2021年VR设计在领域中的应用

1、资料来源：来自本人网络整理！祝您工作顺利！2021年vr设计在领域中的应用 随着我国技术的不断进展，vr已经应用于各个领域。对于vr技术在设计的应用，你理解多少?以下是有我为大家整理的vr技术的应用，盼望能帮到你。 建筑设计中vr设计的用法 1、引言 vr ( virtual reality 虚拟现实) 是用计算机生成逼真的三维视、听、嗅等感觉, 使人能通过适当装置对虚拟世界进展交互式体验。20 世纪70 年月 evensutherland 公司引入计算机作为场景图像生成设备, 进展出计算机虚拟现实。通常用户头戴一个头盔( 用来显示立体图像的头式显示器) , 手持传感手套, 仿佛置身于一个幻觉

2、世界中, 在虚拟环境中遨游, 并允许操作其中的 物体。用法者在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知, 从而到达身临其境的感受。 2、vr 技术与建筑设计利用 vr 技术进展建筑设计, 在建筑设计阶段就能以可视的、动态的方式全方位展现建筑物所处的地理环境、建筑物外貌、建筑物内部构造和各种附属设施, 使人们可以在一个虚拟的环境中, 甚至在将来的建筑物中遨游。因此, vr 技术是建筑方案设计、装修效果展现、方案投标、方案论证及方案评审的有力工具, 在建筑设计业、房地产业和建筑装修业等领域有着日益广泛的应用前景。 3、建筑物虚拟现实环境设计的根本要素 利用vr 技术进展建筑物设计的根本要素

3、包括虚拟场景建模、虚拟场景渲染、虚拟摄影机设置、运动速度掌握以及虚拟观看者各种动作的模拟( 步行、旋转及其它动作) 等等。 3.1 虚拟场景建模无论采纳何种虚拟方式, 首先要遇到虚拟环境建模问题。目前既可采纳vrml 等专用的虚拟现实建模语言, 又可以采纳sgi 公司的open inventor 等来完成建模, 也可以挺直利用opengl 建立模型库或开发特地的建模工具, 但这样做的工作量是特别大的。另一种方法是借助于3dsmax 等一般的三维建模工具, 先建立起三维模型, 然后用编程或借助于工具的方法, 导入到虚拟环境中, 并利用open gl 完成渲染。此外, 微软近年提出的directx

4、 虽然主要是针对三维嬉戏编程, 但是由于其硬件要求低 ( 目前大多数图形加速卡都支持directx) , 而且其开发包directx sdk 中供应挺直导入3dsmax 模型的工具, 用direct3d 技术完成渲染。这样, 就为在低本钱硬件环境中讨论虚拟现实技术供应了条件。 3.2 虚拟场景渲染建筑物虚拟现实经常要表现一个浩大的建筑群。对于较小的场景, 可以很快地完成渲染; 但对于冗杂的大型场景, 一旦超过计算机物理内存力量, 由于需要用法虚拟内存, 渲染时间将会增加十几倍甚至数十倍, 慢到令人难以忍受的程度。当然, 可以依据计算机内存的大小来掌握场景规模, 使得全部的渲染工作都在计算机物理

5、内存中完成, 但有时也会遇到必需处理大型场景的状况。解决这一问题的方法是, 把虚拟现实场景分解为可挺直在物理内存中完成渲染的假设干组, 分组进展渲染。这种方法无论对预制还是实时动画, 都是行之有效的。在交互式遨游过程中, 可依据观看者当前时刻所处的位置, 将场景分为假设干个动态子块, 在远方不断地、动态地实时生成新的动态模块。这一技术不仅可以节省渲染时间, 而且可以有效地避开在交互式遨游过程中走到天尽头, 甚至掉到宇宙中这样的问题。 3.3 虚拟摄影机设置 3.3.1 虚拟摄影机焦距设置在建筑物虚拟现实中, 虚拟摄影机是对虚拟观看者眼睛的模拟, 一般状况下焦距应与人的正常视野接近, 即为35

6、mm 左右。当焦距小于28 mm 时或大于50 mm 时, 均不能正确反映建筑物的透视关系, 要么畸变, 要么景深过小。除非有特别需要, 摄影机焦距一般应设置在35 mm 左右。 3.3.2 虚拟摄影机高度设置虚拟摄影机高度一般应接近人眼平均高度, 一般摄像机的高度在17 m。而且在遨游过程中, 虚拟摄影机应尽量保持平视, 即摄影机与摄影机目的点高度一样。当需要仰视或俯视, 而物体变形太大时, 可适当增加焦距。 3.4 动画运动速度掌握 因为虚拟摄影机代表观看者的眼睛, 所以, 如何把虚拟摄影机看到的与观看者在虚拟场景中观看到的联络起来, 就极为重要了。在考虑虚拟场景中动画的运动速度时, 作为

