项目11 虚拟现实技术

信息技术01模块11虚拟现实技术111.1.1虚拟现实技术的基本概念211.1.2虚拟现实技术的发展历程311.1.3虚拟现实技术的应用场景411.1.3虚拟现实技术的未来趋势5课程小结

目录CONTENTS11.1认知虚拟现实技术虚拟现实涉及学科众多，应用领域广泛，系统种类繁杂，这是由其研究对象、研究目标和应用需求决定的。从不同角度出发，可对VR系统做出不同分类。发展初期根据沉浸式体验角度和系统功能功能角度进行分类；应用领域包含游戏、影视与现场活动、建筑工程与施工、产品设计制造等四个区域块进行分类。认知虚拟现实11.1认知虚拟现实技术虚拟现实知识图谱11.1.1虚拟现实技术的基本概念

1.虚拟现实分类

沉浸式体验分为非交互式体验、人——虚拟环境交互式体验和群体——虚拟环境交互式体验等几类。该角度强调用户与设备的交互体验，相比之下，非交互式体验中的用户更为被动，所体验内容均为提前规划好的，即便允许用户在一定程度上引导场景数据的调度，也仍没有实质性交互行为，如场景漫游等，用户几乎全程无事可做；而在人——虚拟环境交互式体验系统中，用户则可用过诸如数据手套，数字手术刀等的设备与虚拟环境进行交互，如驾驶战斗机模拟器等，此时的用户可感知虚拟环境的变化，进而也就能产生在相应现实世界中可能产生的各种感受。（1）根据沉浸式体验角度分类沉浸式3D全息示意图11.1.1虚拟现实技术的基本概念

1.虚拟现实分类

系统功能分为规划设计、展示娱乐、训练演练等几类。规划设计系统可用于新设施的实验验证，可大幅缩短研发时长，降低设计成本，提高设计效率，城市排水、社区规划等领域均可使用，如VR模拟给排水系统，可大幅减少原本需用于实验验证的经费；展示娱乐类系统适用于提供给用户逼真的观赏体验，如数字博物馆，大型3D交互式游戏，影视制作等，如VR技术早在70年代便被Disney用于拍摄特效电影；训练演练类系统则可应用于各种危险环境及一些难以获得操作对象或实操成本极高的领域，如外科手术训练、空间站维修训练等。（2）根据系统功能角度分类数字博物馆展厅示意图11.1.1虚拟现实技术的基本概念动态环境建模技术实时三维图形生成技术立体显示和传感器技术应用系统开发工具系统集成技术

2.虚拟现实技术1234511.1.2虚拟现实技术的发展历程虚拟现实技术发展历程5.虚拟现实技术理论的完善和应用阶段4.虚拟现实技术高速发展的阶段3.虚拟现实技术系统化阶段2.虚拟现实技术的探索阶段1.虚拟现实发展阶段

虚拟现实技术像大多数技术一样,不是突然出现的,它经过军事､企业界及学术实验室长时间研制开发后才进入民用领域｡虽然它在20世纪80年代后期被世人关注,但其实早在20世纪50年代中期就有人提出这一构想｡11.1.3虚拟现实技术的应用场景虚拟现实在设计领域的应用虚拟现实在医学方面的应用虚拟现实在教育中的应用虚拟现实在影视娱乐中的应用虚拟现实在军事方面的应用虚拟现实发展局限虚拟现实在航空航天方面的应用11.1.3虚拟现实技术的应用场景11.1.3虚拟现实技术的未来趋势利用个人计算机或图形工作站等设备，采用立体图形、自然交互等技术，产生三维立体空间的交互场景。桌面虚拟现实利用虚拟对象所提供的信息来加强对现实世界的认知。增强现实性虚拟现实沉浸式虚拟现实利用空间位置跟踪定位设备、数据手套、其他手控输入设备、声音设备等使得参与者产生一种完全投入并沉浸于其中的感觉。分布式虚拟现实通过联网的计算机与其他用户进行交互，共同体验虚拟经历，以达到协同工作的目的，它将虚拟提升到了一个更高的境界。课程小结课堂中体验HTCVR游戏课程小结课程小结

虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉；同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统.重点：认知虚拟现实技术，按个人实际情况，从开发、策划，制作、设计、等角度，尝试了解，虚拟现实技术与个人未来的学习方向。难点：在VR游戏体验中，尝试适应沉浸式三维空间。课程小结信息技术02模块11虚拟现实技术111.2.1虚拟现实应用开发流程211.2.2常见的虚拟现实开发工具311.2.3使用虚拟现实开发工具4课程小结

目录CONTENTS11.2了解虚拟现实应用开发流程和工具

本节介绍虚拟现实开发应用开发流程和工具，2020年9月召开第二十届中国虚拟现实大会，此次大会由中国计算机学会、中国图像图形学学会、中国仿真学会等三个国家一级科技学会共同主办。如何利用数字化的模式展现虚拟场景，让人们感受到真实的世界并与之交互，是业界追求的终极目标。

虚拟现实，是一门集成多产业串联的庞大产业链，2021年人力资源社会保障部、工业和信息化部共同制定了多个国家职业技术技能标准；覆盖物联网、大数据、云计算、人工智能、工业互联网、集成电、数字化等领域为基础服务链；覆盖智慧医疗、智慧城市、数字贸易、技术服务、文化贸易等领域为中级行业链。了解虚拟现实应用开发流程和工具11.2了解虚拟现实应用开发流程和工具11.2.1虚拟现实应用开发流程展开模型的贴图坐标；PS软件中利用已有素材合成模型的固有色贴图；在三维软件中赋予材质和贴图并调整贴图绘制模型贴图通过PS和3DSMAX等三维软件来处理纹理和构建真实场景的三维模型，然后导入到引擎构效，图形界面，插件，灯光设置渲染，编写交互代码，后发布设置统设计与资料的收集与整理通过UI设计、动效设计、VR测试、界面设计、接口设计流程，引擎工程编译为EXE可执行文件；将工程发布成IE可浏览的网络文件，并上传至网站服务器；项目与网站的后续调整与维护。发布输出除了场景模型的优化之外，交互技术也是虚拟现实项目的关键。引擎负责整个场景中的交互功能开发，是将虚拟场景与用户链接在一起的开发纽带，协调整体虚系统的工作和运转。虚拟交互制作构建三维模型，在虚拟场景中看到的任何物品或者模型都是真实场景中实物的再现制作三维模型测试渲染并不断调整灯光参数，达到满意的渲染效果；烘焙光照效果贴图，并在PS中对烘焙出的贴图做进一步的修改调整测试灯光并烘焙贴图1234567基本渲染都是通过插件来实现，在需要高亮的地方设置灯光，效果就是看到台灯真正可以感受到发亮的效果，地面倒影的效果和太阳光折射的效果环境灯光制作11.2.2常见的虚拟现实开发工具NibiruSDK+

1.程序用工具（1）着色器编程语言：Cg/HLSL（2）虚拟现实建模语言：VRML（3）三维图像标记语言：X3D11.2.2常见的虚拟现实开发工具

2.实时编辑工具VSUnrealEngine4是由EpicGames公司推出的一款游戏开发引擎，相比其他引擎，虚幻引擎不仅高效、全能，还能直接预览开发效果，赋予了开发商更强的能力。虚幻引擎4在大约2分半的Demo演示中，将其强大的功能发挥得淋漓尽致。与之相关的游戏有《连线》《绝地求生：刺激战场》等。UnrealEngine4Unity3dUnity是实时3D互动内容创作和运营平台。包括游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视在内的所有创作者，借助Unity将创意变成现实。Unity平台提供一整套完善的软件解决方案，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容，支持平台包括手机、平板电脑、PC、游戏主机、增强现实和虚拟现实设备。11.2.2常见的虚拟现实开发工具

3.美术工具Blender是一款免费开源三维图形图像软件，提供从建模、动画、材质、渲染、到音频处理、视频剪辑等一系列动画短片制作解决方案；Houdini，是创建高级视觉效果的有效工具，因为它有横跨公司的整个产品线的能力；3DStudioMax，常简称为3dMax或3dsMAX，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件；Cinema4D应用广泛，在广告、电影、工业设计等方面都有出色的表现；BlenderHoudini3DMaxCINEMA4D11.2.2常见的虚拟现实开发工具

