作品来源：2026届智能建造专业本科毕业设计

设计人：陈在首、陈佩思

指导老师：张鹤、骆剑彬、关振长

作品视频

作品介绍

福州大学土木工程学院南楼沉浸式交互系统是一款以校园建筑为载体、面向数字化展示与教学应用的虚拟仿真平台。系统针对传统建筑展示手段（二维图纸、静态照片、视频）信息传递不直观、缺乏空间交互等问题，利用Unity引擎与Revit高精度建模技术，构建了南楼地上六层、地下一层的全要素三维场景，并集成双模式漫游、场景动态切换、实景物体交互、智能信息查询与后台权限管理五大核心模块，为用户提供沉浸式、可交互、可管理的数字化建筑体验。

1. 系统背景和意义

随着数字孪生与虚拟现实技术的快速发展，建筑数字化已成为智慧校园建设的重要组成部分。传统校园建筑展示主要依赖二维图纸、静态照片或视频资料，存在信息传递不直观、空间感知弱、交互性差等问题。福州大学土木工程学院南楼作为学院教学、科研与实验的核心场所，楼层多（地上六层、地下一层）、功能分区复杂、实验室分布广泛，新生入学导览、外来人员参观以及日常教学演示均面临效率低下的问题。前期以福友阁为载体的LCC点云建模实验表明，点云模型面数庞大、不可编辑且难以支持精细交互，因此本项目采用Revit LOD300精度建模方案，基于Unity引擎开发沉浸式交互系统，旨在弥补传统展示手段的不足，为校园建筑数字化、虚拟教学及后续结构健康监测数据接入提供高效、流畅、可扩展的技术平台。

表1  开发环境配置

2. 系统架构和技术选型

系统采用Standalone单机独立架构，将所有三维模型、材质贴图、交互脚本及用户界面资源完整打包于单个Windows可执行程序内。用户无需安装任何额外运行时环境或依赖库，也无需连接网络或启动本地服务器，直接双击即可运行，极大降低了部署与使用的复杂度，同时避免了对浏览器性能的限制，可充分利用本地硬件（GPU、CPU）进行高效的图形渲染与物理计算。

图1 Standalone架构图

三维场景基于Unity引擎与URP通用渲染管线进行开发，利用URP对渲染流程的精细化控制能力，在保证高画质视觉效果（如实时光照、阴影、后处理特效）的同时，通过合并渲染批次、简化着色器复杂度等方式优化了图形性能。场景中的建筑模型源自Revit精细化建模，经过轻量化处理（如移除冗余顶点、合并相似网格、优化纹理分辨率），在保持视觉真实感的前提下大幅降低了模型的数据规模。导入Unity后，对材质进行了URP管线适配——将原有内置着色器批量转换为URP兼容的着色器，并逐一校正金属质感、粗糙度、透明度等参数，确保材质在目标管线中正确渲染。

碰撞体系统采用组合式Box Collider替代高精度的Mesh Collider：地面用单个大型Box覆盖，墙体沿轮廓分段拼接并在门洞处预留空隙，楼梯以多个Box拼合或倾斜Box模拟斜坡。这种策略既保证了角色行走、开门、上下楼梯等交互的真实物理反馈，又显著减少了物理引擎的计算开销。通过上述一系列优化措施，系统在保证建筑外观与空间布局高保真还原的同时，实现了流畅的漫游帧率与稳定的交互响应，整体运行性能得到显著提升。

图3 碰撞体系统

3. 核心功能模块

3.1场景漫游模块

支持第一人称重力行走与自由飞行双模式漫游。第一人称模式基于CharacterController组件，配置步进步长0.4、重力-9.81，支持WASD移动、空格跳跃、Shift加速；自由飞行模式无重力无碰撞，可快速穿梭任意楼层。两种模式通过互斥脚本实现无缝切换，切换时同步相机位姿并短暂屏蔽输入，保证视角不突变。

图4 场景漫游

3.2场景切换模块

实现昼夜平滑过渡与各区域一键跳转。昼夜切换控制Directional Light的光照强度、颜色、环境光及旋转角度，协程在3秒内经SmoothStep缓动完成插值；区域跳转预设各楼层、多功能厅、全景图等区域的目标位置与旋转信息，并配有相关介绍说明，协程在1秒内平滑移动相机。两模块均采用参数化设计与协程动画，过渡自然无闪烁。

图5 场景切换

3.3实景物体交互模块

包括门体铰链开合与墙贴图全屏查看。门体通过铰链父物体实现绕轴旋转，触发器检测玩家按F键后协程在0.5秒内完成开合；贴图交互通过鼠标悬浮高亮材质颜色、点击弹出全屏RawImage并自动读取纹理，点击空白区域关闭并释放内存。

图6 与墙贴图交互

3.4智能查询模块

基于本地PostgreSQL数据库相关表，内置南楼历史、功能分区、开放时间等六十余条问答。采用两阶段匹配算法（精确匹配+反向模糊匹配），响应时间小于1毫秒，支持简略表达（如“开放时间”匹配“南楼开放时间”），输入框点击自动清空并随机刷新推荐提问问题。

