摘要：利用 3D Max建立场景搭建三维模型和贴图，利用 Unity3D完成交互漫游功能的设计开发，完成虚拟医院漫游系统，以便创造一种近乎真实的医院环境，为用户提供优越的视觉效果和体验，分析了系统的主要功能和设计流程，并对数据采集、三维场景建模和优化、交互功能、漫游功能及碰撞检测等关键问题进行探讨，实践表明：该系统可为医院所用，同时也可为医学院校相关专业的日常教学提供辅助支持。
关键词: Unity3D、3D Max、虚拟医院、三维场景建模、碰撞检测
虚拟现实(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它使用计算机生成模拟环境，是一种多感官体验、交互式的 3D动态视图，换言之，就是在计算机上生成一个三维空间，用户使用输入设备，通过计算机显示屏360 度观察并操纵物体，让使用者产生身临其境的体验。虚拟现实技术广泛应用于影视娱乐、教育、设计、医疗、军事、航空航天等方面。对医院而言，病患和家属可通过虚拟医院身临其境般的体验，来全面了解医院环境。
医院管理者可通过虚拟医院对医院环境全面审查，为医院后继修建规划提供支持，学校相关专业教师可通过虚拟医院辅助教学，如同到真实医院参观一样，提高效率，为此，利用虚拟现实技术，选用 Unity3D 和 3D Max 作为开发工具，开发虚拟医院漫游系统， 首先对基础数据进行采集整理，再利用 3D Max 完成地形、建筑物和室内环境等三维场景搭建，然后利用Unity3D完成交互漫游功能的设计，最终实现基于数字的交互式虚拟医院漫游系统。
下面，本文将对该系统的设计流程进行分析，对实现的关键问题进行详细探讨。
１、虚拟医院漫游系统的分析与设计
本文旨在搭建医院建筑及内部场景的虚拟现实系统，实现 人称 ３Ｄ 医院漫游。 常见漫游方式有两种，分别是自由漫游和设定路径漫游。本系统选用自由漫游方式，利用鼠标和键盘上 ＡＷＳＤ 键控制漫游路径，进行前进后退或者360度的自由旋转。
该系统具有如下功能:
(１)可以 人称视角在虚拟医院内自由行走和漫游。
(２)可实现虚拟医院的即时交互，如从室外进入医院，在院内自由行走和观察，且能实现 360°自由旋转。
(３)具有真实的力学仿真性能，如只能从门进出，避免用户直接穿过墙壁进入医院内部，虚拟角色仅允许在地面上活动，活动范围不能超出地面。
本系统通过Unity3D 与 3D Max 开发完成，先利用3D Max 建立场景搭建三维模型和贴图，再利用 Unity3D 技术完成交互漫游系统，最终设计出虚拟医院漫游系统。
总体上分为两步骤：
步是场景搭建，主要包括基本框架构建、模型制作、赋予材质和灯光布置；
第二步是交互实现，主要包括人物漫游、相机跟随、碰撞检测以及材料替换等功能的实现。
上述完成之后，最后进行系统的测试发布。
２，虚拟医院漫游系统的实现。
２.１ 数据采集。
３Ｄ 虚拟医院是创建数字化智能医院的载体，对于虚拟现实技术而言，最重要的是如何做到更逼真，更大 限度地逼近真实实景，因此，在虚拟医院漫游系统开发之前，对该系统基础数据的采集至关重要，数据采集主要有三个来源，分别是医院建筑 cad 图纸获取、实景照片拍摄和医院建筑纹理收集， 其中建筑平面ＣＡＤ 图纸可向医院建筑承办单位咨询，将cad 文件导入3D Max 软件，在cad形成的平面上创建多边形，并对其进行建模，以便更好地表现建筑的结构及布局。
实景照片拍摄主要指利用数码相机对主要建筑物的尺寸、科室内部环境和医疗仪器进行图像采集，用作建模基准数据，并为创建地图提供基础和支撑。
２.２ 三维场景建模和优化。
在对前期采集的数据整理之后，下一步进行三维场景搭建，在建模过程中，需要注意如比例、形状等相关细节的处理。 其中，建筑物的模型是在cad平面图的基础上创建多边形，然后编辑多边形进行附加和删减，再参照拍摄的实景图片赋予相应的建筑材料，使建筑模型更加逼真，多边形建模是此次场景实现的最主要方式， 此外，还需注意一下材质贴图，是指直接将拍摄的实景图片进行处理，然后贴到相应的建筑物模型上。 在虚拟医院场景中，不仅主建筑的结构需要贴图，为力求逼真，很多建筑内部的相关细节也不容忽视，比如手术台、休息室、超市大厅等，同样需要贴图处理。
以下是通过3D Max 实现建模和贴图的主要步骤:
(１)在 3D Max中确定单位，以国际通用单位厘米为基本单位；
(２)创建地面；
(３)建立Box； 在场景中点击Box按钮，然后在场景中创建长方体，右击转换为可编辑多边形；
(４)经过点线面建立主题物框架，创建多边形模型；
(５)上材质，上好贴图，然后按 Ｍ 键，弹出材质编辑器，给模型漫反射材质，使建筑更加逼真。
２.３ 交互功能的实现。
交互功能的设计直接影响用户在虚拟平台上的漫游体验，在视角控制上选择 人称视角自由漫游的方式，用户通过 人称视角自由漫游，操作直观简单，用鼠标控制视角，镜头需要保持一定的高度，随着鼠标的移动而变化，摄像机程序是漫游视角功能的核心内容，按键盘上的 Ｗ、Ａ、Ｓ、Ｄ 键，控制虚拟角色前、左、右、后的移动，观看到的场景随摄像机视角变化而变化。
２.４ 漫游功能的实现。
使用3D Max 将cad 文件导入软件，搭建模型并完成映射，然后将导出的FBX文件导入到Unity3D 平台，进行合成和输出，从而完成交互式漫游功能。
２.５ 碰撞检测的实现。
使用 Box Collider 进行碰撞检测，给每个物体添加执行碰撞检测的组件(Mesh Collider)， 当碰撞物体的高度低于预设高度则可通过，反之被挡住，以便避免出现穿墙而过的现象。在Unity3D 中给每个物体添加碰撞检测功能，在 asset 菜单中建立一个 Javescript 项目，加入 人称代码。
３，结语
随着新医改的启动，中国医疗行业信息化的需求日益增长ꎬ虚拟现实技术在一定程度上能改善全民生活，满足更多需求， 本文选用 Unity3D 和 3D Max作为开发工具，搭建虚拟医院漫游系统，分析了系统的主要功能和设计流程，并对数据采集、三维场景建模和优化、交互功能、漫游功能及碰撞检测等实现的关键问题进行了详细探讨， 实践表明，该系统可为用户提供较好的视觉效果和体验，对于医院而言，其在一定程度上缓解了患者就诊时常出现的对医院环境不熟悉、找不到诊室的问题，同时也可为医学院校相关专业的日常教学提供辅助支持。
(本稿由牧客数字创意研发部提供,如转载或引用,请注明出处)