7、动画创需要仔细考虑观看者会有什么样的速度感觉, 以及这种感觉是否合适于计算机动画。摄影机通过场景的速度快, 场景运动得就快, 观看者感觉得速度就快。特殊是当动画中出现熟识的物体, 例如建筑物、家具和汽车时, 观看者就会有很强的相对速度的感觉, 这时创应花一点时间来考虑一个人在给定的环境中, 应当走多快才能看清场景。 3.5 虚拟观看者运动模拟 3.5.1步行模拟步行模拟是模拟观看者在虚拟环境中闲逛。在实际生活中, 当观看者经过一个地方时, 眼睛留下的印象不会是简洁地从一边看到另一边, 有时会停下来, 看一下具体状况或环境。当观看者留意到比拟关怀的目的时, 经常会忘了单纯的漫步。重建这种印象,

8、就是产生好玩动画的过程。这事实上是由制代替观看者事先打算什么值得一看, 以及怎样看。在交互式遨游时, 那么是通过交互方式, 由操选择看什么以及看。 3.5.2旋转模拟在制作虚拟环境中的遨游动画时, 旋转途径最简单引起返工。其缘由往往是制作时未能对遨游动画中的旋转进展深化的探究。遨游动画中的旋转可分两种状况: ( 1) 视点不变, 摄影机作圆弧运动或曲线运动。例如, 用回转方式表现建筑物外观。就相对运动而言, 此时本质上相当于让物体旋转。尽管此时每一帧画面都在发生改变, 但观看对象始终在画面内。一般借助于虚拟物体可较好地完成这种旋转。 ( 2) 视点改变, 摄影机坐标不变或作曲线运动。例如, 扫

9、视环境或模拟观看者的转身、转弯动作。此时不仅每一帧画面都在发生改变, 而且观看对象也时刻在转变, 除非运动速度特别缓慢( 当然将消耗大量帧数) , 否那么很难看清晰动画内容。对大多数人来说, 适宜的转动速度大约是每秒转动 45。假如需要在转动过程中认真观看, 每秒就只能转动15 20。 4、建筑物虚拟现实遨游 建筑物虚拟现实遨游一般都要表现该建筑物所处的虚拟地理环境、建筑物全貌, 以及该建筑物的各种附属设施, 常采纳扫瞄和俯视的方式进展。在扫瞄式遨游中, 为了给人以身临其境的感觉, 应力求削减镜头切换, 依靠奇妙的遨游途径设计, 用连续的镜头, 一气呵成地完成所要表现的内容。此外, 为了在整个

10、遨游过程中正确表现主体对象与四周景观的透视关系, 虚拟环境建筑群也应用法三维模型, 而不宜用背景贴图替代。为了节约渲染时间, 除该建筑群与少数表现地理特征的建筑物外, 其余作为衬托的建俯视式遨游的主要优点是居高临下, 整个虚拟建筑构造布局一览无遗, 而且非常自由, 可以省去模拟观看者在建筑物内穿行、转身之类动作的费事。筑物模型应尽可能简单。 vr 应用设计的 8 个建议 越来越多的从业人员对vr产生爱好，想要设计vr应用，但是vr应用设计与原手机app或桌面应用多少有一些区分，下面文章就从实际开发过程中获得的阅历，为大家做一些设计上的建议。 一、刷新率和帧数的影响 刷新率是影响眩晕感的重要因素

11、之一。刷新率依靠于显示器，即指显卡将显示信号输出刷新的速度，比方60hz就是每秒钟显示器输入显卡输出的60次信号。 帧数fps由显卡打算，是指画面转变的速度，比方60fps就是每秒钟显卡生成60张画面图片(理论上，每一帧都是不同的画面)。 只要显卡性能足够好，帧数就可以很高，画面就会流畅。所以目前主机vr都要求配置好显卡的缘由。刷新率和帧数综合起来，任何一项比拟低，都会增加眩晕感和影响视觉体验。 目前主流产品都有各自的刷新率标准，要求产品必需维持在最低刷新率标准以上帧数，才能保证产品的最低体验要求。如htc vive的刷新率为90hz，psvr的刷新率为90hz、120hz两档，oculus刷

12、新率同样为90hz。假如程序产品的每秒帧数fps低于90，那么可能会出现明显的画面卡顿，造成晕眩，引起体验的不适。帧数高于刷新率，那么由于显示设备缘由显示效果是没有提升的，即刷新率打算了体验上限，帧数打算了体验下限，换种说法即是硬件设备打算体验上限，软件产品打算体验下限。只有软件优化到硬件的推举标准，才能让体验者得到应有的良好体验。 依据全球vr技术标准，75hz以上刷新率将成vr新行业的嬉戏规章。而假如要想不晕，刷新率和帧数最少需要到达90才牵强能做到，120以上时，才可能不头晕。而如今相当一局部vr硬件产品，只能做到60hz的刷新率，而假如软件产品优化缺乏，fps再低的话，头晕就是肯定的了

