徐雨航同学运用Unity平台结合插件与C#语言，为其本科毕业论文（导师杨乃）设计了一款轻量级虚拟校园增强现实系统，该系统能在移动设备上运行，通过手机镜头扫描纸质地图可自动匹配并展示三维建筑图像，用户点击三维建筑图像能够获取该建筑的详细资料，同时支持对三维图像进行多角度旋转、位置调整、尺寸放大及缩小操作。一、技术路线

首先，从纸质地图上选取自然特征标识图，将其截取后上传至官网服务器，接着提取特征点，并下载含特征点数据的标识图资源数据包，随后将数据包导入Unity软件。其次，建立校园三维模型，选择FBX格式导入Unity，在Unity中添加AR应用所需的组件，调整模型与标识图的位置，确保模型能够覆盖在标识上方。然后，增加弹窗界面以及文字元素，并配置C#代码模块以完成操作响应。最终，借助Unity将应用移植到移动设备上。

图1.1 技术路线流程图二、开发环境介绍1.Unity

Unity是一个功能完备的虚拟现实软件，部署便捷，兼容附加组件，教程资源充裕，无论新手还是专业人士都能驾驭。务必在获取并安装Unity时确认其附加组件的兼容性，倘若选用其他构建途径，就必须选择对应的扩展模块，比如采用特定构建方法就应选择那个。本篇研究运用Unity搭配的方案展开构建。

图2.1 unity官网下载个人版unity

创建Unity项目时，要在模板选项栏中选中三维项目类型，具体操作是勾选对应的复选框。Unity运用模块化构建方法，其初始界面参见图3.1右侧，左侧呈现当前场景内物件的组织结构，中间上方包含场景、资源库、游戏及动画等视图，支持相互转换，下方则展示该项目所含资源集以及各类资料、指令、预制件，能够添加新的素材，也能移除已有内容。右侧是部件展示界面，可以通过向特定对象附加部件来进行构建，比如给某个角色安装一个程序部件，并对其编写指令来引导角色移动。

开发一款增强现实软件，一般涉及几个核心构成要素，分别是增强现实技术，用于识别的图形标记，虚拟的三维物体，以及附加的装置元素。

2.

这款AR开发套件，掌握起来并不复杂，基本上不需要去处理很多底层算法相关的编码工作。而且，它能够以插件方式，非常契合地配合Unity使用，当需要导入数据时，可以直接从网络上获取并拖放到Unity的资源管理区域，整个过程非常快捷省事。在Unity的官方网站上，提供了很多利用这个套件开发AR应用的小范例，对于刚入门的人来说，这些例子是很好的学习材料。免费功能强大，是当前AR应用开发的热门工具包。

引擎可辨识并追踪图像，不同于常规的参照标记、数据矩阵条码和条形码，图像对象无需具备特定的黑白区块或编码才能识别。经由将图像中的固有特征同已知的对象资料库进行比对，引擎得以辨识并追踪图像本身所含的自然特征。当图像对象一经辨识，引擎便会持续追踪该图像。

3.

这是一款专为设计构思环节打造的应用程序，界面明晰，容易掌握，用途广泛，具备便捷的调整特性。借助单个图形就能轻松创建三维造型，无需进行复杂的三维构造。该公司在2006年购入了这款软件及其研发团队，到了2012年又将其转手给了另一家企业。本文所展示的模型全部使用该软件制作，与3DMax相比，这款软件的操作更为简便，也更容易将构建的模型传输到指定平台。

4. C#脚本语言

Unity所采用的编译器是C#语言专用的跨平台开源编译器Mono，并且是Unity根据自身需求进行了修改后的版本，该编译器基于C# .NET 2.0的语法规范进行设计，不过由于Unity进行了定制化调整，因此它也能够兼容部分C# .NET 3.5的语法特性，C#脚本语言在跨平台应用方面表现出更优越的性能

三、详细开发步骤1.创建AR基本组件

先移除新创建的Unity工程左侧目录树里的Main目录sketch license key，以免和AR功能产生冲突，因为AR功能里包含了实现AR应用的组件和附加的脚本，而Main目录不具备这些内容，它主要用来作为游戏开发的摄像头使用，并不适合AR应用，所以需要将其删除，接着在主菜单栏选择AR选项，新建一个AR项目，此时Unity会弹出导入提示（如图3.1所示），然后点击导入，左侧界面便会展现出来。

图3.1 导入

点击Image选项，需要生成一个标记图像，Unity会询问是否载入预设图库，若未获取过官方网站提供的标记图资源包，可选用载入系统自带资源sketch license key，随后会呈现预设素材，其中包含标准标记图形，若仅用于构建简易演示，可将此标记图文件下载并打印，用以完成基础实例展示。接下来将介绍如何制作的标识图。

