多媒体技术与应用虚拟现实技术教程(80张)课件

1、章虚拟现实技术与系统开发8.1虚拟现实技术概述8.1.1虚拟现实技术的概念8.1.2虚拟现实技术的特征8.1.3虚拟现实系统的分类8.1.4虚拟现实技术的应用8.2虚拟现实系统的组成8.2.1虚拟现实系统的硬件设备8.2.2虚拟现实系统的开发软件8.3虚拟现实系统的开发8.3.1Virtools软件特点及工作流程8.3.2Virtools软件的界面与工具简介8.3.3建模与模型导入8.3.4角色动作与移动控制8.3.5场景属性设定8.3.6系统的输出*第1页，共82页。学习目标1.掌握虚拟现实技术的相关概念和关键特性；2.了解虚拟现实系统的组成；3.了解虚拟现实系统的开发流程；4.掌握Virt

2、ools虚拟现实软件的基本操作。第2页，共82页。 8.1.1虚拟现实技术 虚拟现实技术就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围内虚拟的环境（如飞机驾驶舱、分子结构世界）。 第3页，共82页。6. 虚拟现实技术(Virtual Reality)从本质上讲,虚拟现实技术是一种崭新的人机界面,是三维的,对物理现实的仿真.虚拟现实系统实际上是一种多媒体计算机系统,它利用多种传感器输入信息仿真人的各种感觉,经过计算机高速处理,再由头盔显示器,声音输出装置,触觉输出装置及语音合成装置等输出设备,以人类感官易于接受的形式表现给用户.虚拟现实技术能实现人与环境的统一,仿真

3、人在自然环境之中.人的感觉是多方面的,要想使处于虚拟现实中的人在各种感觉上都能仿真是很困难的,要达到智能就更困难了.但是,虚拟现实技术提供了一种崭新的人机界面设计的方向,在国民经济许多领域都会有重要应用,是多媒体系统重要的发展方向. 虚拟现实技术它综合集成了计算机图形学,人机交互技术,传感与测量技术,仿真,人工智能,微电子等科学技术 虚拟现实技术主要应用于工程设计,数据可视化,飞行模拟,模拟实验,多媒体远程教育,远程医疗,旅游娱乐等方面 网络通讯与虚拟现实技术的结合具有诱人的前景和巨大的潜在应用价值,它将在某种程度上改变人类的思维方式和时空观,实现真正意义上的远程交互式教育 虚拟现实技术的发展

4、必须有大容量的数据存储,快速的数据处理和宽频信息通道的技术支撑 虚拟现实技术所谓虚拟现实,就是采用计算机技术生成一个逼真的视觉,听觉,触觉及嗅觉的感觉世界,用户可以用人的自然技能对这个生成的虚拟实体进行交互考察.这个概念包含三层含义:- 虚拟实体用计算机来生成的一个逼真的实体;- 用户可以通过人的自然技能(人的头部转动,眼动,手势或其它的身体动作)与这个环境交互;- 要借助于一些三维传感设备来完成交互动作,常用的如头盔立体显示器,数据手套,数据服装,三维鼠标等. 虚拟现实技术它综合集成了计算机图形学,人机交互技术,传感与测量技术,仿真,人工智能,微电子等科学技术 虚拟现实技术主要应用于工程设计

5、,数据可视化,飞行模拟,模拟实验,多媒体远程教育,远程医疗,旅游娱乐等方面 网络通讯与虚拟现实技术的结合具有诱人的前景和巨大的潜在应用价值,它将在某种程度上改变人类的思维方式和时空观,实现真正意义上的远程交互式教育 虚拟现实技术的发展必须有大容量的数据存储,快速的数据处理和宽频信息通道的技术支撑 第4页，共82页。8.1.2虚拟现实技术的特征 沉浸性（Immersion）3I想象性（Imagination）交互性（Interactivity）沉浸性交互性想象性第5页，共82页。8.1.3虚拟现实系统的分类1按虚拟世界模型的建立方式分类 （1）影像式虚拟现实 影像式虚拟现实又分为针对环境的全景虚

