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1、成绩本科毕业论文（设计）题目： 基于虚拟现实技术的博物馆游览系统设计 学生姓名 马帅 学 号 2015117334 指导教师 赵万青 院 系 信息科学与技术学院 专 业 电子信息工程 年 级 2015 级 教务处制诚信声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。特此声明。指导老师签名： 论文作者签名：日 期： 年 月 日摘 要虚拟现实技术是由多种技术共同组建成的虚拟世界并使用户能够感受其
2、仿真性的系统，它利用计算机构建一种虚拟环境，让人能够在其中获得视觉与听觉上的感知，从而达到逼近真实世界的效果，让人有一种沉浸式的感受。博物馆作为文化的传承体现，其中的文物价值不可估量，它对文明的延续具有相当重要的作用，然而现阶段由于各方面的技术不够成熟，使得博物馆的局限性颇高，因此本文将要介绍的是一种借助Unity3d平台将虚拟现实技术与博物馆相结合所产生的虚拟博物馆技术。首先对该技术进行具体的分析，然后对这种技术的实现步骤进行详细的概述，最终对其结果进行深入的评价，以此来直观的体现虚拟博物馆技术的优劣性。关键词：虚拟现实技术；博物馆；Unity3dAbstractVirtual Realit
3、y is a virtual world composed of many technologies and is a system that enables users to feel its simulation.It uses computers to build a virtual environment,and make people get visual and auditory perception in it to achieve the effect of approaching the real world,make people have an immersive fee
4、ling.As the Embodiment of Cultural Inheritance,the value of cultural relics of the museum is immeasurable.It plays an important role in the continuation of civilization.However, at this stage, due to various aspects of technology is not mature enough.So the limitations of museums are quite high.Thus
5、, this article will introduce a virtual museum technology which combines virtual reality technology with Museum by using Unity3d.Firstly, the technology is analyzed in detail, and then the implementation steps of this technology are summarized in detail. Finally, the results of this technology are e
6、valuated in depth, in order to intuitively reflect the advantages and disadvantages of Virtual Museum technology.Key words:Virtual Reality Technology;Museum;Unity3d目录1.引言1 1.1研究背景及意义1 1.2国内外研究现状1 1.3研究内容及方法2 1.4论文组织结构22.虚拟博物馆相关技术3 2.1虚拟现实技术3 2.1.1虚拟现实技术概念32.1.2虚拟现实技术特点32.2 Unity3d平台42.2.1 Unity3d平台概