打开那个官方网站，先建立一个新账号，接着登录进去，找到页面顶部的按钮，再点一下获取密钥的选项，这样就能拿到一个用于开发的特别钥匙，具体的样子可以参考图3.2。

图3.2 注册登录获取密钥

(4)在 中点击Add ，创建一个存放标识图的数据库。

进入数据库系统，选择上传标记图形文件，参考图3.3（a）示例，该图形既可自行设计，亦能从现有图像中截取特定区域作为标记，系统兼容四种标记格式，包括Image（独立图像、（矩形框）、（圆柱形）、3D（三维模型物体），本项研究采用独立图像标记形式。接着服务器会对已上传的图形进行关键特征提取，为后续的图形识别工作奠定基础。右图中的那个小小的黄色“＋”符号就是特征点的标记，后面的星级数量就是对该标记的评分，最高为五个星。挑选标记图时，要尽量选择那些对比强烈、细节丰富、边缘清晰且没有重复图案的图片，同时要避免选择对称的图形。用于识别的图片必须是8位色或24位色的PNG或JPG格式。如果是JPG文件，必须是无灰度的RGB模式，并且文件大小不能超过2.25兆字节。图片特征点及打分如图3.3（b）所示。

图3.3（a） 上传标识图图片

图3.3（b）由服务器提取特征点

进入主菜单选择文件，再选择构建选项，在该界面左下方找到相应复选框并勾选，这样就能启用AR组件功能，接着点击该组件里的打开按钮，会进入设置页面，如图3.4所示，需要把第（3）步取得的密钥，复制之后粘贴到设置界面中的App Key这个位置上。配置界面正中间的Max以及Max，代表可同步监测识别的影像或物体件数，允许用户自主设定具体数值，其上限受限于计算机的处理能力。

图3.4 AR 配置界面

获取标记物资料库，并将其载入到Unity软件里。把下载好的Unity文件，移动到Unity操作台的（资源）位置中。进行导入操作。参照图3.5。

图3.5下载资源包并导入unity

先建立一个三维的立方形物件，接着把它移动到左边图例存放位置，由于两者的空间坐标不一样，因此在场景画面中，要将这个立方形物件拖放到图例的正上方，并且让它尽可能紧贴着图例。按下界面顶部的播放键，游戏画面中会显现出程序运作的场景，它运用了电脑的镜头来采集影像，一旦采集到的标记图像与已载入的标记图档案中的图像对上号，对上号之后就能把数字物件叠加上去，这样一个简单的AR的示范就制作好了（如图3.6所示）。

图3.6 AR小事例

2.导入校园三维模型

在当中制作校园的三维形态，参考图3.7，制作完成后将其存为FBX文件。这种软件比3Dmax要容易上手，入门后可以开始构建模型。若要将模型引入Unity，就必须先把它转化为FBX文件格式。

图3.7 中建立的三维模型

在中文环境中构建的立体构造，通过点击文档菜单，再选择导出功能，并指定文件格式为FBX类型进行存储。随后在Unity软件里，使用鼠标右键操作，选择新建项目，并加载先前保存的FBX文档进行采纳。接着将该构造物移动到左侧的框架树里，依据图3.8的指引，将其放置在恰当的方位。

图3.8导入unity中的三维模型

3.导入手势资源包，并添加交互组件

在Unity软件里打开资源商店界面，查找名为Lean Touch的插件，这个插件是Unity资源商店提供的免费触屏工具，主要用来帮助开发移动设备上的应用，借助它能够识别各种手势动作，并且给出相应的响应效果。将这个资源包下载下来并导入到项目中，具体操作步骤如图3.9所示，需要在左侧的资源管理区域找到Lean目录，然后右键选择Touch选项来创建新的组件。接下来，为先前创建的每个空对象安装三个名为Lean的组件，以及一个名为Lean Scale的组件，这三个组件分别是：Lean、Lean、Lean Scale。这些组件分别用于实现用户对虚拟模型的移动、旋转以及放大缩小等交互功能，这些操作是在移动设备上通过手指的手势来完成的。

图3.9 导入Lean Touch手势资源包

旋转效果如图3.10所示，主要代码：

声明一个不带参数的空函数

2.          {

3.              var  = .(, );

4.

5.              if ( != null)

6.              {

7.  //

那个轴是通过调用函数获得的,函数有两个参数,返回值赋给了变量axis

9.

