信息技术基础（拓展模块） 课件 学习单元11 虚拟现实 11.2VIP

学习单元十一虚拟现实11.2探索虚拟现实的构成元素线上课前导学课前自测头脑风暴任务调研小思考

你知道虚拟现实技术是怎么做到给人带来身临其境的体验感的吗？你知道虚拟世界是由哪些元素构成的吗？虚拟现实是计算机技术与思维科学结合的发展产物，它的出现开辟了人类认识世界的新途径。虚拟现实技术的最大特点是：用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了人类过去除了亲身经历只能间接了解环境的方式，从而拓宽了人类的认知手段和领域。虚拟现实技术具有较强的三维空间表达能力、人机交互的操作环境以及给人带来的身临其境的体验感，所以在军事、航天、教育等领域的模拟和展览中起到了至关重要的作用。那么虚拟现实技术的构成要素有哪些呢？线上课前导学头脑风暴任务调研课前自测参考资料：百度百科：/item/%E8%99%9A%E6%8B%9F%E7%8E%B0%E5%AE%9E%E7%B3%BB%E7%BB%9F/2593414?fr=aladdin知乎：/p/115934577线上课前导学任务调研课前自测头脑风暴1虚拟现实系统是由什么组成？2虚拟现实应用软件有哪些构成要素？线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结在了解虚拟现实的基本概念后，我们需要继续学习虚拟现实的具体系统的组成和虚拟现实应用软件的构成要素，深入了解虚拟现实的整体技术框架，为后面实际开发虚拟现实内容奠定基础。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结1.了解虚拟现实系统的组成；2.了解虚拟现实应用软件的构成要素；线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1虚拟现实系统的组成1.虚拟现实系统的组成一般的虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，虚拟现实技术的特征之一就是人机之间的交互性。为了实现人机之间的充分交换信息，必须设计特殊输入工具和演示设备，以识别人的各种输入命令，且提供相应反馈信息，实现真正的仿真效果。不同的项目可以根据实际的应用可以有选择的使用这些工具，主要包括:头盔式显示器、跟踪器、传感手套套、屏幕式、房式立体显示系统、三维立体声音生成装置。虚拟现实系统模型线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1虚拟现实系统的组成1.计算机在虚拟现实系统中，计算机是系统的心脏，被称之为虚拟世界的发动机｡它负责虚拟世界的生成､人与虚拟世界的自然交互等功能的实现｡由于所生成的虚拟世界本身具有高度复杂性，尤其在大规模复杂场景中，生成虚拟世界所需的计算量极为巨大，因此对虚拟现实系统中的计算机配置提出了极高的要求｡通常可分为基于高性能个人计算机､基于高性能图形工作站及超级计算机系统等｡2.输入/输出设备在虚拟现实系统中，用户与虚拟世界之间要实现自然的交互，依靠传统的键盘与鼠标是无法实现的，这就必须采用特殊的输入/输出设备，用以识别用户各种形式的输入，并实时生成相应的反馈信息｡常用的设备有用于手势输入的数据手套､用于语音交互的三维声音系统､用于立体视觉输出的头盔式显示器等｡线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1虚拟现实系统的组成3.应用软件为了实现虚拟现实系统，需要很多辅助软件的支持。这些辅助软件一般用于准备构建虚拟世界所需的素材。例如：在前期数据采集和图片整理时，需要使用AutoCAD和Photoshop等二维软件和建筑制图软件；在建模贴图时，需要使用3DMax、MAYA等主流三维软件；在准备音视频素材时，需要使用Audition、Premiere等软件。为了将各种媒体素材组织在一起，形成完整的具有交互功能的虚拟世界，还需要专业的虚拟现实引擎软件，它主要负责完成虚拟现实系统中的模型组装、热点控制、运动模式设立、声音生成等工作。另外，它还要为虚拟世界和后台数据库、虚拟世界和交互硬件建立起必要的接口联系。成熟的虚拟现实引擎软件还会提供插件接口，允许客户针对不同的功能需求而自主研发一些插件。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节1虚拟现实系统的组成4.数据库虚拟世界数据库主要存放的是整个虚拟世界中所有物体的各方面信息｡在虚拟世界中含有大量的物体，在数据库中就需要有相应的模型｡如在显示物体图像之前，就需要有描述虚拟环境的三维模型数据库支持｡线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素2.虚拟现实应用软件的构成要素虚拟现实是一种逼真的视、听、触觉一体化的计算机生成环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得亲临等同真实环境的感受和体验。那么对于一个虚拟现实应用而言应该包含哪些必要元素呢？