7、述42.2.2Unity3d特点42.3 Unreal Engine平台42.3.1Unreal Engine概述42.3.2Unreal Engine特点43.虚拟博物馆设计思路63.1 Unreal Engine与Unity3d平台的对比6 3.2虚拟博物馆框架设计思路6 3.3虚拟博物馆功能设计思路74.虚拟博物馆实现步骤10 4.1虚拟博物馆功能实现10 4.2导入模型并搭建框架10 4.3实现漫游功能10 4.4实现拾取功能10 4.5实现视频功能11 4.6实现拼接功能124.7实验流程图135.实验结果与分析145.1实验环境145.2实验结果与分析156.总结与展望18参考文献
8、191.引言1.1研究背景与意义博物馆作为文化传承的纽带，其中的文物所具有的价值难以用具体的数字来计量，尤其是对于我们国家这种具有五千年文化底蕴的国家来说，博物馆的存在更是对文明的传承与发展起着至关重要的作用。为了将中华传统文化更好的发扬下去，让更多人了解并明白我国文化的发展，博物馆作为其重要的一环必然要得到更好的发展。尽管博物馆文化一直在积极发展，但是其局限性始终处于较为显眼的状态，包括：（1）博物馆由于其地理位置原因，对于距离较远的游客十分不便；（2）尽管博物馆对于文物的保护已经是十分仔细细心，但是难以保证文物的侵蚀完全停止；（3）由于对文物的保护，游客难以近距离观看展柜中的文物，游览视角
9、十分有限且交互性不足1。随着计算机技术的飞速发展，各行各业都或多或少都能与计算机技术相结合。虚拟现实技术作为一项新兴的计算机技术，它在对文物的展示中具有得天独厚的优势，用户可以通过这种沉浸式的体验得到最逼真的感受。将虚拟现实技术与博物馆相结合，用户便可以打破空间的限制，随时随地的观赏游玩，能够近距离的观察每一个文物，并不会受其展柜的限制，甚至可以拿在手中仔细端摩，有效的解决了真实博物馆所具有的局限性。虚拟博物馆的实现与发展是我们这个时代技术与文化建设相结合的良好案例，对文化的发展与延续具有重大意义2。1.2国内外研究现状国外早在2006年时，就由Walczak K就提出了将虚拟现实与博物馆相结
10、合的展示方式，使不同的用户可以访问分散在各地的对象。而在2012年，Flotynski J提出一种建模和交互式三维Web内容动态多平台展示的方法3。而在我国，虚拟现实技术的研究刚开始仅限于军事与游戏中，但随着虚拟现实技术的飞速发展，现在有较多的高校以及研究机构开始对虚拟现实领域技术提高重视并注重其应用与开发，例如北京大学、清华大学、复旦大学等已经开始构建自己的数字博物馆4。2015年与2016年，我国学者胡进、康洁等人先后在虚拟博物馆技术领域取得进一步深入的研究，前者实现了全景博物馆系统，后者在虚拟展示平台上实现了数字化在博物馆中的应用。1.3研究内容及方法本课题所要研究的是在Unity3d平
11、台下所构建的基于虚拟现实技术的博物馆游览系统。具体研究内容如下：（1）选择合适的软件平台进行虚拟博物馆的搭建，其中Unity3d平台是一个可以进行可视化游戏编辑、2D与3D游戏的开发以及虚拟现实游戏等多类型的综合型游戏开发工具，它可以由用户自己创建模型，添加动画与音频，并由代码控制实现模型的功能变换。对于现阶段的虚拟博物馆建立而言，专业的游戏引擎所具有的优势是难以替代的，因此本课题要建立的虚拟博物馆选择在Unity3d平台上进行设计5。（2）使用合适的硬件设备进行人机交互的实现。虚拟现实技术是本课题实现虚拟博物馆的重要手段，它简单来说有三个层次，分别是3D建模层、VR层与驱动层，这三个层次相互
12、作用使得用户可以得到沉浸式的真实感受。本课题中将直接使用已有的HTC虚拟现实设备进行虚拟博物馆的实现6。（3）使用合适的编程语言对虚拟博物馆的功能进行实现。C#语言作为Unity3d的主体语言，将会是本课题中所有功能实现的编程语言，它是一种面向对象的高级程序设计语言，综合了VB的简单可视化操作以及C+的高运行效率。本课题将使用C#语言对虚拟博物馆中用户的行进、交互等功能进行编写7。本课题旨在将所建立的模型在Unity3d平台下对其进行功能设计，最终实现一个能够进行多种交互功能的虚拟博物馆。1.4论文组织结构本文将从七个方面进行课题的书写，首先是引言，在这一部分中将会细分到三个方面，分别是研究背