6、拟现实和针对物体的环物虚拟现实两类 全景虚拟现实 环物虚拟现实第6页，共82页。8.1.3虚拟现实系统的分类（2）3D/VR虚拟现实 3D/VR虚拟现实（Polygon base Virtual Reality）是使用三维模型设计软件，通过多个多边形组合成一个三维模型，再给模型增加上纹理、材质、贴图等完成虚拟场景及人物的三维呈现。第7页，共82页。图8-4 3D/VR虚拟现实第8页，共82页。2按虚拟现实系统的功能和实现方式分类（1）桌面式虚拟现实第9页，共82页。3D/VR虚拟现实（2）沉浸式虚拟现实系统 沉浸式虚拟现实系统（Immersive VR）是一种高级的、较理想的虚拟现实系统，它提

7、供一个完全沉浸的体验，使用户有一种仿佛置身于真实世界之中的感觉。它通常采用洞穴式立体显示装置（CAVE系统）或头盔式显示器（HMD）等设备，首先把用户的时间、听觉和其他感觉封闭起来，并提供一个新的、虚拟的感觉空间，利用三维鼠标、数据手套、空间位置跟踪器等输入设备和视觉、听觉等设备，使用户产生一种身临其境、完全投入和沉浸于其中的感觉 第10页，共82页。图8-6沉浸式虚拟现实系统 第11页，共82页。（3）增强现实系统 增强现实（AR Augmented Reality）是一个较新的研究领域，是一种利用计算机对使用者所看到的真实世界产生的附加信息进行景象增强或扩张的技术 .增强现实系统是利用附加

8、的图形或文字信息，对周围真实世界的场景动态地进行增强。在增强现实的环境中，使用者可以在看到周围真实环境的同时，看到计算机产生的增强信息。第12页，共82页。图8-7增强现实头盔显示器 第13页，共82页。（4）分布式虚拟现实系统 分布式虚拟现实系统（DVR）是指一个支持多人实时通过网络进行交互的软件系统，每个用户在一个虚拟现实环境中，通过计算机与其它用户进行交互，并共享信息。第14页，共82页。8.1.4 虚拟现实技术的应用 军事模拟数字城市工业仿真数字教学数字娱乐电子商务第15页，共82页。8.2 虚拟现实系统的组成 一个典型的虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、虚拟现实设计/浏览软件（

9、应用软件系统）等组成。用户以计算机为核心，通过输入输出设备与应用软件设计的虚拟世界进行交互。 第16页，共82页。8.2虚拟现实系统构成 计算机头盔显示器3D立体显示器3D立体眼镜CAVE 展示系统影象分离器力反馈系统虚拟现实设计/ 浏览软件游戏手柄/摇杆3D鼠标器3D数据手套位置追踪器动作捕捉器输出设备输入设备虚拟世界虚拟现实设计/ 浏览软件第17页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备1输入设备（1）3D鼠标器 （2）数据手套第18页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备（3）位置追踪器 三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键传感设备之一。它的任务是检测位置与方位，并将其数据报告

10、给虚拟现实系统。第19页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备（4）3D扫描仪 三维扫描仪是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具，能快速方便地将真实世界的立体彩色的物体转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。第20页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备（5）动作采集器 运动采集系统利用网络连接的运动捕捉摄像机和其它相应设备来进行实时运动捕捉和分析 第21页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备2输出设备 （1）头盔显示器 （2）3D立体眼镜第22页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备（3）3D立体显示器 使用特殊的光学元件改变显示器和人眼的

11、成像系统。利用通用的TFT LCD液晶显示器作为图像显示部件，通过科学设计符合立体显示照明原理的照明板部件，与液晶盒精密装配在一起组成裸眼立体显示屏，配合电路系统和显示软件完成裸眼立体显示器的系统结构设计。第23页，共82页。8.2.1虚拟现实系统的硬件设备（4）CAVE 展示系统 CAVE（洞穴式）是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境 .该系统可提供一个房间大小的最小三面或最大七十六面（2004年）立方体投影显示空间，供多人参与，所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助相应虚拟现实交互设备（如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等），从