4.VR交互工具HTCVive为业界领先的VR虚拟现实游戏设备产品HTCVive是由HTC与Valve联合开发的一款VR头显（虚拟现实头戴式显示器）产品，于2015年3月在MWC2015上发布。由于有Valve的SteamVR提供的技术支持，因此在Steam平台上已经可以体验利用Vive功能的虚拟现实游戏。2016年6月，HTC推出了面向企业用户的Vive虚拟现实头盔套装—ViveBE，其中包括专门的客户支持服务。11.2.2常见的虚拟现实开发工具

4.VR交互工具HoloLens眼镜，它曾是前微软离职工程师Hoffman创造，而现在微软的这款HoloLens眼镜有了单独的专用工作室，名为ObjectTheory。它的主要用途是增强现实，举个例子当设计人员利用3Dmax或MAYA进行建模或动画制作时，如果佩戴此眼镜将能从第一视角更加立体的在眼镜中投射出三维效果，便于设计师、建筑师进行创作。HoloLens11.2.2常见的虚拟现实开发工具

4.VR交互工具沉浸式投影最主要的设备就是投影仪。按照投影原理，市场上的投影仪主要分为LCD投影和DLP投影。LCD投影仪主要是利用液晶的光电效应，通过影响液晶单元的透光率或反射率，影响其光学性质，从而产生具有不同灰度层次及颜色的图像，主要成像器件是液晶板或液晶光阀。DLP投影主要使用数字光处理器作为成像器件，主要原理是先把文字、图像等影像信号经过数字处理，再通过光学透镜将影像投射出来。沉浸式投影与以上两种投影技术有所不同，它是一种基于全息立体投影技术扩展出来的投影系统，是通过光的衍射原理来记录、再现物体原本状态的一种3D图像展示技术，能够在空气中或特殊材质的三维镜片上呈现出3D影像效果，所以又被称为虚拟图像技术。它可以将影像投射到墙壁上、屏幕上、地板上甚至是屋顶上，参观者坐着、站着甚至躺着都可以欣赏到其中的景象，有置身其中的感觉。沉浸式投影11.2.3使用虚拟现实开发工具软件介绍UE（UnrealEngine）是目前世界最知名授权最广的顶尖游戏引擎，占有全球商用游戏引擎80%的市场份额。自1998年正式诞生至今，经过不断的发展，虚幻引擎已经成为整个游戏界--运用范围最广，整体运用程度最高，次世代画面标准最高的一款游戏引擎。UE4是美国Epic游戏公司研发的一款3A级次时代游戏引擎。它的前身就是大名鼎鼎的虚幻3（免费版称为UDK），许多我们耳熟能详的游戏大作，都是基于这款虚幻3引擎诞生的，例如：剑灵、鬼泣5、质量效应、战争机器、爱丽丝疯狂回归等等。其渲染效果强大以及采用pbr物理材质系统，所以它的实时渲染的效果做好了，可以达到类似[Vray]静帧的效果，成为开发者最喜爱的引擎之一。工作场景需求Epic采用的常用配置，使用虚幻引擎4的游戏开发者可以此为参考：64位Windows10系统64GBRAM256GBSSD（系统盘）2TBSSD（数据盘）NVIDIAGeForceGTX970XoreaxIncredibuild（开发工具包）Xeon六核E5-2643@3.4GHz11.2.3使用虚拟现实开发工具

EpicGames启动器创建新项目如果你使用是MAX或Windows电脑，当你首次从虚拟引擎官网安装UE4时，会安装EpicGames启动器，应用程序会将你的所有UE4需求提供一站式服务。它提供了对大量的各种信息、内容、示例项目等的访问。UnrealEngine4

上机适用课程小结课程小结课堂中体验HTCVR游戏课程小结课程小结

虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉；同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统.重点：认知虚拟现实技术，按个人实际情况，从开发、策划，制作、设计、等角度，尝试了解虚拟现实技术与个人未来的学习方向,了解引擎使用的相关软件与开发工具。难点：在VR游戏体验中，尝试适应沉浸式三维空间。信息技术03模块11虚拟现实技术111.3.1策划设计211.3.2美术素材设计与制作3课程小结