图7 智能查询

3.5数据管理模块

基于PostgreSQL数据库与Npgsql驱动，管理员（postgres/123456）登录后进入后台管理面板。通过参数化SQL封装增删改、定向查询、全查询方法，实现职工信息、设备信息、房间信息、维修信息等8个模块的持久化存储与安全操作，防SQL注入，中文显示无乱码。

图8 管理员登录界面

图9 后台管理面板

 图10 数据管理界面 

4. 系统操作简介

4.1启动与环境要求

1.运行环境：

Windows 10/11操作系统，建议分辨率1920×1080，显卡GTX 1650及以上。

2.启动方式：

双击福州大学土木南楼交互系统.exe文件，系统将自动加载三维场景与主界面。

3.数据库配置（如需使用管理权限模块）：

确保PostgreSQL服务已启动，且数据库BS中已导入admin、building、contact、culture、room、room_device、notice、repair、staff共计9个表。默认管理员账号：postgres，密码：123456。

4.2漫游操作

1.自由飞行模式（默认）：

W/A/S/D水平移动，Q/E升降，Left Shift加速，鼠标右键按住旋转视角。可穿透墙体、无视重力，适合快速浏览整体布局。

2.第一人称模式；

W/A/S/D行走，空格跳跃，Left Shift加速，鼠标右键按住旋转视角（松开恢复光标）。遵循重力规则，与碰撞体交互，适合室内细节漫游。

3.模式切换：

点击主界面“模式切换”按钮，在弹出的子面板中选择“漫游切换”，两种模式无缝互换。

4.3 场景切换操作

1.昼夜切换：

点击主界面“昼夜切换”按钮，选择“白天”或“夜晚”，场景光照平滑过渡。

2.区域跳转：

点击主界面“场景切换”按钮，选择目标区域，相机平滑移动至预设视角。

4.4 实景交互操作

1.门体开合：

走近门前触发器区域，屏幕显示按键提示；按下对应按键，门体平滑旋转打开，再次按下关闭。

2．墙贴图查看：

鼠标悬浮墙面图片，图片高亮；单击图片，全屏大图显示；点击任意空白区域关闭。

4.5 智能查询操作

用户点击主界面“智能查询”按钮后，弹出查询面板，输入框自动获得焦点。用户在输入框中键入自然语言问题，例如“南楼开放时间”或简略表达“开放时间”，点击“提问”按钮或按回车键，系统立即对输入进行预处理（去空格、转小写），随后启动两阶段匹配算法：首先遍历知识库字典，判断用户输入是否包含预设关键词（精确匹配）；若未命中，再反向判断预设关键词是否包含用户输入（反向模糊匹配）。匹配成功后，答案显示在下方可滚动文本区域；若未匹配，则返回引导提示，列举推荐提问问题（如“南楼是什么”“南楼功能”等）。输入框支持点击自动清空，用户可连续提问，且每次点击输入框自动随机刷新推荐提问问题。

4.6 后台管理操作（管理员）

点击“管理权限”按钮 → 输入用户名postgres、密码123456 → 点击回车键或“登入”进入后台管理面板。配有“账号或密码不能为空”、“账号或密码错误”的弹窗提醒。

在后台面板中，选择要管理的模块，进入对应数据管理模块（以通知公告管理为例）。可通过输入框填写id、标题、发布时间、发布人、网站链接的相关信息，点击“添加数据”添加通知公告记录；点击“查询全部”显示所有数据记录；在写有“定向查询关键词”的输入框中输入关键词后点击“定向查询”可查看所有包含关键词的数据记录；“修改数据”和“删除数据”按钮均根据id进行对应修改或删除记录操作。操作结果实时显示。点击“返回管理”，回到数据库管理界面；点击“返回主页”，回到系统主界面。

4.7 建筑信息展示操作

点击“建筑简介”进入建筑信息展示模块，点击“上一页”、“下一页”进行内容的切换。第一页为建筑简介，第二页为学院历届领导，鼠标滚轮或拖动滑块进行内容查看；第三页为通知公告，点击“刷新”可重新随机展示四则通知公告，点击对应通知公告标题可跳转至对应发布网页。

5. 作品亮点

1. 双模式漫游无缝切换：

第一人称重力行走与自由飞行模式通过互斥脚本实现一键切换，切换时同步相机姿态并短暂屏蔽输入，保证视角不突变、操作无冲突。

2. 协程驱动的平滑动画：

昼夜切换采用缓动曲线实现光照参数插值，楼层跳转与门体开合均通过协程实现线性插值，过渡自然无卡顿。

3，多面板互斥协调架构

集中管理所有功能面板的显隐，面板打开时自动禁用相机控制脚本，关闭时恢复，彻底解决UI操作与漫游输入的冲突。

3. 高性能场景整合

通过模型轻量化、材质批量适配及组合式碰撞体优化，显著提升物理计算效率与渲染性能，在主流配置下运行流畅。

4. 智能查询两阶段匹配

本地知识库支持精确匹配与反向模糊匹配，响应迅速，用户可使用简略表达快速获取建筑信息。

5. 轻量化离线部署

系统打包为独立可执行程序，无需安装任何运行时或数据库客户端（后台管理需本地数据库），双击即可运行，便于展示与教学。