13、景与意义，国内外研究现状与研究内容及方法。接下来是本课题所涉及到的相关技术，在这一部分中，将会对所涉及到的三种技术进行介绍，分别是虚拟现实技术、Unity3d平台与Unreal Engine平台的概述与特点。然后进入到本课题的设计方案，首先是本课题所采用的平台，其次是虚拟博物馆的框架设计方案和功能设计方案。第四个部分是实验的内容，分别是实现漫游功能，实现拾取功能，实现视频功能、实现拼接功能和实验流程图。第五部分是实验结果与分析，在这里先描述了实验的环境，然后对实验的结果进行分析。第六部分是总结与展望，对本课题进行了总结并且对这一技术进行了未来的展望。最后第七部分是参考文献。2.虚拟博物馆相关技
14、术2.1虚拟现实技术2.1.1虚拟现实技术概述虚拟现实技术是一种综合了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、传感器技术等多种技术并行的实时计算技术。通过对虚拟环境的建立以及与虚拟环境中物体的交互给予用户沉浸式的逼真体验，让用户可以在虚拟的环境中获得视觉、触觉、听觉等感知，进一步加强了虚拟环境的现实性8。现阶段，虚拟现实技术正处于一个飞速发展的时期，十几年前还处于概念化的东西如今都一一与人们的日常生活所联系起来，现在虚拟现实技术已经应用到了多种领域，例如：医学、军事、室内设计、房产开发、工业仿真与文物古迹等领域。虚拟现实技术内部结构如图2.1所示。图2.1 虚拟现实技术的内部结构2.1.2虚拟现实
15、技术特点虚拟现实技术作为一种更高级的多媒体技术，它本身拥有着以下的特点：（1）仿真性：任意一种虚拟环境都是以真实的环境作为基础而搭建的，用户在这样的虚拟环境中更容易感受到真实性。（2）开放性：虚拟现实技术打破了空间上的限制，只要拥有设备，便可以在任何地点进入到虚拟环境中体验。（3）安全性：即便再真实的环境也是由人为搭建的虚拟场景，在这其中可以进行一些具有危险性的作业而不必担心自身的安全。（4）多感知性：多感知性包括了听觉感知、触觉感知和运动感知等，这一特点充分模拟了人的感知功能，但由于传感器技术的限制，目前很难实现味觉与嗅觉的感知9。（5）交互性：交互性可以使用户在虚拟场景中对物体的可操作程度
16、与从环境中得到的反馈自然化，自然程度越高，用户能得到的真实感就越强10。2.2.Unity3d平台2.2.1Unity3d平台概述Unity3d是由来自丹麦Unity公司开发的一款能够跨平台开发的游戏开发软件，支持包括IOS、Android、PC、WEB、PS3、XBOX等多个平台。它的特性包括跨平台发布、地形编辑、着色器、脚本、网络等，大幅度的降低了游戏开发的门槛，既缩短了游戏的开发时间，又减少了游戏的开发成本11。Unity3d的主要功能包括（1）内建NVIDA的PhysX物理引擎，提供逼真的物理计算；（2）多人网络连线，通过RakNEt支持多人同时上线游戏；（3）拥有DirectX与Op
17、enGL的图形最佳化技术；（5）整合地图处理器，能让设计者更快速轻松的制作自然场景的地图效果12。2.2.2Unity3d特点Unity3d具有以下几种特点：（1）统一的编辑器：无论作品想要发布在什么平台，都可以在同一个编辑器中进行编辑，最终通过选择平台来预览自己所要发布的作品；（2）延迟渲染：延迟渲染技术可以使作者利用它来获得大量的其他高端图像效果，不需要额外的性能损失；（3）音频：音频功能为所有的主要音频参数推出了可编辑衰减曲线，这样作者就可以完全控制自己的声音环境；（4）资产管理：资产管理可以在作者开发大型项目的时候快速查找到自己的资产，优化了开发时间；（5）源代码级调试器：可以让作者随
