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摘要：“下南洋”是指近代东南沿海居民为了“讨生活”到东南亚国家谋生的经历，是中国近代规模较大、持续久的人口流动。南洋华人重拼搏、敢开拓、崇正统、乐教育的理念，极大地丰富了中华文化的内涵。《“下南洋”VR系统》呈现了虚拟人物南洋华侨阿郎的一生，利用3DMax、C4D进行三维场景搭建和贴图，结合Unity3D的API C#脚本编辑系统、U3D的第三方插件VRTK、粒子系统等实现了阿郎生平事迹场景仿真设计。用户戴上VR眼镜，通过操控手柄，畅游四个不同场景，近距离感受阿郎下南洋的创业之路以及办学兴教等事迹，也让人感受到南洋华人吃苦耐劳的拼搏精神和反哺家乡的壮举。
关键词：下南洋；虚拟现实；Unity3D；3DMax；C4D；三维场景建模
Immersive Somatosensory Interaction System Based on VR Technology:Design and Realization of the Story about"the Migration to Southeast Asia"
HUANG Libing
(Xiamen Ocean Vocational College,Xiamen Fujian 361000)
【Abstract】：The Migration to Southeast Asia refers to the history when people in southeastern China moved to Southeast Asian countries to make a living.It was a large-scale population migration in modern Chinese history which lasted for a long time.Those migrants in Southeast China upheld the concepts which attached great importance to endeavor,exploration,orthodoxy,and education,tremendously enriching the core of Chinese culture.The Migration to Southeast Asia VR System demonstrates the life of ALang,an overseas Chinese in Southeast Asia and a virtual character.The system utilizes 3DMax and C4D to create three dimensional scene and mapping,API C#Script editing system of Unity3D,3rd-party VRTK plug-in of U3D,and particle system to simulate the scene of ALang’s life.With VR glasses and control handle,users can experience four different scenes,get close observation of ALang when he started his business,established schools,and saving the countries with his earnings.Furthermore,users can get to know the toughness and hardworking spirt of oversea Chinese in Southeast Asia and their great undertaking in supporting their homeland.
【Key words】：migration to southeast asia;virtual reality;Unity3D;3DMax;C4D;3D scene modeling
0引言
虚拟现实（Virtual Reality，VR）[1]是一个创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术又称为灵境技术，是在计算机上生成模拟现实的三维空间，用户使用输入设备，通过计算机显示屏或者VR眼镜360度观察并操纵物体，让使用者产生身临其境的体验。现广泛应用于军事、航空航天、教育、医疗、设计、影视娱乐等方面[2]。为了利用虚拟现实技术实现“下南洋”这段历史，笔者进行了系统地设计规划，并对数据采集、人物建模、游戏功能、漫游碰撞检测等关键技术进行探讨，借助Unity3D[3]、3DMax和C4D作为开发工具，展现了阿郎一生的奋斗史，让用户身临其境地感受了“下南洋”的艰辛和造福乡梓的成果。