13、。 二、辨别率影响 辨别率是影响沉醉感的重要因素之一。辨别率越高，画面越清楚，越能让人有身临其境的感觉，辨别率越低，越简单让人发觉屏幕上的颗粒感，会时刻提配自己戴了头显或眼镜，是在虚拟世界中，破坏沉醉感。 oculus rift和htc vive均为单眼1200*1080辨别率，相当于双眼2k屏，playstation vr的辨别率为单眼960*1080，双眼1920*1080辨别率，同样相当于2k屏。 三、场景冗杂度影响 场景是指应用中用户所处的虚拟环境，包括环境中的光照、阴影、人文建筑、物品、自然景观、角色人物等。特殊要留意的是用户视线所及范围内，假如有太多消耗gpu和cpu的内容，会降低

14、帧率，从而影响体验。 1.物体排布 观看者人眼在观看场景中物体时，假如各物体与观看者的间隔 各不一样，人就需要频繁调整瞳距，简单使其视觉疲惫并引起对屏幕上颗粒感的留意。所以建议物体排布采纳以观看者为圆心，尽量围绕观看者以圆弧状排布，而且排布的层次不要过多或递次为显示重点，以削减观看者调整瞳距的频率。 排布间隔 最抱负是在3-10米之间，但由于设计需要，排布在范围外也完全没有问题，只是在这个范围内人观看时是最舒适的。 2.晕眩回忆 场景中各模型的贴图不建议过于冗杂，过于冗杂的贴图，更简单引起晕眩。此外，在场景中，看到与实际生活中易引起晕眩的模拟情景，也会引起晕眩。 3.模型顶点数 一般模型中顶点

15、数量增加可以得到更准确的模型，但cpu和gpu对顶点的计算处理都许多。gpu中渲染的顶点数取决于gpu性能和shader的冗杂程度。一般来说，每帧之内，在pc上几百万顶点内，在挪动平台上建议不超过10万顶点。过多顶点可能引起性能问题 ，以致帧数下降造成卡顿，挺直导致晕眩。 4.大小 场景对于设备资源的消耗特别大，所以场景要采纳尽量节省的方式用法。一般建议在vr中都用法小场景，节省资源，同时可以更集中精力优化场景中有限的资源和丰富交互详情，提升产品体验。 每个场景采纳小场景，也可以通过场景切换拼接出一个宏大的故事场景。 5.fov视场角影响 视场角，英文 field of view，简称fov。

16、在显示系统中，视场角就是显示器边缘与观看点(眼睛)连线的夹角。如图3所示，aob角就是程度视场角，boc就是垂直视场角。 人眼视场角为120，目前主流设备视场角一般在110左右。由于人眼留意力根本维持在60以内的近周，所以在设计体验内容时，尽量让交互信息在60以内显示。比方在解谜类嬉戏中，当触发一个机关不在当前视线内，尽量延后触发，当玩家转头，机关在能猎取到用户留意力的时候再进展触发。 四、摄像机掌握 摄像机运动打算体验者所看到的图像，而摄像机是否完全和用户运动相协调全都，打算了体验者观看东西时是否眩晕。前面章节提到过眩晕的主要缘由之一是身体前庭系统猎取的信息和眼睛猎取信息不全都，故最抱负的成

17、像效果，就是摄像机完全和人眼运动同步。 但是为了增加沉醉感，又要尽量模拟真实的效果。想象下坐在汽车上，随着汽车颠簸，人看到的各种景像也都跟着晃动。那是否在vr中模拟玩家坐车，也要制造出摄相机细微抖动的效果呢?答案是否认的。不晕是第一需求，沉醉感排其次。依据晕眩缘由，模拟体验者乘车，但是假如体验者不动，摄像机就应当不动，画面要保持同步。所以不建议为了增加沉醉感，放弃防止晕眩，而真晕眩起来，体验者根本不行能感受到身临其境，反而是快速摘了头显。 由于体验者位置相对固定，即使是像vive这种带有空间定位的vr设备，也只能限制在最多几十平米范围。而相对于可以无限大的虚拟空间，挪动问题如何解决?解决方案有

18、两大类假设干种。 一类是依靠外部设备，比方跑步机、万向机等设备，让人可以做腿脚运动或身体感受到运动趋势，可以进一步欺骗大脑，让人有运动的感觉，削减晕眩;另一类是照旧利用现有设备，通过瞬移、减小显示运动画面的区域、增加静态参照物等方式在虚拟空间实现大范围运动。 瞬移的方式由于位置变换极快，大脑来不及反响，所以没有眩晕感，增加静态参照物能明确自己的位置，让大脑理解为是外部环境在变，自己并没有运动，所以也可以降低晕眩。 假如摄像机掌握不当，就会引起运动冲突，比方人在站立静止态，但摄像机挪动对人的视觉造成人在运动的假象，身体感知与视觉感知冲突，就会晕眩。 五、自我认知冲突 体验者沉醉在虚拟世界中，也是