18、时中断游戏的运行，并逐步的单步执行，不需要再执行后再调试；（6）遮挡剔除：这一性能可以在移动设备、网络和游戏机上同时运行，大幅度的提升了设备的性能。2.3Unreal Engine平台2.3.1Unreal Engine概述Unreal Engine（以下称为UE）是由Epic开发的一款功能强大的游戏开发软件，是目前全世界知名授权最广的游戏开发引擎之一，占有全球游戏开发商所用引擎的80%市场份额。现阶段游戏界较为知名的大型单机游戏均为UE4引擎开发，同Unity3d一样，这也是一款能够跨多个平台开发的软件，并且采用了目前最为先进的即时光迹追踪、HDR光照技术等，可以实时运算处堪比电影级别的CG
19、效果。2.3.2Unreal Engine特点同Unity3d一样，UE平台也具有以下几种特点：（1）渲染特性：支持更高级的DX11，具有全屏的HDR映像，每个场景有上千种动态光照和基于物理特性的阴影和材质；（2）颗粒特效：可以创建出更精细的火、烟、血、尘土、污垢、碎石等工具，用户可以控制各种粒子的大小、颜色、密度、下降散开和反弹等效果参数13；（3）新材质管道：通过使用基于物理模型的着色，用户可以观察和感受对象，快速创建一个宽阔的场景；（4）蓝图：蓝图可视化脚本可以直接将用户的想法展示到可视化的游戏中，并且不需要写一行代码就可以快速创建原型和建立玩家内容。还可以在蓝图的可视节点上设置断点，来
20、随意的暂停、调试用户的游戏。3. 虚拟博物馆的设计方案3.1Unreal Engine与Unity3d平台对比Unreal Engine平台拥有更好的画面渲染技术，所制作出来的成品的画面效果可堪比电影CG级别，但同时对于设备的要求较高，并且对使用者的编程能力和美工能力有一定的要求。Unity3d平台相比较于UE更简易一些，尽管最终成品的画面效果不如UE平台所开发，但是开发效率要比UE高很多，没有UE那么复杂的结构，开发者可以使用多种插件进行更为简便的设计，同时在进行开发时，UE需要涉及到引擎的定制，C+级的难度相较于Unity3d的mono开发难度要更加高。因此，本课题更倾向于使用Unity3
21、d平台进行开发14。3.2虚拟博物馆框架设计方案对于本课题的总体框架设计来说，总共是三大部分构成，分别是博物馆模型，虚拟现实设备与Unity3d平台。虚拟现实技术在本课题中将会直接使用已有的HTC VIVE VR设备进行实现，而Unity3d平台是本课题虚拟博物馆的搭建平台，将会在平台上进行各种功能以及模型的编写设计。由于难以到真实的博物馆中去扫描实际文物来进行真实的建模，因此本课题中的文物模型大多是由现存的文物图片来直接建模。博物馆整体结构预计设计为九个展台，其中七个展台依次排序环绕博物馆墙壁，每个展台分为两层，其上有不同的文物模型，剩余两个展台位于博物馆中央，是360度可观测的全景展台，此
22、外，还会在空余的一面墙上挂上敦煌壁画，以此来丰富博物馆内的馆藏种类。期望的最终效果可以达到用户使用HTC VIVE VR设备在博物馆内来回走动并与馆藏进行交互，实现多种功能。内部环境如图3.1与图3.2所示。图3.1 虚拟博物馆展台摆放图图3.2 虚拟博物馆天花板形状图因此对于虚拟博物馆的整体框架来说，首先要进行建模，这里可以用已有的文物形状的模型，然后将建好的模型导入至Unity3d平台，利用现存的文物馆藏图片添加材质，再建立博物馆模型，包括墙壁、天花板与展台，之后把建好的文物馆藏模型放置于展台之上，对博物馆整体进行布局。当博物馆的虚拟环境搭建成功后就进行虚拟现实技术环境的搭建，使用Stea
23、mVR包将虚拟环境建立成为虚拟现实环境，然后进行编程，包括用户的漫游功能，交互功能以及其他功能的编写15。连接HTC设备，调试好后便可以进入到虚拟环境中，实现已经编写好的所有功能并对博物馆中的馆藏进行仔细的观察，达到本课题的目的。3.3虚拟博物馆功能设计方案在虚拟博物馆中，如果只有展示功能的话，便凸显不出虚拟现实环境下对已有事物所能体现的优点，因此要对虚拟博物馆进行添加一系列现实中难以实现的功能。本课题中计划实现文物的拾取功能、视频功能以及拼接功能，还有用户的漫游功能。首先由于虚拟现实设备的空间限制，如果只是依靠人的双脚移动的话，在虚拟环境中很难达到每一个地方，因此设计一个漫游功能能够方便用户