1系统总体设计要求及开发流程
1.1系统总体设计要求
为了更深入地体验“下南洋”，同时考虑VR场景漫游需要，提高系统的可操作性，《“下南洋”VR系统》将阿郎的一生分为四个阶段，分别是少年阿郎、商海沉浮、造福乡梓、晚年岁月，通过这四个阶段全面介绍阿郎生平事迹，采用场展重现、场内讲解以及录像、知识问答、游戏相结合，让体验者沉浸在VR世界的乐趣中感受“下南洋”的全貌。系统组成框图如图1所示。
本系统实现以第一视角呈现整个故事，可以第一人称视角在场景内自由行走漫游，可实现360度的自由旋转，可即时交互；同时，系统还具有真实的力学仿真性能，例如，体验者只能从门或楼梯进行空间的转换，避免体验者直接穿过墙壁，NPC仅允许在地面上活动，活动翻转不能超出地面。
系统的设计是满足PC端和VR端的使用。
（1）PC端使用方法：空格+上下左右键场景漫游，鼠标点击地面可以到达指定地点；
（2）VR端使用方法：按钮右手柄相当于鼠标，点击右手柄上方按钮发射射线，射线指向要点击的位置按下手柄下方的扳机就可以点击按钮。
1.2系统开发流程
根据系统设计的总体需求及其四个阶段场景系统所要实现的视景效果，对大量的基础数据进行采集、整理，然后利用3DSMax、C4D完成对建筑物、室内环境、角色、游戏场景等三维场景进行搭建，通过Unity3D强大的系统开发功能及插件VRTK完成交互漫游功能的实现，再结合API技术和动画技术实现系统运行过程中的特效仿真，从而对“下南洋”故事的实现。
为了达到四个阶段场景系统所要实现的效果，利用交互式参数化建模方法构建视景仿真系统的运行场景及三维模型。系统开发的流程如图2所示。
2“下南洋”VR系统的实现
2.1数据采集
由于阿郎一生事迹是创建VR系统的载体，且虚拟现实技术就是将真实场景最大限度地展现出来。为了更好、更全面展示下南洋全过程，笔者查阅、收集了相关资料[4]，系统中部分场景是利用数码相机、鱼眼、云台等设备对相关建筑物进行全景拍摄并合成而来。
2.2场景建模和优化
在完成了大量基础数据采集、整理后，接下来进行三维场景搭建[5]。在建模过程中，首先确定模型的比例，并在建模过程中注意布线等相关细节的处理。由于3Dmax是从整体着手，对于尺寸要求不是特别严格，因此室内仿真环境建模，我们是将绘制好的CAD平面图纸导入3Dmax以后建模，这是为了保证建筑尺寸准确，在导入过程中使用3D捕捉命令制作，然后通过多边形进行删减和附加进行建模，模型建好后参照拍摄的全景图片赋予相应的建筑材料，使得建筑模型更加逼真。
2.3人物角色建模
对人物角色要求对阿郎不同年龄阶段的特点建立模型[6]。人物建模的操作过程：
（1）绘制人物的三视图：正视图，前视图，侧视图。
（2）制作需要的模型，面片建模、多边形建模，从人物头顶一直做到脚，做到最后人物会是一个整体的而不是拼凑起来的，整个人物模型布线均匀流畅。
（3）骨骼绑定，调整骨骼大小，将骨骼对齐到角色位置（如图3）。
（4）对附加好的多边形进行蒙皮，蒙皮成功后进行权重调整。
（5）对人物进行肢体动作调整，调整后导出FBX格式。
2.4游戏设计
为了丰富系统，在VR场景中设计了两款游戏，一款是打弹弓游戏，感受少年阿郎在下南洋前的快乐童年，另一款是商海沉浮，展现了阿郎在创业时所遇到的种种困难。游戏场景的建模采用的是C4D软件，通过创建立方体、圆柱体等对象转换为可编辑多边形，然后再使用点、线、面模式进行编辑，使用挤压、克隆、扭曲等工具建立场景，建好的模型调整位置、比例，添加材质贴图，最后导出为FBX文件。
弹弓游戏的石子发射脚本如下所示：
private void TriggerTouchChange(object sender,ControllerInteractionEventArgs e)
{
isTime=true;
//当持续扣掉扳机时，isTime为True（记录力度
值使用）
print(anzhu);
private void TriggerTouchEnd(object sender,
ControllerInteractionEventArgs e)//当松开扳机后，发射石子
{
print(songkai);
isTime=false;
if(ball==null)
return;
Vector3 Dir=new Vector3(0,0.1f,1);//给石子增加发射力
Dir=ball.transform.position-shootor.transform.position;
ball.transform.GetComponent<Rigidbody>().AddForce(-Dir*50F*time,ForceMode.Impulse);
ball.transform.GetComponent<Rigidbody>().
