基于 Unity3D的智慧园区三维可视化平台设计与实现——以西华门智慧园区为例
摘要：针对传统园区存在智能化管理水平低，资源浪费以及运营成本高等问题，研究基于unity3D引擎来搭建智慧园区三维可视化平台，实现园区全面智能联动与融合，从而提升园区的智能化管理与服务水平，结果表明，利用Unity3D平台开发的系统具有良好的开发界面，体现了较强的直观性和跨平台性的特点，为用户提供了优越的体验和视觉效果。
关键词：智慧园区；三维可视化；平台设计
Abstract: In view of the low level of intelligent management, waste of resources and high operating costs in traditional parks, the study is based on the unity3D engine to build a three-dimensional visualization platform for smart parks to achieve comprehensive intelligent linkage and integration of the park, thereby improving the level of intelligent management and service in the park. Shows that the system developed by the unity3D platform has a better development interface, reflects strong intuitiveness and cross-platform characteristics, and provides users with superior experience and visual effects.
Key words: Smart Park; Three-dimensional visualization; Platform design
随着物联网信息技术与三维可视化的快速健康发展，为智慧城市和智慧园区建设社会提供了技术上的强力支撑，带动了全球市场经济不断发展，管理模式向智能化转型，中国电信西华门园区工作人员比较多，部门繁杂，人员进出频繁，很难进行系统的管理。因此，本文研究基于unity3D引擎来搭建三维场景，构思智能系统接入平台方式，全面提升中国电信西华门园区管理服务能效。
一、技术机制
Unity3D是一个全面整合的游戏引擎，几乎集成了我们在开发过程中的所有功能，可以大大缩短开发的时间，我们可以通过U3D的语音系统、粒子系统、物理系统、动画系统、UI系统和渲染器等做出高品质的精美场景，实现三维、语音和强大的交互能力相结合，我们可以在Windows、MacOSX和Linux下运行其编辑器，可跨平台发布到各个平台，包括PC、Mac、Android、Xbox、WebGL等平台，可实现一次开发就可以在多平台上进行发布。
二、系统功能需求
综合运用多种现代信息技术，包括物联网、多媒体、云计算等技术，以“互联网+园区”为理
念，为园区的管理者提供便捷的管理，实现一体化集成管理和系统联动，提高服务的灵活性、高效性、准确性。具体包括一下方面：
1.资源整合。高度集成互联网、传感器、智能信息处理等现有技术，对园区各关键环节的资源进行感知、监控、分析、控制和整合，使园区企业和员工紧密联系在一起，智能地响应各种需求。解决当下园区内可能存在的信息孤岛问题。
2.管理服务。为园区管理服务，增强推动企业创新的服务能力，进一步提升工作人员在园区的内勤管理能力和服务能效。
3.企业服务。为产业提供服务。建立企业管理云服务和配置物联网传感技术来收集、整合和反馈信息，建立园区应急智慧、安全管理、风险管控决策支持平台。
4.品牌宣传。搭建园区门户平台，通过虚拟展示、告警信息，信息检索等功能，向公众展示园区和企业文化，进一步加强品牌宣传和园区知名度，有利于园区形象的建设和吸引投资。
5.创新能力。以云计算和物联网等应用为基础，打造高科技、智能化程度，以此来提升园
区层次和服务水平，可以有效的降低成本，提高效率，从而扩大服务的覆盖面和受益程度。