该操作针对指定轴进行，具体表现为，将等式右侧的变量与左侧的项进行关联，实现坐标轴上的变换，最终完成指定任务。

11.                       }

12.                   }

缩放效果如图3.11所示，主要代码：

1.    void Scale( scale)

2.          {

3.              if ( == true)

4.              {

把scale.x的值限制在.x和.x之间，使用Mathf.Clamp函数来处理

高度值被限制在指定范围内，上限为上限值，下限为下限值

scale的z轴值被限制在某个范围内，这个范围是以z的值为上下限的，确保z轴值不会超出这个区间

8.              }

9.              . = scale;

10.                   }

移动效果如图3.12所示，主要代码：

1.    void ( )

2.          {

3.              // 确认相机的存在

4.              var  = .(, );

5.

6.              if ( != null)

7.              {

那个需要挪动的物件当前在显示界面的坐标

那个变量等于点号后面括号里的内容

10.

不允许在指定区域放置任何新增物件，该地点严禁进行扩充，原有界限必须维持现状，任何改动均属无效，请严格遵守规定，不要尝试改动此区域，确保此地点保持原样，不要进行任何形式的增加，维持现状是唯一允许的选择，不要破坏既定安排，保持此地点的原始状态，不要进行任何更改，确保规定得到遵守，不要违反设定，维持此地点的完整性，不要进行任何改动，保持现状是必须的，不要尝试改变，确保此地点不受影响，不要进行任何添加，维持原状是强制性的，不要破坏规定，保持此地点的稳定，不要进行任何扩充，确保此地点保持不变，不要进行任何改动，维持现状是必须的，不要违反规定，保持此地点的原始状态，不要进行任何增加，确保此地点不受干扰，不要进行任何更改，维持原状是强制性的，不要破坏设定，保持此地点的稳定。

不允许进行任何操作，保持原样，仅作说明，不做实质改动。

13.

将数据转换到全局坐标系，以便进行统一处理，这个过程非常关键，需要精确执行，

不允许进行该操作,需要遵循规定,否则将会受到限制,请务必注意,这是明确的要求。

16.                       }

17.                   }

图3.10 旋转操作

图3.11 缩放操作

图3.12 移动操作

4.导入手机端

将Unity开发的应用程序安装到移动设备上，以便利用该设备的相机扫描图像识别标记物，从而达成虚拟现实效果。移动设备的相机在分辨率上远超台式电脑的相机，这有助于提升对标记物的图像分析能力，并且能够实现更为精确的识别。在Unity软件中，依次找到文件菜单，再选择构建选项，接着点击其他选项，需要调整几个关键设置，名称字段必须符合规范，若不符合，构建时会显示错误信息，需要将TV选项前面的复选框取消，至于图标等非核心设置，可以忽略，系统会自动采用Unity自带的图标和启动画面在配置列表里，如果存在其他环境，需要先移除它们，然后点击增加开放，把当前环境加进去，在下方设备选择区，依据移动设备类型选择苹果系统或者，由于本例中移动设备使用的是安卓系统，因此选择安卓，接着点击构建，会生成APK文件（见图3.13），把这个文件发送到手机上安装并启动，手机端的增强现实功能就可以使用了（见图3.14）。

图3.13 导入手机端

图3.14 手机端截图

5.弹出框交互设计

制作一个交互式按钮，用于呈现模型详情，参考图3.15（a）。在生成的标识图子目录中，通过右键操作添加一个按钮及一个Image，二者均作为画布的子项存在，如图3.15（b）所示。接着在Image组件下方，放置一个按钮和一个文本框，前者负责关闭弹出的对话框，后者用于展示模型的具体说明，如图3.16所示。调整各个按钮与文本框的摆放，防止它们发生重叠现象，以免干扰按钮的正常工作，至于其他部分，可以适当变动。只要将Image元素配置界面顶部的选择标记取消，那么在Image里设定的文本框和按钮就会消失不见。为首个新增设置绑定点击触发动作，在参数设定面板中，于点击“+”号时，插入一项，需将图片从左侧区域移至下方指定位置，同时勾选对应选项，参照图3.15（c）展示效果。在函数选项处，选择点下小数点符号，以启动弹出界面。操作至此完成。对取消按钮执行类似操作，但无需勾选标记，其状态应与图3.15（d）一致。

图3.15（a）

图3.15（b）

图3.15（c）

图3.15（d）

图3.15 弹出框交互设计

图3.16弹出框介绍建筑详细信息

四、实验效果

把所有模块载入引擎，与一张完整的参照图对齐，调整好坐标，如图4.1。

图4.1所有模型导入

接下来，借助Unity的官方工具，将程序转化为安卓应用包，这在前文已有说明。在移动设备上启动该应用，并将设备镜头对准实体地图，即可达成图4.2所示的功能。

图4.2 手机端显示全部模型

视频演示如下：

先前我们亦发布过运用Unity的AR基础操作指南，具体内容可查阅：

如有侵权请联系删除！