12、而获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。第24页，共82页。8.2.2虚拟现实系统的开发软件1建模工具软件 在建筑设计、游戏场景及角色设计和动画设计等数字娱乐领域比较通用的有Autodesk公司的3DS Max和Maya，Avid公司的Softimage XSI及NewTek公司的Lightwave等；在飞机设计、船舶设计、汽车设计等工业机械设计领域主要被法国达索公司（Dassault Systemes）的Catia，美国PTC（Parametric Technology Corporation）公司的Pro/E（Pro/Engineer）和美国UGS公司的UG（Uni

13、graphics）三大厂商的产品占据主流市场。第25页，共82页。8.2.2虚拟现实系统的开发软件2虚拟现实交互设计工具软件 虚拟现实技术的迅猛发展 ，从美国Sende8公司开发的WTK（WorldToolKit），到在军事仿真领域占据统治地位的美国MultiGen-Paradigm公司的Vega及发展到后来的Vega Prime，另外包括Virtools、Cult 3D、EON Studio、Quest3D、Anark等Web 3D技术。第26页，共82页。8.3 虚拟现实系统的开发 虚拟现实系统的开发三个步骤:第一步：虚拟现实作品三维模型建立，包括设计3D型、3D场景、贴图、骨骼系统、 角

14、色动作等等。第二步：虚拟现实作品交互设计，对第一步建立的三维模型进行整合、加入互动、物体行为、镜头特效、光影效果、粒子效果等。第三步：系统集成，即将输入输出设备与虚拟现实作品内容整合起来，完成读取虚拟世界资料、接收输入设备信号、送交计算机运算、将结果传到输出设备等功能，形成一套完整的系统，以供用户使用。第27页，共82页。三维建模辅助硬件设备三维扫描仪动作捕捉器三维建模软件3DS MaxMayaLightwaveSoftimageAuto CadCatiaPro/EUG输入设备数据手套运动跟踪器摄像头三维鼠标输出设备数字头盔影分离器CAVE系统力反馈系统立体显示器应用领域虚拟现实软件作品内容V

15、egaVirtools工业仿真军事模拟数字城市数字娱乐数字教学电子商务第28页，共82页。8.3.1 Virtools软件特点及工作流程 Virtools 是一套整合软件，可以将现有常用的文件格式整合在一起，如3D的模型、2D图形或是音效等。Virtools 不是3D Engine，Virtools 是一套具备丰富的互动行为模块的实时3D环境虚拟实境编辑软件，可以制作出许多不同用途的3D产品 .第29页，共82页。Virtools软件的特点 第30页，共82页。Virtools软件开发流程 Virtools 4基本平台部分就拥有超过500个以上的互动模块可供运用，经由编辑后的互动模块群可以组合

16、成一个新的单一互动模块以方便重复使用、编辑，甚至可以交换或卖给需要的使用者。 第31页，共82页。第32页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面 第33页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面 Virtools的编辑界面以许多的Tab所组成，每一个编辑器、设定界面等都放在Tab中。13D Layout Virtools 3D场景编辑区域 第34页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面2Building Blocks 行为模块组库 第35页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面3Virtools Resources Virtools外部资源库 第3

17、6页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面4Level Manager Virtools内部资源管理器 第37页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面5Schematic Virtools脚本编辑区域 第38页，共82页。8.3.2 Virtools软件的界面63D Layout 工具形变工具. 对象建立工具 .场景浏览工具第39页，共82页。 8.3.3建模与模型导入1静态场景输出（1）安装Plug-in For 3DS MAX。（2）执行File/Open命令第40页，共82页。 8.3.3建模与模型导入（3）执行File/Expor命令。（Step 1）选择存档类

18、型，并输入文件名称第41页，共82页。 8.3.3建模与模型导入（Step 2）在Virtools Export对话框中，选择“Export as Objects”，然后按“确定”即可完成场景的输出。 第42页，共82页。 8.3.3建模与模型导入2动态主角与动作（1）执行File/Open命令 第43页，共82页。 8.3.3建模与模型导入（2）执行File/Export命令 （Step 1）在图8-34中选择存档类型，并输入文件名称。第44页，共82页。 8.3.3建模与模型导入（Step 2）选择“Export as a Character”，并输入“Character Name”的名称