虚拟现实是一种逼真的视、听、触觉一体化的计算机生成环境，用户可以借助必要的装备以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用、相互影响，从而获得亲临等同真实环境的感受和体验。那么对于一个虚拟现实应用而言应该包含哪些必要元素呢？线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素1.三维模型三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。主流的三维建模软件有3DMax、MAYA，模型制作流程如下，明确需求--素材分析--外轮廓搭建--中模制作--高模制作--高低模匹配--高低模烘焙--贴图制作--中模减面--模型大纲分组整理。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素2.虚拟环境虚拟现实是一种计算机仿真系统，通过对三维世界的模拟创造出一种崭新的交互系统。它利用计算机生成一种模拟环境，为用户提供关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户具有身临其境的沉浸感，并能在虚拟现实环境中进突发交互。虚拟现实场景与视频游戏类似，在封闭的环境中生成感官模拟。通过将用户与现实的感觉隔离，重现日常生活中常见的物体、景色，并获取视觉和音频反馈，从而让体验者产生处于另外一个地方的错觉。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素3.多媒体资源计算机领域里，媒体主要是传输和存储信息的载体，传输的信息包括语言文字、数据、视频、音频等等。对于虚拟显示技术而言，良好沉浸感是其能够让用户身临其境以假乱真的必要体验，那么除了能够还原真实的三维场景之外，音频、视频等常见的多媒体资源对于虚拟现实应用的体验感来说必不可少。以VRC-Editor为例，该虚拟现实开发软件支持.mp3、.wav、.flac等常见的音频格式。视频方面支持.mp4、.wmv、.avi、.flv等常见的视频格式。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素4.数据处理虚拟现实应用中的数据处理包括数据可视化图表、数据结构、数据运算逻辑、云计算、物体的数据交互等。（1）数据可视化图表在信息爆炸的时代，越来越多的数据堆积。但是，这些密集数据没有重点关注并且可读性较差。因此，我们需要数据可视化以帮助数据易于理解和接受。相反，可视化更加直观和有意义，并且使用适当的图表来可视化数据非常重要。1）柱形图柱形图使用垂直列来显示类别之间的数值比较，并且列数不应太大，过大可能导致轴向信息显示不全。柱状图利用柱高来反映数据中的差异，并且人眼对高度差异很敏感。限制是它仅适用于中小型数据集。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素2）折线图折线图用于显示连续时间间隔或时间跨度内的数据变化。它的特点是随着时间或类别的变化而反映事物的趋势。应当注意，折线图的数据记录数应大于2，可用于大数据量的趋势比较。并且最好不要在同一图形上超过5条折线。应用场景：数据量随时间变化的趋势，系列趋势的比较。3）饼状图饼图广泛用于各个领域，以表示不同类别的比例，并通过弧线比较各种类别。饼形图不适用于多个数据系列，因为随着数据系列的增加，每个切片将变得更小，最后大小区别也不明显。4）散点图散点图在直角坐标系上以点的形式显示了两个变量。点的位置由变量的值确定。通过观察数据点的分布，我们可以推断出变量之间的相关性。制作散点图需要大量数据，否则相关性不明显。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素（2）数据结构1）数组使用场景：数据量较小、数据规模已知、随机访问修改元素值。若优先考虑插入速度，则使用无需数组；如果查找速度很重要，选择有序数组进行二分查找。缺点：需要预先知道数据规模、插入效率低需要移动大量元素。2）链表使用场景：数据量较小、不需要预知数据规模、适用于频繁的插入工作。缺点：有序数组可以通过二分查找的方式具有很高的查找小喇叭（o（logn）），而链表只能使用顺序查找，效率低下（o（n））。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素3）二叉查找树使用场景：数据是随机分布的、数据量较大、频繁的查找和插入操作。缺点：如果处理的数据是有序的（升序/降序），那么构造的二叉查找树就会只有左子树（或右子树），也就是退化为链表，查找效率低下(O(logn))。4）平衡树如果处理的数据是有序的（升序/降序），那么构造的二叉查找树就会只有左子树（或右子树），也就是退化为链表，查找效率低下(O(logn))。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素5.逻辑交互（1）UnityUnity3D是由UnityTechnologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director，Blendergameengine，Virtools

