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基于Unity3D的虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2021-01-20 06:21潘舒潔蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校
數(shù)碼世界 2020年12期
關(guān)鍵詞:校史館校史漫游

潘舒潔 蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的可實(shí)現(xiàn)交互功能的數(shù)字化環(huán)境,一方面可以為用戶提供一種真實(shí)而又直觀視覺、聽覺、觸覺的真實(shí)感受和體驗(yàn),另一方面可以借助外在設(shè)備,實(shí)現(xiàn)真實(shí)物體與虛擬環(huán)境的交流互動(dòng),模糊了虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的界限。近些年隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐漸成熟和快速發(fā)展,在醫(yī)療、教育、軍事、工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品展示、房產(chǎn)開發(fā)、旅游等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。本文使用Unity3D引擎作為虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái),使用3DMAX作為三維場(chǎng)景的建模工具,使用HTC Vive作為交互設(shè)備,進(jìn)行校史博物館虛擬展廳VR交互系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備

1.1 構(gòu)建流程

虛擬校史博物館交互系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),其基本的流程可以氛圍以下兩個(gè)階段:

第一階段是對(duì)于虛擬校史博物館的需求和功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析,分析整個(gè)系統(tǒng)和交互模塊的功能分區(qū),以及對(duì)于相關(guān)文字、圖片、影像資料等進(jìn)行搜集整理。另外需要根據(jù)要求使用3DMAX軟件建立三維模型,并使用Photoshop軟件進(jìn)行貼圖繪制,最后將所完成的三維模型進(jìn)行烘焙導(dǎo)出FBX格式,并導(dǎo)入到Unty3D中使用。

第二階段是將所導(dǎo)入的三維模型按照虛擬校史館的功能分區(qū),并進(jìn)行場(chǎng)景碰撞檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)路線的設(shè)定。充分利用Unity3D引擎的OnGUI、NGUI、UGUI模塊中的“Button”、“Lable”、“TextField”、“Slider”等控件功能,并使用C#與進(jìn)行程序腳本的編寫以實(shí)現(xiàn)對(duì)于相關(guān)靜態(tài)模型和影像資料的碰撞檢測(cè)、事件觸發(fā)和交互功能的實(shí)現(xiàn)。

1.2 交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于Unity3D的虛擬校史館的建立,主要是以傳統(tǒng)展館為基礎(chǔ),利用虛擬技術(shù)將展館及其陳列品移植到互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行展示、宣傳與教育活動(dòng),突破了傳統(tǒng)意義上的時(shí)間和空間的局限,使更為廣泛的用戶群體能夠在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上真實(shí)感受展館及展品,用在線互動(dòng)的方式體驗(yàn)“身臨其境,暢游無(wú)限”的精彩世界。其基本功能需求是在網(wǎng)絡(luò)三維虛擬展館或展廳中,觀眾可以實(shí)現(xiàn)實(shí)景觀看、虛擬漫游、互動(dòng)娛樂(lè)等,不但可以隨意漫游瀏覽,還可以720°觀看虛擬現(xiàn)實(shí)展館場(chǎng)景中的各種展品及相關(guān)資料,結(jié)合語(yǔ)音解說(shuō)和其他影像手段,足不出戶就可以在電腦移動(dòng)端前領(lǐng)略虛擬展館的魅力。對(duì)于虛擬校史館的交互功能需求,主要是讓用戶可以通過(guò)手機(jī)、電腦客戶端和HTC Vive頭戴式設(shè)備的手柄、頭戴顯示器,實(shí)現(xiàn)與虛擬場(chǎng)景的互動(dòng)交流。根據(jù)VR校史館的功能分區(qū)和內(nèi)容特點(diǎn),對(duì)于其交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

2.1 場(chǎng)景建構(gòu)