19、，按“OK”确定。3输入场景与人物至Virtools中测试。第45页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制1开启资源文件（Resources）第46页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制2加入场景、人物 第47页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制3加入人物动作，将所有的动作全选后，拖曳至角色Warrior上。第48页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制4加入移动控制 使用的行为模块为：（1）Character Controller（Characters / Movement） 第49页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制（2）Keyboard Controller

20、（Controller / Keyboard）第50页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制（Step 1）分别将Character Controller、Keyboard Controller行为模块加至角色“武士”上。Character Controller设定第51页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制直接将Keyboard Controller拉至人物主角即可。完成后第52页，共82页。 8.3.4角色动作与移动控制（Step 2）按Play 钮执行测试结果如图。第53页，共82页。8.3.5场景属性设定1重力属性设定（1）场景部分的设定（Step 1） 在欲设定为地板的物体

21、上按鼠标右键，选择第一项 “Show 3D Object Setup”。第54页，共82页。8.3.5场景属性设定 （Step 2） 画面下方会出现 “3D Object Setup”的Tab，如图。选择 “Attribute”，将会显示此物的属性。第55页，共82页。8.3.5场景属性设定（Step 3）点选 “Create Attribute”第56页，共82页。8.3.5场景属性设定（Step 4）展开“Floor Manager”，选择 “Floor”，再按 “Add Selected”。完成后按 “Close”。（Step 5）设置结果如图所示。第57页，共82页。8.3.5场景属性

22、设定（2）人物主角部分的设定 设定完成地板的属性后，还要再新增一个行为模块作用于角色上，告诉Character必须站在我们所设定的地板上，使用Building Blocks。 Enhance Character Keep On Floor ( Character / Constraint ) 第58页，共82页。“Enhanced Character Keep On Floor”行为模组 第59页，共82页。图8-49 武士角色的脚本 第60页，共82页。2碰撞属性设定 1）设定碰撞属性 若场景中欲设定为碰撞的物体不多时，可用此方法，设定的方法与增加地板属性类似。（Step 1）在欲设定为碰撞

23、的物体上按鼠标右键，出现如图所示的选单，选择第一项 “Show 3D Object Setup”。第61页，共82页。图8-50 碰撞属性设定第62页，共82页。图8-51 添加碰撞属性（Step 2）画面下方会出现 “3D Object Setup”的Tab，选择 “Attribute”，将会显示此物的属性。（Step 3）点选 “Create Attribute”，出现如图所示的对话框。第63页，共82页。（Step 4）展开“Collision Manager”，选择 “Fixed Obstacle”，再按 “Add Selected”。完成后按 “Close” .（Step 5）在人物

24、主角的部分，加入BB：Prevent from Collision(Collision / 3D Entity)。（Step 6） 按Play 钮执行测试结果。第64页，共82页。（2）使用Group 此为较方便的方法，可以不用为每一个障碍物设定碰撞属性，只要将物体加入指定的Group中，再由行为模块“Object Slider”控制即可。 使用的行为模块Object Slider（Collisions / 3D Entity） 第65页，共82页。（Step 1）点选 “ Create Group” （Step 2）重新命名此Group的名称，以方便辨识,这里命名为“Collision Gr

25、oup”。第66页，共82页。（Step 3） 在 Level View的3D Object中，将欲设定为障碍物的物体，拖拉至新增的Group中。（Step 4）将Object Slider（Collisions / 3D Entity ）行为模块加在角色上，出现一个对话框，将其中的参数设定,Group设定为刚刚新增的 Collision Group。第67页，共82页。图8-55 “Object Slider”行为模块参数设置第68页，共82页。（Step 5） 按Play 钮执行测试结果。（3）使用Grid 使用的行为模块 Layer Slider （Grid ）第69页，共82页。（St