或

TorqueGameBuilder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件。其编辑器运行在Windows和MacOSX下，可发布游戏至Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windowsphone8和Android平台。也可以利用Unitywebplayer插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。它的网页播放器也被Macwidgets所支持。Unity使用的是C#语言，C#在网络开发方面成绩很优秀，速度很快，运行更加高效。比简单的脚本语言强大，比c++更简单易用。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等。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素（2）虚幻引擎虚幻引擎4是由游戏开发者制作并供游戏开发者使用的一整套游戏开发工具。从二维的移动平台游戏到主机平台的大作，虚幻引擎

4

赋予您启动项目、发布项目、不断成长完善并脱颖而出所需的一切功能。虚幻引擎可用于现在和未来的移动设备。无论是简单的二维游戏，还是令人惊讶的高端视觉效果，虚幻引擎4都让您能够针对

iOS

和

Android

设备上的游戏进行开发和无缝部署。虚幻引擎4使用C++语言进行开发，除了C++语言之外，还可以使用UnrealScript语言来开发虚幻引擎4应用程序。UnrealScript语言是一门专门为虚幻引擎而设计的脚本语言，它能够很好地表示出游戏逻辑。相对于C++来说，UnrealScript语言学习起来要容易得多，所以如果你对C++不是很感兴趣或者对图形学不是很了解的话，可以考虑使用UnrealScript来开发你的应用程序。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素除了C++的编程方式外，虚幻4还支持蓝图来进行逻辑功能的开发。虚幻引擎中的蓝图可视化脚本系统是一类完整的游戏性脚本系统，此系统的基础概念是使用基于副本的界面在虚幻编辑器中创建游戏性元素的。于引擎中的对象驱动（OO）类或对象。使用UE4后便知，使用蓝图所定义的对象通常被直接称为“蓝图”。蓝图的底层其实还是c++，一个子类继承父类，获得父类所有的功能.虚幻4蓝图线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素（3）CryEngineCryEngine游戏引擎（简称CE3）是由德国Crytek公司研发，旗下工作室“GMBH”优化、深度研究的游戏引擎。在某种方面也可以说是CEinline的进化体系。CE3具有许多绘图、物理和动画的技术以及游戏部分的加强。是世界游戏业内认为堪比虚幻3引擎的游戏引擎，目前CE3已经应用在各大游戏之中。Lua是一种轻量级跨平台的脚本语言，由于语法简单，它在游戏行业中越来越受欢迎。Lua是Giderosmobile、CoronaSDK和CryEngine等游戏引擎所使用的主要编程语言。《柯南时代》、《愤怒的小鸟》、《Aquaria》和《AmericanGirl》都是由Lua编写的最受欢迎的游戏项目。（4）OpenVR

OpenVR是由Valve公司开发的一套VR

设备通用

API

，换而言之，不管是Oculus

Rift或

HTC

Vive甚至是其他

VR

设备，都不再需要使用产商提供的

SDK

就可以进行开发，有种打算一统天下的范儿，使用新的OpenVR

SDK将不必关注硬件设备本身设备造成的差异。线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素（5）VRC-EditorVRC-Editor采用可视化编程的方式进行逻辑交互的开发，区别于蓝图，VRC-Editor面向的开发人员不需要有很深的编程基础即可进行逻辑交互的开发工作。结合虚拟现实开发过程用到的高频功能，从开发者使用便捷的角度进行了封装优化，集成了上百种功能块；考虑到功能的普适性，结合常用的开发API，集成了多组别的逻辑块。而且VRC-Editor所独特具有的一键发布多终端的特色功能，使开发者不用掌握复杂的多平台开发的技术点即可一次开发，多平台发布（支持移动端、移动VR、PCVR以及移动VR等）VRC-Editor逻辑编辑界面线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素6.终端设备目前国内VR硬件投资市场以输出设备为主，市场上主要产品可以分为移动端VR、PC端VR和一体机。（1）移动端VR在中国VR设备市场，基于智能手机的发展轨迹以及庞大的用户规模，移动VR被很多人认为是未来的主流VR设备。另外由于移动VR设备想对来说技术含量较低、成本不高，使得移动VR设备推广更为迅速。移动VR设备线下课中演练前情回顾任务驱动演示讲解巩固小结巩固小结典型工作环节2虚拟现实应用软件的构成要素（2）PC端VR虽然PC端VR头盔相对于移动VR存在操作繁琐、价格昂贵、携带不便等困难，但其绝佳的体验感让消费者体验到VR技术真正的魅力。以OculusRift为例，相比于GreaVR，Rift有定位追踪功能、更深层次的游戏体验和高保真环境。目前PC端VR还存在许多问题。我们使用PC端VR需要一定的空间以及多项设备