19、对自己有一个醒悟的认知。一步走多远，伸手能拿到哪里的东西，想摸一个虚拟物品要怎么伸手等等。那么，在虚拟世界中毕竟该如何逐步帮体验者建立自我形象身份、自我力量认知? 自我形象认知，是对自身长相、穿着的认知，比拟简洁挺直的方式是先进入一个选择人物的场景。在这个场景中体验者还是体验者，由他来选择接下来的场景中他将扮演谁。在选择过程中，会渐渐建立自身与目的的联络，将两者对等起来;也可以选择其它比拟有创意的方式，比方在场景中设置镜子，当体验者在照镜子时就会发觉自己的形象是什么，穿着装扮是什么样的，或者是有几个同伴，依据同伴的样子可以推想出自己的形象，或者是能看到自己的双手或双脚，依据双手、双脚的状况猜想

20、自己整体形象。 体验者双手假如有手柄之类的操作装置，肯定要准确定位双手的手长，不要在虚拟场景中任意加长或缩短，会让体验者的自我认知造成困惑。假如肯定要延长，建议通过在手的位置之外添加工具之类的物体，来到达延长操作间隔 的目的，比方htc vive中许多嬉戏都采纳手柄发出的射线来选择远处的物品，从而进展双手触碰不到的东西的交互。 六、更自然的交互 在虚拟世界中，体验者一方面会觉得新颖，另一方面极可能会感到不适，而更自然的交互是可以大大降低体验者不适，提升沉醉感。 目前在虚拟世界中的交互，有有限定位的oculus，采纳坐姿，在坐姿下头显肯定程度准确定位。也有较大范围的空间定位，如htc vive，

21、可以坐姿在2*1.5到4*4米空间或再略大的空间内准确定位。也有只有方向的各种vr设备，总之都是尽量采纳与人运动规律相符的运动方式。抬头就看到头上的内容，低头就看到脚下的内容，转头那么看到旁边的内容，挪动时与真实物理空间一比一的等间隔 挪动，要胜于人静止而瞬移或匀速挪动的体验。还有采纳opitrack的定位技术，实现几百平甚至几千平的大范围定位，越接近真实的行走、转向方式，越能提升沉醉感。 1. 抓取的交互 在许多vr体验里会有对物体的抓取，最抱负的效果就是体验者挺直伸手去抓取虚拟场景中的物体。目前可以借助的技术称之为手势识别，比方国外的leap motion，供应了硬件设备和相应的sdk，可

22、以实现较为准确的手势识别。用法方式为将leap motion的摄像头固定在头显上或胸前，这样在摄像头拍摄范围内，根本上都可以较精确地识别手势。通过程序调用相应的sdk，就可以猎取手势输入信息，同样可以进展手部模型交换，以得到更真实的体验。变通的方式，如vive的手柄，供应了握力键、扳机，对于抓取动作可以通过简洁的引导教学，让体验者习得握力键的抓取功能或扳机键的抓取功能，渐渐习惯后再用法会觉得相当自然，并不会影响渲染感。 2. 抛掷的交互 和抓取对应的交互有放置和抛掷，抱负效果还是挺直用手参加体验，做抛掷动作并松手实现物体的抛掷。而借用手柄的操作体验，那么是相类似的，按紧扳机或握力键并做抛掷动作

23、，在适宜的想松手的位置将按键松开，以实现抛掷。这些交互跟真实的抛掷特别相像，只是抛掷物体的重力感应临时还没有。 3. 躲避的交互 在许多vr嬉戏中都会出现，且可以发觉是特别有乐趣的一种交互。当有子弹、弓矢等飞过，人会本能地进展躲闪，而当躲闪胜利后会有难言的喜悦，所以可以在vr体验中适度增加些躲闪的玩法。而在采纳vive这种空间定位技术的设备上，更能获得极佳的体验。与此相反，击中或接住体验也是相当好玩，比方一款由独立开发商dylan fitterer制作的vr音乐嬉戏音盾中用法手柄接住飞来的被视觉化了的音乐节奏，让人乐此不疲。 4. 工具或武器的用法 在vr检验中，难免有一些工具的用法，比方螺丝刀、钥匙、长剑、大刀、枪械等。同样需要遵循尽可能自然的交互设计要求，比方刀剑的劈砍，依据手部追踪或手柄追踪，可以完善同步人的劈砍动作，沉醉感十足。而枪械的操控，换弹夹、上膛、瞄准