目录CONTENTS11.3开发简单的虚拟现实应用程序

虚拟现实涉及学科众多，应用领域广泛，系统种类繁杂，这是由其研究对象、研究目标和应用需求决定的。从不同角度出发，可对VR系统做出不同分类。发展初期根据沉浸式体验角度和系统功能功能角度进行分类；应用领域包含游戏、影视与现场活动、建筑工程与施工、产品设计制造等四个区域块进行分类。VR作为一个新的产业目前在很多行业已经开始应用了，尽管还没有进一步的普及开来，现在比较热门的除了内容外就是VR应用和VR游戏。

对于一款VR应用来说根据难易程度至少需要1个月，长一点的甚至可达几年的时间，一个简单的VR游戏，玩家通过某种运动，比如飞行、跑步等，并且绕过一些游戏里的障碍。这种游戏被认为是一个最简单的虚拟现实应用程序，不管是在iOS或Android里，可以由一个开发人员在一个月内创建（不包含美术创作）。开发简单的校园虚拟展示11.3开发简单的虚拟现实应用程序11.3.1策划设计改善光照和后期，添加灯光、粒子、然后修改整体环境，如果前面的工作完成准确，光照部分设计会相对简单，如果前面的操作出现问题，修改BUG会十分复杂在引擎中，搭建场景光照VR游戏场景的制作方法，在于场景的拓展性，包括行走路线、阻挡、空间、可玩性、节奏等，简单来说是这个场景的游戏性，每一种游戏类型都会不一样，检验的标准是设计师自己玩这个场景，可以流畅运行在引擎中，用引擎提供的工具搭建场景重新制作并且替换引擎中的场景模型，在重新制作中，需要考虑非常多的因素，这些因素会因引擎、工具以及设计因素等等会有非常大的差异，核心是资源管理，考虑优化、视觉设计、工具限制等在引擎中，导入专业建模软件中制作的模型添加特效、声音、调整场景，配合项目组长，磨合画面上所有的元素在引擎中，衔接物件的融合度1234搭建场景模型制作搭建光照衔接物件11.3.1策划设计

智慧校园是指以促进信息技术与教育教学融合、提高学与教的效果为目的，以物联网、云计算、大数据分析等新技术为核心技术，提供一种环境全面感知、智慧型、数据化、网络化、协作型一体化的教学、科研、管理和生活服务，并能对教育教学、教育管理进行洞察和预测的智慧学习环境。智慧校园=1个数据中心+智慧校园基础设施+八类智慧校园应用系统+智慧性资源。八类智慧校园应用系统分别是：学生成长类智慧应用系统、教师专业发展类智慧应用系统、科学研究类智慧应用系统、教育管理类智慧应用系统、安全监控类智慧应用系统、后勤服务类智慧应用系统、社会服务类智慧应用系统、综合评价类智慧应用系统。观看天津电子信息职业技术学院UE4场景11.3.2美术素材设计与制作

1.模型创建通过参考图案例制作，校园场景庞大，选取其中一个小品进行讲解，需要完成模型制作，使用矩形工具创建基础物体，使用多边形建模工具制作模型。对多边形模型的建立主要是依靠点线面子元素的选择-移动、缩放、旋转等操作实现，快捷键分别是Q、W、E、R。而这四项操作都有各自的快捷键，熟练掌握和使用快捷键可以给建模带来效率。按建筑物效果，创建长椅模型制作。11.3.2美术素材设计与制作通过创建完成的模型，完成物体贴图制作，使用物体ID记录模型编号，这也是虚幻与MAX互通最重要一部分。确定材质ID和模型ID相同，为模型赋予材质。材质ID设置UVW设置在确定材质ID和模型ID一致的基础上，为模型赋予UVW展开，再次确认UVID、材质ID和模型ID统一，为模型赋予UV材质。贴图材质制作来源于《次世代模型制作》专业课程，作为贴图材质制作的基础模块，学生们需多加制作练习，达到虚拟现实基础实训要求。

1.贴图创建课程小结课程小结

虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉；同时，虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统.重点：认知虚拟现实技术，按个人实际情况，从开发、策划，制作、设计、等角度，尝试了解虚拟现实技术与个人未来的学习方向,了解引擎使用的相关软件与开发工具。难点：尝试制作虚拟现实项目信息技术04模块11虚拟现实技术111.3.3交互功能开发211.3.4应用程序发布3课程小结

目录CONTENTS11.3开发简单的虚拟现实应用程序将内容导出为独立