虚拟现实技术与应用全套教学课件

虚拟现实技术与应用第一章虚拟现实技术概述Metaverse全套可编辑PPT课件目录CONTENTS011.1.1虚拟现实技术的概念…1.1.2虚拟现实的发展历程…1.1.3虚拟现实、增强现实、混合现实、元宇宙的关系虚拟现实技术的相关介绍02多感知性（Multi-Sensory）沉浸感（Immersion）交互性（Interactivity）想象性（Imagination）虚拟现实的特点03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE第一章虚拟现实技术概述虚拟现实系统的分类桌面式虚拟现实系统…增强式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统…虚拟现实的应用领域教育领域…军事领域工业领域建筑领域艺术领域医学领域娱乐领域WHATISMetaverse？什么虚拟现实？、1.1.1虚拟现实技术的概念虚拟现实技术最早运用在军事模拟、军事训练上，随着计算机软硬件技术的发展，虚拟现实技术也获得了巨大的进步，逐渐走进现代科技与日常生活中。作为一种先进的人机交互技术，多行业希望借力虚拟现实技术有一个更高层次的飞跃，而虚拟现实的仿真特点使它可以运用在各行各业，包括教育领域、房地产领域、医疗领域、娱乐领域等。开发者利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官的模拟，让用户在虚拟世界体验到最真实的感受；同时，通过代码实现的人机交互功能，可以使人们随意操作并得到相应的反馈，有一种身临其境的感觉。从软件层面来说，虚拟现实（英文名称：VirtualReality，缩写为VR），目前对它的定义很多，比如虚拟现实是通过三维建模、计算机语言、仿真动画等技术，模拟真实情景，从而给人以虚拟的沉浸感。从数据层面来说，虚拟现实就是通过计算机的电子信号，与各种输出设备结合后转化为人们能够看见的图像，这些图像和真实的情境相似，甚至一模一样，故称为虚拟现实。1.1.1虚拟现实技术的概念软件和硬件也是目前虚拟现实领域研究人员两个大的分支方向，软件指的是虚拟现实的内容开发，一般分为VR游戏、VR应用和VR视频三大块。①

VR游戏是VR软件的一大分支领域，其中Steam是目前最主流的VR游戏平台，HTCVIVE、索尼PS4、大朋、小米等则是VR头显设备的主要品牌。由于大多数专业级VR设备都有定位系统，且需要一定空间的定位区域，以HTCVIVE为例，最少也需要2×1.5米的独立区域，同时配套高性能电脑，这些条件使VR游戏很难像手机游戏一样走进每个家庭，一般会在电竞馆或商业综合体的VR体验区供大家体验感受；②

VR应用是目前较为成熟的一个内容开发分支，目前以行业的需求和定制为主，核心要素在于VR+可以助力具体产业实现更高的效力或创新性商业模式。从硬件层面来说，虚拟现实是指用头盔显示器和传感手套等一系列新型加护设备构造出的一种计算机软硬件环境，人们通过这些设施以自然的技能（如头的转动，身体的运动等）向计算机送入各种命令，并得到计算机对用户的视觉、听觉及触觉等多种感官的反馈。1.1.2虚拟现实发展历程

