城市空间与轨道交通虚拟现实交互展示范文

摘要：VR技术的崛起与虚幻引擎的发展，不仅使游戏产业进入新纪元，而且也给影视动画和室内外建筑漫游设计展示行业带来了福音。UE4（UnrealEngine）虚幻引擎的诞生，实时渲染技术取代了传统三维软件的离线渲染，画面效果基于真实物理环境计算更加真实。

关键词：引擎动画；三维动画；UE4；VR交互展示

一、市场调研与分析

2016年全球VR技术的爆发，使得动画行业对VR技术有了新的想法，国内外动画公司也都在向VR动画进军探索。其中VR在游戏动画行业的发展最为迅速，一部游戏能吸引玩家的最大特点就是沉浸感，而VR技术的亮点恰恰是让使用者身临其境，完全沉浸在虚拟的世界里，所以VR游戏产业也迅速遍及全球。而开发VR游戏的正是一系列的游戏引擎。

二、UE4引擎与UE4的定向利用

（一）UE4和VR技术结合UE4做为游戏引擎，正是基于它自身的实时渲染功能，成功地和VR接上了轨。VR全称VirtualReality（虚拟现实），是全景360度地，从视觉，听觉等，沉浸式的融入实时的虚拟环境中。而UE4的实时全景渲染正符合这一点，UE4可以制作可交互的VR展示，对于艺术家们来说，自己创作的虚拟世界可以随时身临其境地进入，那将是无比的自豪和满足。UE4引擎自身就可以随时地使用VR头盔设备观察，测试，让制作者提前体验，方便即时调整效果。UE4不仅可以制作VR，而且可以用VR模型操作UE4，游戏设计者们可以带上VR头盔，在360度全景的环境下创作。这是开发者的一大亮点，让创作过程不再枯燥无味，使得设计的艺术家们创造并快乐。

（二）UE4创作引擎动画基于UE4的这些创新型有利功能，很多动画、影视等公司早已蠢蠢欲动了。许多公司已经开始使用UE4来制作影视动画短片，影视动态预演等。角色和物体动画相对Maya、3Dmax等软件更加方便，在角色动画中，UE4有一个独特的动画系统，那就是动画混合空间，这个功能可以实现任务角色各种动作的无缝变换，如人物站立到走路到跑步再到站立，中间无缝切换。

（三）利用UE4引擎实现多个专业毕设融合当今最佳的展示手段便是VR虚拟现实展示。于是我们开始着手于专业合作的工作部署，我们选择了UE4引擎作为专业融合制作毕业设计的基础，环境设计专业学子设计室内外建筑环境，使得场景环境切实可行，产品设计专业学子设计轨道电车，为城市轨道交通枢纽减压，动画专业融合双方设计，利用UE4引擎制作可交互的VR展示。通过多次沟通，多次交流，最终确立了三个专业跨专业合作共同创作毕业设计的方案。

三、城市轨道交通枢纽综合体人文化设计

（一）课题综合研究背景火车是人类创造的一种具有划时代意义的交通工具，是第一次工业革命的产物，但为了实现城市的现代化发展，许多城市对原有交通路线进行了整体改造，其中就包含具有历史意义的中东铁路南端，旅顺-大连是中东铁路的最后一段，承载着历史的使命，但2014年最后一趟列车驶离旅顺站，旅顺火车站也慢慢地退出了人们的舞台。旅顺火车站建筑风格别具一格，具有较强的历史文化意义，广为人知。旅顺火车站是1898年由俄国建筑家设计，并由日本负责修建的欧式建筑，它是我国保存最完整的欧式站台之一。从外形来看：黄色和绿色搭配，草帽形尖顶，绿色穹顶塔楼，鱼鳞状的瓦片，精致的木质雕刻，俄罗斯风格的白墙、绿窗，造型别具一格。

（二）课题目的和意义现今旅顺火车站已经失去了商用和服务城市的价值，不再运营，旅顺火车站承载了老一辈人们的记忆，融合了多民族文化，也代表了历史的变迁，是划时代的标志产物。从文化遗产角度来讲，它是具有时代文化的建筑遗产；从商业角度来讲，旅顺工厂较多，人口密度较大，人流量多，再次启动旅顺火车站，有相应经济价值，能带动当地经济发展，因此我们通过多方面考察，最终将对旅顺火车站建筑遗产进行商业复合化空间设计，包括商业空间，交通枢纽两个方面。城市复合化商业空间方面：基于旅顺火车站，融合火车站建筑、文化元素，设计符合化商业空间，包括商业中心建筑、过街天桥、停车场游客中心、候车长廊以及周边园林景观等。交通枢纽方面：设计能代表城市文化的轨道交通工具，融合中国传统文化（脸谱），结合大连文化（大连独特的建筑文化，海洋文化，历史文化），整合后再结合旅顺的建筑文化，樱花、港口等元素最终完成“连谱”城市轨道车造型设计。

四、模型阶段

作为动画专业我们前期参与模型设计，使用3Dmax和MAYA建模。环境设计使用3DMAX建模，模型可以互通，但模型精度过高，不能直接进入UE4。原模型面数3300百万面数，优化重建后160万面数。产品设计使用犀牛软件建模，不可互通，需要重建，利用Maya拓扑技术，模型重建。原模型面数2600百万面数，优化重建后45万面数。在建模软件中模型都严格按照UE4需求来制作，在3Dmax中完成模型和贴图后使用Datasmith插件导入UE4中，实现转化导入。

五、材质阶段

Mari和SubstancePainter是一个突破传统技术在模型上分层绘制贴图的软件，使用PBR流程，使得材质更加真实可观。我们使用“低模+高分辨率贴图”的制作流程，利用SubstancePainter在模型上分层绘制贴图，包括漫反射、反射、高光、粗糙度、金属度、法线6种贴图来实现对接UE4贴图材质。最终使得模型材质写实化，在VR体验中更加真实。

六、UE4阶段

在UE4中我们使用蓝图节点，制作交互，其中包括滚动电梯、直达电梯、自动变色感应开关门、轻轨运动、轻轨门推拉交互、呼吸灯、传送门等。完成交互后继续开始制作外部地形。依照旅顺地势，利用UE4地貌系统绘制地形。同时制作水流和陆地效果。为制作真实的地形，我们不仅绘制了山丘，而且绘制了海底地形，结合海水形成统一的地貌。在植物方面我们利用UE4内部的植被系统，用笔刷刷出花草等植被，同时摆放树木，结合环境设计专业设计景观园林。

七、项目后期优化和VR体验

我们利用VR头盔进行测试场景。VR头盔是基于SteamVR平台来启动的，所以需要专业的驱动软件。经过多次调试运行，最终VR头盔可以使用了，我们把我们的UE4场景经过渲染设置，设置为VR模式。场景便可以启动VR预览模式，经过测试，我们发现多种多样的BUG，如人物碰撞穿模，人物视角高低不准确等。最终我们通过修改人物模板蓝图，修复了多种多样的BUG，同时把操作的按键转移到移动式手柄操作，这样就实现了真实的实时交互效果。

八、总结

UE引擎的应用范围正在逐渐扩大，从最初的游戏发展到现在被医疗、广告、建筑等行业接受，联合国教科文组织曾经组织各大公司采用“虚幻”引擎虚拟展示各种不曾对现代游客开放的古建筑内部的结构展示，有些体育行业的公司利用“虚幻”引擎为体育选手制作过不同模式的训练软件，有些软件开发公司在虚幻的基础上，创造了一些建筑设计的实用软件，能够为建筑行业的展示提供很大的帮助。

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作者：卫亚棵 单位：大连交通大学艺术设计学院