24、在虚拟场景中进行移动。这一功能需要依靠手柄进行实现，可以令其在我们按下手柄按键的时候，发射出一道射线，射线的终点就是用户将要移动的终点，从而实现了漫游功能16。移动功能概念图如图3.3所示。图3.3 移动功能概念图其次现实中文物的珍贵性与易损毁性导致游客无法更清楚更近距离的观察文物，更不用说是拿在手中端详，因此在虚拟环境中，这一点就可以被实现。利用HTC硬件设备中的手柄，可以对其进行编程，使其当与文物在一定距离内时，文物可以被选中，从而将文物能够挂在手柄上，也就能够给用户一种拿在手中的感觉，让用户可以近距离的仔细的观察文物，且不用担心文物的保护。拾取功能概念图如图3.4所示。图3.4 拾取功能
25、概念图还可以进行更多的功能设计，视频功能将会采用点击播放的形式，将视频与墙壁上的壁画进行连接，当用户使用手柄与壁画处于一定距离内时，壁画也成为选中形式，此时扣动手柄扳机，视频将会在这面墙上出现，播放完成后可以再次扣动扳机使视频播放器消失，再次将壁画显现出来。视频功能概念图如图3.5所示。图3.5 视频功能概念图最后还有拼接功能，这一功能充分满足了多数博物馆爱好者的需求，在日常生活中，大多数人根本无法接触到文物的拼接修复工作，在博物馆内也很难体验到这一点，因此本课题决定将这一功能也实现在该博物馆内，计划将博物馆的某一展台设计成为专门进行文物拼接的区域，将模型的碎块摆放在展台的第一层，第二层放置模
26、型的虚影，供用户进行拼接使用。当手柄靠近碎块的时候可以将碎块拿起，移动碎块至第二层的虚影上的相同模型附近，松开扳机便可以将碎块模型放入虚影中，当全部的碎块都放置进去后虚影就变成了一个完整的拼接好的模型。拼接功能概念图如图3.6所示。图3.6 拼接功能概念图本课题将会把以上所叙述的四个功能进行全面的实现，使得最终形成的虚拟博物馆不仅可以进行文物的展示，还可以有诸多的交互功能，增加趣味性的同时也体现出虚拟现实技术能够带来的不同于真实环境的优势。4.虚拟博物馆实现步骤4.1虚拟博物馆功能实现按照设计思路中的构思，本课题将会有四大功能，分别是漫游功能、拾取功能、视频功能和拼接功能。4.2导入模型并搭建
27、框架实验开始后把在互联网上找到的文物图片和相似的文物模型导入到Unity3d中的Assets文件夹中，把对应文物模型的图片一一导入到模型的材质中，形成了完整的文物模型。创建好设计思路中的博物馆形状，使用六块CUBE模型组成了博物馆的墙壁和地面，再次创建多个CUBE模型，组成具有两层结构的展台，这样的展台一共需要七个，将这七个展台放置在贴靠墙壁的位置并依次排列，再次创建三个CUBE模型作为博物馆中心区域的全景展台，用以放置较大的模型，最后在一面没有展台的墙上放置壁画模型，至此，博物馆的框架基本搭建完成。虚拟博物馆框架如图4.1所示。图4.1 虚拟博物馆内部图4.3实现漫游功能在虚拟环境中，只有模
28、型供欣赏是绝对不够的，作为最基础的真实感，能够在虚拟环境中移动是十分重要的，因此第一个需要实现的就是漫游功能。在本课题中，漫游功能是依靠手柄控制器来进行的，所以实现漫游功能的基本思想就是使用手柄确定移动方向，当按下按键的时候手柄可以发射射线，射线所碰触到的地方就是用户将要移动至的地方。在这一部分中，避免用户会移动至博物馆以外的位置，需要将地面设置出单独的标签”floor”，只有当射线接触到具有”floor”标签的物体时，才会让用户移动至该位置。4.4实现拾取功能拾取功能也是建立在手柄控制器之上的，因为在虚拟环境中，手柄控制器充当的是用户的双手，所以在实现拾取功能时，依旧是用手柄来操作。基本思想
29、就是需要距离的判定以及动作的判定，在本课题中，当手柄与文物模型的距离小于等于0.5f的时候，判定成功，此时手柄轮廓会高亮，告知用户可以进行拾取操作，当扳机按下时，文物模型则会被手柄拾取，这里是进行了动作的判定，对手柄扳机的按下进行了判定，判定成功时，将手柄的实时位置赋给文物模型，这样模型就会一直跟随手柄，二者随时处于同一位置。当扳机松开时，要让文物模型回归原位，因此在按下扳机之前，要将文物模型的原位置和欧拉角进行保存，这里可以用一个空物体来保存原有的位置和欧拉角，松开扳机时对这一动作再次进行判定，判定成功后再将之前保存好的位置和欧拉角赋给文物模型，也就是将此时的空物体的位置和欧拉角赋给了所拾取