虚拟现实并不是一个新的概念，早在20世纪30年代，就已经出现虚拟现实概念的萌芽。从技术演变发展进程来看，大致可以分为四个阶段：概念萌芽阶段1930S-1950S、新技术诞生阶段1950S-1980S、第一次VR革命1980S-2000S以及进一步的理论完善和应用2010S-至今。第一阶段：1930S-1950S虚拟现实思想的萌芽期第二阶段：1950S-1980S新技术诞生第三阶段：1980S后期-2000S第一次VR热潮第四阶段：2010S-至今逐步走向民用1.1.2虚拟现实发展历程第一阶段：1930S-1950S虚拟现实思想的萌芽期“宇宙的入口，需要一副眼镜”。上个世纪30年代，作StanleyG.Weinbaum就在其小说《皮格马利翁的眼镜》中提到的一种虚拟现实的眼镜。当人们戴上它时，可以看到、听到、闻到里面的角色感受到的事物，犹如真实的生活在其中一般。当时人们对这种构思会觉得特别神奇，甚至难以想象，但技术的发展证明，艺术来源于生活，却又高于生活，作家StanleyG.Weinbaum给了我们指引，最早把虚拟现实的思想带入到人们的思想里，并影响着世界科学技术的历史进程。1.1.2虚拟现实发展历程在20世纪50年代中期，当大部分人还在使用黑白电视的时候，摄影师MortonHeilig成功造出了一台能够正常运转的3D仿真模拟器SensoramaSimulator。这款设备通过三面显示屏来实现空间感，能让人沉浸于虚拟摩托车上的骑行体验，感受声响、风吹、震动和布鲁克林马路的味道，它不仅无比巨大，用户需要坐在椅子上将头探进设备内部，才能体验到沉浸感。从第二个阶段的发展可以看出，虚拟现实的交互实现与计算机图形学关系非常紧密，也正因此，IvanSutherland也被称为“虚拟现实之父”，自此，虚拟现实进入了一个新的发展阶段。第二阶段：1950S-1980S新技术诞生1.1.2虚拟现实发展历程第三阶段：1980S后期-2000S第一次VR热潮

AromLanier，是一名计算机科学家、哲学家和音乐家，在1984年创办了VR公司VisualProgrammingLab（简称“VPL”），并在1987年提出VR的概念。公司联合创始人TomZimmerman在工程YoungHarvill的协助下研发出了一系列虚拟现实设备，包括Dataglove、EyePhone头戴式显示器和手套以及VR眼镜。VPL公司致力于虚拟现实产品的商业化，是世界上第一家销售VR眼镜和手套的公司，当时EyePhone1的售价为$9400、EyePhoneHRX售$49000，手套售价为$9000，购买一套完整的虚拟现实设备要花费超过70000美元。虽然VPL在1992年末走向了破产，但作为第一家销售虚拟现实产品的公司，他们做出了非常重大的贡献。JaromLanier从2009年起担任微软的跨学科科学家。1.1.2虚拟现实发展历程第四阶段：2010S-至今逐步走向民用关注的人会发现，VR自上个世纪90年代后，在游戏领域有过比较突出的表现外，之后十年没有特别突出的发展，直到2012年OculusRift问世，这是一款Kickstarter上众筹250万美元、2014年被Facebook收购的VR眼镜设备，将人们的视野重新拉回到了VR领域。创始人PalmerLuckey本身是一个VR收集控，他用遍了上个世纪的各种VR，体验都不尽人意，于是决定自己动手，便有了OculusRift。2014年，Google发布了其VR体验版解决方案：CardBoard，使得人们能以极低的价格，体验到新一代的VR的效果。CardBoard方案需要使用自己的手机作为显示器，CardBoard本身结构很简单，价格也很便宜。现在市面上的需要嵌入手机的VR眼镜，包括暴风墨镜、小米VR等，都是基于这个思路1.1.3虚拟现实、增强现实、混合现实、元宇宙的关系真实世界科学技术物理现实生活真实身份虚拟世界平行宇宙online3D虚拟空间数字化形态meta+universe技术映射增强现实（英文名称：AugmentedReality，缩写为AR），是一种将虚拟画面叠加在真实画面之上的技术，综合运用三维建模、实时跟踪注册、人机交互等多种技术手段，将三维图像、音频、视频等数字媒体元素呈现在真实环境中，虚拟和真实相互补充，从而达到现实混合现实（英文名称：MixedReality，缩写为MR），是由“智能硬件之父”多伦多大学教授SteveMann提出的，根据SteveMann的理论，智能硬件最后都会从AR逐步向MR过渡。混合现实是通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感从概念上看，VR和AR有明显的区别。VR呈现的完全是虚拟环境；而AR是将虚拟信息带入到真实世界中。交互方式也有很大区别，VR因为是纯虚拟环境，多是用户与虚拟场景的交互，可以使用位置跟踪器、动作捕捉设备等完成人机交互；而AR因为虚拟场景与真实场景的结合，所以一般需要摄像头，采用实时跟踪定位技术，在摄像头拍摄的画面基础上与虚拟场景进行互动。MR与VR、AR都有交叉的部分，MR既是VR的进一步发展，也与AR的概念非常接近，都是一半现实一半虚拟影像。