26、ep 1） 建立一个新的GRID。点选 “ Create Group”，如图所示。（Step 2）将GRID缩放至适当的位置。第70页，共82页。（Step 3） 在GRID Setup中，图8-58所示的红色圈选的区域内按鼠标右键，会出现“New Layer Type”选项，以鼠标左键选择此项，就可以新增一个 “Layer Type”。第71页，共82页。（Step 4）将新增的Layer名称定为“Collision”，以方便辨识 第72页，共82页。（Step 5）将此新增的Layer拖拉至左方的区域中 第73页，共82页。（Step 6）确定Collision是在被选择的状态 第74页，

27、共82页。（Step 7）在图一所示3D Layout中，将视角切为 “Top View”，以方便编辑。（Step 8）在图二中点选发生碰撞的位置。 图一 图二第75页，共82页。（Step 9）将Layer Slider（Grid ）行为模块加在角色上，参数设定如图所示。（Step 10）按Play 钮执行测试结果。第76页，共82页。8.3.6系统的输出 Virtools作品的发布有三种方式：网页方式发布、发布为.vmo格式通过本身的播放器播放和打包成.exe执行档。 网页发布是将在Virtools中创建好的.cmo格式的工程文件通过File菜单里的Creat WebPage命令输出、保存

28、；发布为.vmo格式是通过File菜单里的Export to Virtools player命令将.cmo文件输出成.vmo文件保存；打包.exe文件是通过Virtools的SDK（Software Development Kit）将.cmo文件打包出来。 第77页，共82页。本章小结本章主要介绍了虚拟现实技术的相关概念和特性、虚拟现实系统的组成和虚拟现实系统的开发流程以及Virtools虚拟现实软件的基本操作。虚拟现实技术就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围内虚拟的环境。虚拟现实技术具有沉浸性、交互性和想象性三个突出特征。第78页，共82页。本章小结虚

29、拟现实的分类主要可以从两种角度来划分，一方面是虚拟世界模型的建立方式；另一方面是虚拟现实系统的功能和实现方式。一个典型的虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、虚拟现实设计/浏览软件（应用软件系统）等组成。用户以计算机为核心，通过输入输出设备与应用软件设计的虚拟世界进行交互。第79页，共82页。本章小结 虚拟现实系统的开发软件主要分为建模与交互设计两大类。虚拟现实系统的开发主要分为以下三个步骤：虚拟现实作品三维模型建立、虚拟现实作品交互设计和系统集成。第80页，共82页。1、想要体面生活，又觉得打拼辛苦；想要健康身体，又无法坚持运动。人最失败的，莫过于对自己不负责任，连答应自己的事都办不到，又

30、何必抱怨这个世界都和你作对？人生的道理很简单，你想要什么，就去付出足够的努力。2、时间是最公平的，活一天就拥有24小时，差别只是珍惜。你若不相信努力和时光，时光一定第一个辜负你。有梦想就立刻行动，因为现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。3、无论正在经历什么，都请不要轻言放弃，因为从来没有一种坚持会被辜负。谁的人生不是荆棘前行，生活从来不会一蹴而就，也不会永远安稳，只要努力，就能做独一无二平凡可贵的自己。4、努力本就是年轻人应有的状态，是件充实且美好的事，可一旦有了表演的成分，就会显得廉价，努力，不该是为了朋友圈多获得几个赞，不该是每次长篇赘述后的自我感动，它是一件平凡而自然而然的事，最佳的努力不过是：但行好事，莫问前程。愿努力，成就更好的你！5、付出努力却没能实现的梦想，爱了很久却没能在一起的人，活得用力却平淡寂寞的青春，遗憾是每一次小的挫折，它磨去最初柔软的心智、让我们懂得累积时间的力量；那些孤独沉寂的时光，让我们学会守候内心的平和与坚定。那些脆弱的不完美，都会在努力和坚持下，改变模样。6、人生中总会有一段艰难的路，需要自己独自走完，没人帮助，没人陪伴，不必畏惧，昂头走过去就是了，经历所有的挫折与磨难，你会发现，自己远比想象中要强大得多。多走弯路，才会找到捷径，经历也是人生，修炼一颗强大的内心，做更好的自己！7、“一定要成功”这种内在的推动力是我们生命