對(duì)于虛擬校史館教習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),其基礎(chǔ)是校史館相關(guān)三維模型的創(chuàng)建,這是人機(jī)交互功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),也是決定著互動(dòng)性、沉浸感、直觀性、真實(shí)感等交互功能實(shí)現(xiàn)效果的關(guān)鍵因素。虛擬校史館的三維模型創(chuàng)建主要包括校史館常見模型的創(chuàng)建、內(nèi)部展示物體的模型創(chuàng)建兩部分。比如在對(duì)于校史館常見模型的創(chuàng)建時(shí),主要是根據(jù)功能分區(qū)和校史館特點(diǎn),使用3DMAX的多邊形建模工具,使用“擠出”、“分割”、“快速切片”等工具實(shí)現(xiàn)對(duì)于模型的創(chuàng)建;使用UV編輯器對(duì)弈相關(guān)具有圖片和材質(zhì)紋理的模型部分進(jìn)行“展UV”,并使用Photoshop軟件進(jìn)行貼圖的繪制;場(chǎng)景燈光的搭建,烘焙并導(dǎo)出場(chǎng)景為FBX格式,最終導(dǎo)入到Unity3D中完成三維場(chǎng)景的創(chuàng)建。

2.2 交互功能實(shí)現(xiàn)

校史博物館兼具教育教學(xué)的功能,借助VR技術(shù)不僅大大提高了知識(shí)呈現(xiàn)的直觀性和情境性,而且融合了游戲化的特征、塑造了真實(shí)多樣化的學(xué)習(xí)環(huán)境,激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)力,提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。對(duì)于虛擬校史館交互功能的實(shí)現(xiàn),要充分了解對(duì)于參觀者、學(xué)習(xí)者兩者不同用戶的不同需求,對(duì)于展示、教育兩者不同功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于交互性的也具有不同的要求,另外還有將虛擬校史博物館的可修改性、可維護(hù)性考慮其中。

2.2.1 漫游交互功能實(shí)現(xiàn)

用戶進(jìn)入到虛擬校史館可以選擇自由參觀,還可以選擇以第一視角漫游參觀校史館,對(duì)于后者主要是在讓用戶帶上頭盔進(jìn)行視角的轉(zhuǎn)換和相應(yīng)展品的參觀、觸發(fā)學(xué)習(xí)。漫游功能的實(shí)現(xiàn),一方面可以通過(guò)對(duì)于第一人稱攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行控制,或者使用C#代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)于相機(jī)的自由漫游、暫停、開始和視角轉(zhuǎn)換。比如為了讓相機(jī)角度的實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換的C#該腳本如下:

2.2.2 事件觸發(fā)交互功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于虛擬校史館各類事件的觸發(fā),主要是懸停觸發(fā)、碰撞檢測(cè)觸發(fā)等各類觸發(fā)形式,比如使用觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)對(duì)于觸發(fā)功能的實(shí)現(xiàn),要將碰撞體組件屬性面板上的“Is Trigger”選項(xiàng)選中,當(dāng)前的游戲物體的碰撞體就變成了觸發(fā)器,且移動(dòng)的剛體物體會(huì)穿透碰撞體勾選了“Is Trigger”的物體?;蛘呤褂肏TC Vive手柄扳機(jī)、觸摸板、滑動(dòng)功能、功能鍵等進(jìn)行觸發(fā),不與目標(biāo)物體發(fā)生直接的碰撞(接觸),通過(guò)手柄命令的發(fā)出來(lái)改變相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行觸發(fā)。

3 結(jié)語(yǔ)

以3DMAX三維軟件、Unity3D游戲引擎和HTC Vive交互設(shè)備為基礎(chǔ),采用C#程序和GUI界面工具實(shí)現(xiàn)對(duì)于對(duì)于虛擬校史博物館交互系統(tǒng)的需求分析、開發(fā)設(shè)計(jì)與測(cè)試,整體而言其教學(xué)效果交互功能強(qiáng)大、效果逼真、觸感真實(shí),能夠讓用戶實(shí)現(xiàn)較好的交流互動(dòng)功能,以滿足其教學(xué)、展覽、參觀、宣傳以及史料留存等功能。總之,虛擬校史博物館交互系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),逼真的視覺感受和交互體驗(yàn)可以大大提高用戶使用時(shí)的自主性、交互性和沉浸感,為其他VR展廳的建立提供一定的參考價(jià)值。

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