但和VR不同的是，MR除了构建虚拟环境外，也要与虚拟环境高度融合；和AR不同的是，MR可以通过一个摄像头让用户看到裸眼看不到的“现实”，而不是像AR一样，虚拟物品仅仅是作为图像出现在现实世界。MR可以打破虚拟和真实的边界，使虚拟和真实融合得更好。

清华大学新闻学院沈阳教授表示，“元宇宙本身不是一种技术，而是一个理念和概念，它需要整合不同的新技术，如5G、6G、人工智能、大数据等，强调虚实相融。”因此，VR/AR/MR技术是走向元宇宙的基础，为了实现沉浸感，元宇宙要借助VR/AR/MR等技术。元宇宙（英文名称：Metaverse）是利用科技手段进行链接与创造的，与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。元宇宙远在1992年的时候就被提出来了，源于1992年美国作家尼尔·斯蒂芬森（NealStephenson）的科幻小说《雪崩》（SnowCrash）。作者在书中描述了一个平行于现实世界的网络世界——元界，所有的现实世界中的人在元界中都有一个网络分身。1.1.3虚拟现实、增强现实、混合现实、元宇宙的关系011.1.1虚拟现实技术的概念…1.1.2虚拟现实的发展历程…1.1.3虚拟现实、增强现实、混合现实、元宇宙的关系虚拟现实技术的相关介绍02多感知性（Multi-Sensory）沉浸感（Immersion）交互性（Interactivity）想象性（Imagination）虚拟现实的特点03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE虚拟现实系统的分类桌面式虚拟现实系统…增强式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统…虚拟现实的应用领域教育领域…军事领域工业领域建筑领域艺术领域医学领域娱乐领域目录CONTENTS第一章虚拟现实技术概述MetacosmicTechnology虚拟现实技术的特点元宇宙的技术基础沉浸感想象性交互性多感知性

正如以虚拟现实为主题的电影《头号玩家》所勾勒出的画面一样，虚拟现实和传统应用最大的一个不同是创建了一个虚拟世界，在这个世界中，用户可以像在真实世界一样观察并与其产生互动。多感知性（Multi-Sensory）

感知即个人意识对外界信息的觉察、感觉等一系列过程，分为感觉过程和知觉过程。知觉是对感觉的进一步理解和认识。人体的感知器官分为视觉、听觉、嗅觉、触觉等，生活经验告诉我们，提供给用户的感知越丰富，用户对它的感受和理解越全面。例如现实中，人需要通过拾取、推动去完成某个动作，但是在传统的电脑程序里，只能通过鼠标的点击、拖拽去实现，这样就没有实现触觉感知。

虚拟现实的多感知性可以借助专业的虚拟现实外围设备来解决这一问题。以VR太空场景为例，过去我们只能通过电视或视频，以第三人称的视角了解太空景象，现在当我们佩戴上VR头显设备，我们的视觉可以被全3D的场景包裹，就像正身处太空环境，给自身带来了丰富的视觉感受。

“沉浸式体验”是近两年出现的“热词”，指的是提供参与者完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉。游戏、电视、视频会议等都在强调沉浸式。沉浸式展览也在近两年频繁出现，成为艺术展中最吸引人的方式。沉浸感（Immersion）