30、的文物模型。为了保证左手柄和右手柄都可以实现这一功能，还需要对左右手柄进行判定，先对二者的实时位置进行保存，然后比较二者的大小，将这个比较值保存为布尔量，设定当右手柄的位置大于左手柄时，布尔量为真，此时再对布尔量进行判定，值为真时，只有右手柄可以拿起文物模型，值为假时，只有左手柄可以拿起文物模型。4.5实现视频功能视频功能与之前的两个功能一样，都需要手柄来进行控制，本课题中，视频功能被设计到了墙壁的壁画上，这一面墙上一共有五张壁画，再次对这五张壁画与手柄的距离进行判定，当二者的距离小于等于0.5f时，手柄再次实现高亮，此时意味着可以进行按下扳机的操作来实现视频的播放，与拾取功能类似，要对扳机进
31、行判定，按下并松开后，敦煌壁画的视频则开始播放。视频的播放被设置到了”movie plane”标签的plane上，将这个plane的位置移动至设有壁画的墙面上，这时视频在播放的时候就会出现在这面墙上。当视频播放完毕后，需要再把plane删除掉，否则会影响到壁画的展示，本课题设计扣动扳机两次后，自动删除plane，不影响到壁画的展示，如果需要再一次进行视频的播放，可以再次对壁画扣动扳机。这一部分的主题思想是把扳机的扣动次数进行保存，当扣动次数达到两次时，进行一次判定，判定成功则删除plane。虚拟环境中视频的播放位置如图4.2所示。图4.2 视频播放位置4.6实现拼接功能拼接功能与拾取功能较为类
32、似。本课题中拼接功能的实现区域将会特定到一个单独的展台上，在这个展台上则是两部分，展台的第一层放置的是分成碎块的文物模型，第二层放置的是完整的文物模型虚影。首先将完整的文物碎块模型顺序打乱放在展台第一层，作为拼接时候的素材，第二层放置该文物模型的完整体，调整shader着色器，使其为透明状态并将材质颜色变为白色，这样最终显示出来的就会是一个供拼接使用的虚影。拼接功能的主要思想是使用手柄控制器拿起文物模型的碎块，然后将其放置在虚影中与碎块相同的地方，这一部分与拾取功能较为类似，同样，当手柄与碎块模型的距离小于0.2f时，手柄高亮，表示可以拿起模型，然后扣动扳机拿起碎块模型，将其靠近虚影中相同的部
33、分，这里再一次进行距离判定，当距离小于等于0.3f时，松开扳机，将虚影中相同部分的模型的位置和欧拉角赋给碎块模型，此时碎块模型移动至虚影中相同部分的位置，全部的碎块都移动至虚影中时，即拼接过程完成。虚拟环境中拼接的位置如图4.3所示。图4.3 拼接位置4.7实验流程图图4.4 实验流程图5.实验结果与分析5.1实验环境搭建环境总共有两个部分，分别是软件环境和硬件环境。对于软件环境来说，首先要建立Unity3d平台。可以登录Unity3d官网下载Unity3d个人版，安装完成后Unity3d平台即搭建完毕。然后下载SteamVR软件，将硬件设备连接至Unity3d平台，打开SteamVR检查所有
34、硬件部分是否都连接成功，全部连接成功后则软件环境搭建完毕17。软件环境如图5.1所示。图5.1 软件环境硬件环境的搭建需要先将两个光学定位器摆放至预期的活动区域的两侧，在SteamVR中设置虚拟环境的范围，包括地面位置，行动区域大小，和电脑屏幕的位置。设置完成后硬件环境则搭建完成。硬件环境如图5.2所示。图5.2 硬件环境5.2实验结果与分析最终共建立或找到49件文物馆藏模型与五张敦煌壁画模型，对其进行贴图后摆放至各展台来进行展示。通过对这些文物模型进行上文中所提及的各种功能设计，首先可以使用手柄通过按键实现漫游，即第一人称的移动，手柄所发射出的射线终端所接触到的地面便是可以到达的地方，但是在
