中心三个捕捉，这样设将模型对齐，防止出现模型不协调现象。如图 6-5 所示。

　　使用标准立方体中的长方体与扩展基本体中的切角长方体搭建凉亭的主体部分，如图6-10所示。

　　使用扩展基本体中的切角长方体与标准基本体中的圆柱体和圆环搭建围墙模型，根据实际尺寸，如图6-11所示。

　　将所需贴图资源准备好，导入项目文件夹中专门存放贴图的文件夹，材质球名称要与贴图名称相同，否则导出项目文件时贴图将会丢失，导致模型失去颜色。

　　当材质球制作完成后，选定场景中的模型，然后将材质球指定给选定对象，选择在视口中显示明暗处理材质，即可在在场景中看到目标对象以被赋予贴图。

　　在完成虚拟景区的建模后，开始根据设计文档，将模型导入Unity3D，在Unity3D中进行系统的开发。

　　首先导入Unity环境资源包，如图7-1所示。在GameObject菜单中选择Terrain项，创建一个平面地形，调整位置与模型对应。增加地形高度，然后在Inspector面板中使用地形刷修改地形，使地形下陷，与实际场景符合。如图7-2所示。改变地形颜色，为地形添加贴图，在Hierarchy视图中点击地形，在Inspector面板中点击Paint Texture按钮，接着点击Edit Texture选择贴图， 如图7-3所示。

　　在Hierarchy视图中点击地形，在Inspector面板中点击Place Trees按钮，接着点击Edit Trees选择树木类型， 如图7-3所示。在Inspector面板中修改参数，使树木与虚拟场景之间的比例与实际场景符合。如图7-4所示。将鼠标光标移入场景中，点击左键即可在地形上添加树木，Shift+左键可删除树木，如图7-5所示。在Inspector面板中选择Paint Details，点击Edit Details选择草地类型，将光标移入场景，点击左键即可在相应位置添加草地，如图7-4所示。