三、数据模型设计
智慧园区三维可视化平台的三维模型主要是指园区内部既周边的地形要素、道路、建筑、景观的三维建模，也包括各个分楼层内部物体的三维建模，为了方便建模，我们把园区分类为3个要素来进行建模（图1）。
图1 园区三维模型分类
1.数据采集与处理
数据采集是制作三维模型的基础工作，由于园区面积广，设计复杂，建筑物多等特性，我们需要对成精进行分类，在此基础上进行数据采集工作，通过矢量数据、CAD图纸、纹理素材等可以精确的描述出园区。对于楼高的测量使用的是估算，实地测量出每个台阶的高度，然后根据每一个楼有多少个台阶，台阶数乘以台阶高度得到一个楼梯的高度，最终的到楼高。获得园区高分辨率遥感影像后，用软件进行遥感影像校正，最终对影像数据进行矢量化处理拿到矢量数据并结合CAD图纸对建筑物内各楼层进行建模，最终建立与实际比例相对应并且高度还原的三维模型和园区场景。单纯的三维模型效果很差不够美观，贴图可以使模型更加逼真和美观，因此一个好的贴图必不可少，每个模型的外表面纹理都是通过相机拍摄获得的，最后利用PhotoShop软件对纹理进行裁剪、校正、匹配等处理，最终拿到我们需要的贴图，并对三维模型进行贴图，从而还原出高度写实的建筑物原貌。
2.三维建模
智慧园区三维可视化平台的构建是以三维模型数据为基础，利用采集和处理的数据，充分利用3DMax软件的优势，在3DMax中进行三维模型的集成建模。建模时，需要将后期可能
遇到的一些模型维护问题，如，在模型命名时一定要按照规范和含义，为了保证智慧园区场景相对位置的准确性，需要按照一定的顺序进行建模。此外，3DmAX导出的文件最好是Fbx格式的文件，要注意向Unity3D中导入三维模型时，为了防止纹理丢失无法显示，首先导入纹理，然后导入三维模型。将模型导入Unity3D引擎后，先将三维模型放入场景，开始检查模型是否有问题，并进行修正。将所有模型的材质球设置为可编辑状态，并且对模型文件进行属性设置例如禁用可读写选项，不需要加入法线贴图的模型，禁用法线。开始在场景中打灯光、调材质，并且编写shader实现想要的效果，最后要对场景进行各种优化操作（图2）。
图2 渲染效果
四、智慧园区三维可视化平台架构
智慧园区三维可视化平台的体系结构主要体现在四个层次：感知层、网络层、平台层和应用层。
1.感知层。包括摄像头、传感器等传感终端，全面采集园区内各类设备、车辆、人员状况、环境监测等数据信息。
2.网络层。将感知到的数据信息通过数据采集平台，进行统一整理，并存储在云服务器上。
3.平台层。包括物联网门户、数据中心、管理中心以及应用开发环境，数据采集平台适配兼容了不同平台和终端传输过来的数据；数据中心主要完成数据存储、分析、统计等；管理中心包含用户权限管理，以及设备管理等；应用开发环境主要体现为业务开发、三维可视化开发等，而我们的数据采集程序以及数据存储是放在云平台上的。
4.应用层。提供了智慧安防，三维展示、智慧餐厅、智能会议室、环境监测、智慧垃圾桶等应用服务。
五、智慧园区三维可视化平台的设计与实现
前端是通过C#以及unity3D引擎开发中国电信西华门智慧园区可视化系统，为用户提供，整洁、美观的UI以及图表可视化界面，并通过unity3D渲染出高仿真的三维场景，为用户提供了更好的沉浸式体验。其实现的功能主要是对设备数据展示、三维场景建模渲染、视频监控、用户管理、智慧餐厅、会议室预约管理，该平台是基于C/S架构以及MVC设计理念，使用MySQL数据库进行系统开发。主要分为界面管理模块、天气系统模块、数据中心模块、资源管理模块、用户管理模块等，界面管理模块是对界面图表可视化以及数据显示的管理；天气系统模块，编写模拟晴天、雨天、雪天等天气状况，并真实还原一天24小时的天气、光照变换,效果如图3所示；数据中心对数据库进行增删改查；资源管理是对场景用到的资源进行加载卸载的管理，并建立对象池对重复用的资源进行重复利用，以节约不必要的开销；用户管理模块针对不同的用户级别开放不同的权限等级，主要分为管理员和普通用户。管理员的权限主要包括对普通用户管理、权限管理等功能。
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