35、这里射线的终端必须接触到的是带有标签“floor”的地面才可以进行漫游，也就是说，只有当手柄所发出的射线终端接触的是博物馆的地面时，才能够进行移动。经过试验，可以使用手柄到达博物馆内的任意一个位置。漫游功能实现如图5.3所示。图5.3 漫游功能当手柄接触到这些文物模型时，二者之间的距离小于等于上文中所规定的距离0.5f，这时可以将摆放在展台上的任意一件文物模型拿起仔细观察。这样一个判定的距离，刚好能够避免手柄会同时判定到两个模型中从而出现BUG。当“拿起”这些文物模型的时候，这些模型不仅是位置会跟随手柄移动，其欧拉角也会根据手柄的角度变换而变换，进一步增强了本课题所实现的虚拟博物馆的真实性。当
36、放下文物时，文物会自行回归到原来的位置，空物体保存文物的原有位置和欧拉角，不会影响视觉感官并且不会受其他模型的影响，能够直接将位置和角度重新赋给模型。拾取功能实现如图5.4所示。图5.4 拾取功能在博物馆内的拼接区，两层结构的展台上，第一层放置的是一个被拆开的文物瓷器，第二层是该瓷器完整的虚影，为第一层文物碎块所要进行拼接的参考模型以及拼接区域。当手柄与第一层的模型距离小于0.2f时，可以拿起这些模型，然后再将其放置于第二层参考模型的0.3f距离内，松开扳机后模型组成到虚影上，所有第一层的模型皆可以放置到第二层进行拼接。在这一功能的实现中，拿起碎块模型的距离为0.2f，而拼接时的距离为0.3f
37、，前者小于后者0.1f，是因为要避免在放置碎块模型时，手柄会判定到之前已经拼接上的碎块模型，进而会出现BUG，因此后者距离大于前者可以有效的避免这一情况的发生。拼接功能实现如图5.5所示。图5.5 拼接功能最后的一面墙上悬挂的是五幅敦煌壁画，同时视频功能也被设计在这一区域中。同样是通过手柄进行控制，当手柄与壁画的距离小于等于0.5f时，壁画处于可被激活状态，扣动扳机后视频开始播放。视频的播放是处于另一个新的plane上，这个plane事先不会放置在场景中，而是通过“召唤”的形式出现，这样可以避免plane影响到壁画的展示。在这里与前两部分功能不相同的是，这个0.5f的距离判定的是一个事件的发生
38、，而不是一个动作。当连续扣动两下扳机后，进行动作删除plane，这时可以看到这面墙壁上的plane被删除，视频也停止播放，再次激活视频功能后可以再次进行删除操作。视频功能实现如图5.6所示。图5.6 视频功能以上所设计的三种功能都可以完美的实现出来，同时博物馆的场景设计、灯光、颜色等都选择了与现实中博物馆相近的一面。在这样的博物馆中既可以欣赏文物，也可以对这些文物进行互动。总结与展望本文首先介绍了Unity3d平台与虚拟现实技术，将软件环境与硬件环境所涉及到的技术进行了大致的描述，展示了现有博物馆可以与虚拟现实技术相结合的可能性与优势所在。通过在Unity平台下对博物馆以及文物进行建模，建立一
39、个仿真的虚拟博物馆，同时再使用C#语言进行编程，实现在虚拟博物馆中的漫游、拾取、视频以及拼接功能，弥补了现实中博物馆的局限性并彰显了虚拟现实技术与博物馆进行结合后所诞生的产物的优势。但是就目前而言，虚拟现实技术仍然需要一定的活动范围，这对于家庭用户来说实现起来较为困难，此外过于笨重的头部设施也会对用户的体验造成一定的影响18。虚拟博物馆仍然还有很大的发展空间，比如还可以设计出更多的交互功能，由于是在虚拟的环境中，通过技术的实现可以将更多现实中的不可能变为可能，这也是虚拟现实技术的一大特点。尤其是在近十年以来，虚拟现实技术的发展越来越快，已经与更多领域进行了结合，如：军事、医学、文物保护等，未来
40、虚拟现实技术会与更多的领域相结合，发挥出其独有的优势19。因此观望未来，虚拟博物馆的发展也是势在必行的，传统博物馆交互性设计的理念已经体现出了较多的局限性与落后性，而虚拟博物馆丰富多样的交互性设计能够满足人们更多的需求，并且交互性会成为虚拟博物馆设计中最为重要的一项基本属性。不断地完善模型的建立技术，并且着重于博物馆的设计立意，就能够开发出更高层次水平的虚拟博物馆20。参考文献1巫影，何琳，黄映云，朱海潮，吕志强.虚拟现实技术综述J.计算机与数字工程，2002,3：41-44.2邵恒.VR技术在博物馆文物保护中的应用J.智库时代，2018,43：149-152.3李赟. 3D虚拟博物馆系统的研
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