useGravity=true;
LineL.SetPosition(0,Vector3.zero);//弹弓还原
LineR.SetPosition(0,Vector3.zero);//弹弓还原
}
3“下南洋”VR系统设计
3.1阿郎一生的四个场景设计
3.1.1《少年阿郎》
通过四个模块：游戏少年-读私塾-下南洋－当学徒，展示阿郎的少年时期的经历（如图4）。场景以第一视角展现，给体验者营造强烈的代入感。以对话形式进行场景重现，为了增加知识性，以答题的方式进入场景选择。在四个场景都游历过后，可进入游戏，体验阿郎少年时的游戏：打弹弓游戏（如图5）。
3.1.2《商海沉浮》
场景中展现阿郎经商过程，体现了南洋华人为了讨生活不懈努力和顽强的斗志，感受了他们诚实守信的品质，可以通过小游戏体验经商过程的艰难（如图6、如图7）。
3.1.3《造福乡梓》
阿郎在南洋靠智慧和坚韧致富后希望为家乡做贡献，为民族振兴倾资发展教育，开办工厂，振兴民族经济，VR系统中以讲解、视频资料播放、实景展示等形式进行呈现（如图8、如图9）。
3.1.4《晚年岁月》
展现了阿郎晚年仍然关心国家、服务社会，也体现了南洋华侨叶落归根的愿望。晚年岁月场景如图10，此场景的操作方式如图11。
3.2人机交互功能的实现
人机交互界面（graphical user interface，GU）主要用于提高系统的可操作性，交互功能的设计直接影响用户的漫游体验，在视角控制上选择第一人称视角自由漫游的方式，尽管本系统在功能上已经实现了景仿真，但为了进一步提高系统的操作功能，需要对脚本运算的初始参数及传送进行设计，本系统采用Unity3D第三方插件VRTK实现传送设计，设置如下：
VRTK_Basic Teleport，该脚本配合继承自VRTK_ WorldPointer的子类，如VRTK_Simple Pointer，添加此脚本后才可以位移传送（图12）。
（1）Blink Transitions Speed：传送黑屏时间设置：模拟眨眼渐变速度，让过渡更自然。
（2）Distance Blink Delay黑屏时间：这个值决定了基于被传送距离的眨眼过度保持黑屏的时长。假如传送的位置比较远，则黑屏时间更久。
（3）Headset Position Compensation头部位置补偿：以头盔为基准，作为传送的坐标。未打钩，则是玩家可玩区域的中心位置作为传送的目标点。可玩区域不能和游戏环境交叉，最大化玩家活动空间。
（4）Ignore Target With Tag Or Class忽略带有标签或脚本的目标：如果传送的目标位置的物体标签与此相同，则被忽略。
（5）作为第四个功能的补充：可以添加VRTK_ TagOrScriptPolicyList脚本中添加多个被忽略传送的物体标签（图13）。
（6）Nave Mesh边缘限制：在navemesh上传送，如果在navemesh的边界，则禁止传送，数值是离边界的距离范围。
3.3碰撞检测
在unity中射线应用范围比较广，多用于碰撞检测，射线是3D世界中一个点向一个方向发射的一条无终点的线，在发射轨迹中与其他物体发生碰撞时，它将停止发射。
public class clickgong:MonoBehaviour
{public GameObject cube;//Use this for initialization
private Camera _camera;//Use this for initialization
void Start()
{
_camera=GetComponent<Camera>();//获取场景中摄像机对象的组件接口
}
void OnGUI()
{
Ray ray=_camera.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);
//定义一条射线，这条射线从摄像机屏幕射向鼠标所在位置
RaycastHit hit;//声明一个碰撞的点
if(Physics.Raycast(ray,out hit)){
//如果真的发生了碰撞，ray这条射线在碰撞点与物体碰撞了
if(hit.transform.tag==bofangtis)
{//判断碰撞体是不是Cube
GUI.Box(new Rect(Input.mousePosition.x,Screen.height-Input.mousePosition.y,300,30),点击按钮播放阿郎事迹视频。);
cube.gameObject.SetActive(true);
}
}
}
}
4结语
采用Unity3D虚拟现实开发引擎以及UG+3dMax+C4D联合建模方法，建立了仿真环境及模型，并结合Unity3D的API C#脚本编辑系统、粒子系统、声音系统以及VRTK第三方插件实现了对阿郎的一生事迹的视景仿真设计。该系统在大学生“三下乡”社会实践活动中得到了很好的展现，取得良好的社会效果，居民和学生们戴上头盔，手握操作柄，畅游四个不同场景，近距离了解不同时期阿郎创业之路以及实业办学、开办民族企业等事迹，通过VR这种新奇高效的体验，深入领悟“下南洋”精神中的“诚”和“闯”的精神，明白诚信对个人和社会的重要性，“闯”体现出了个人奋斗的精神，向社会传递出正能量的主流价值观。
参考文献
[1]喻晓和.虚拟现实技术基础教程[M].北京:清华大学出版社,2015:5-30.
[2]刘光然.虚拟现实技术[M].北京:清华大学出版社,2011:2-30.
[3]曹晓明.Unity3D游戏设计与开发[M].北京:清华大学出版社,2019.
[4]陈嘉庚.南侨回忆录[M].上海:上海三联书店,2014.
[5]潘飞,王继成.高等学校虚拟现实全景技术开发与实践[J].沈阳农业大学学报(社会科学版),2017,19(6):673-677.
[6]温涵泳.基于HTC Vive平台的防化训练虚拟现实系统[D].广州:华南理工大学,2017.
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