虚拟现实和沉浸式展览一样，目的是给用户强烈的沉浸感，区别在于沉浸式展览一般是通过周围环境的搭建、丰富的交互来营造一个虚拟的世界，让用户仿佛处在一个真实的世界中，提高用户的沉浸感。而虚拟现实是使用三维仿真技术，让用户全身心投入到计算机创建的虚拟环境中，提升场景的沉浸感，让用户有非常真实的感受。为了获得更强烈的沉浸感，可以提高三维场景的渲染效果，并充分使用合适的体感设备，通过与多感知性的融合，营造更加强烈的沉浸感，给用户更真实的体验

交互性是用户在虚拟环境中通过自己的操作得到对应的反馈。通过上文中对虚拟现实发展历程的了解，我们知道“计算机图形学之父”的IvanSutherland之所以被称之为“虚拟现实之父”，一个很重要的原因是他开发出了可以交互的头戴显示设备，虽然只能显示二维线框，设备非常笨重，但对虚拟现实的发展起到了划时代的意义，可见，交互性是多么重要。生活中发现，游戏的交互性较强。当玩家参与游戏，注意力会非常集中，可以完全沉浸在游戏中；当玩家与游戏互动时，游戏会给玩家及时的反馈，例如奖励，而且奖励种类多样化，可以始终保持给予玩家一定的新鲜感。交互性（Interactivity）

参考游戏心理学研究，一款优秀的虚拟现实应用，也应当具备丰富且合适的交互性，一般我们称之为用户体验（英文名称：UserExperience，简称UE/UX），除了视觉体验(即界面美观度)外，还要考虑界面给用户使用、交流过程的体验，强调互动、交互性。虚拟现实交互体验的过程应贯穿引导、浏览、点击、输入、输出、提示等过程给访客产生的体验。例如，当用户首次使用虚拟现实系统时，一般给予基本的引导。当用户在使用过程中出现困难时，可以随时让用户找到“帮助”功能，给用户指引。通过以上描述得知，可以通过各种虚拟现实硬件和外设的配套，来丰富虚拟现实的多感知性；通过三维虚拟环境真实感的创设，来加强虚拟现实的沉浸感；通过计算机程序代码和用户界面设计，来提高与虚拟环境的交互程度。而想象性则是多感知性丰富、沉浸感加强、交互性提高之后，用户通过实时的反馈，可以获得的新知识，并以此得以创新并萌发新的联想，激发用户的创造性思维。过去了解一个新型对象，只能通过图片、文字、视频、音频的方式，用户虽然可以展开想象，但是基础有限，也许想象会远远脱离现实。有了虚拟现实之后，可以将现有的研究基础和资料以三维的形式虚拟呈现在用户面前，用户由此再展开想象，更具科学性。想象性（Imagination）

虚拟现实是多种技术的综合，通过人机界面进行的可视化操作与交互是当代科技前沿之一，也是新的艺术表现形式之一。其多感知性、沉浸感、交互性和想象性的特点互为依托，层层递进，最终将给人们的生产方式和生活方式带来革命性的变化。011.1.1虚拟现实技术的概念…1.1.2虚拟现实的发展历程…1.1.3虚拟现实、增强现实、混合现实、元宇宙的关系虚拟现实技术的相关介绍02多感知性（Multi-Sensory）沉浸感（Immersion）交互性（Interactivity）想象性（Imagination）虚拟现实的特点03桌面式虚拟现实系统…增强式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统…S虚拟现实系统的分类04……SUPPORTINGTEXTHERE虚拟现实的应用领域教育领域…军事领域工业领域建筑领域艺术领域医学领域娱乐领域目录CONTENTS第一章虚拟现实技术概述HowfaristheMetaverse？虚拟现实系统的分类桌面式虚拟现实系统

桌面式虚拟现实系统指的是基于PC平台的虚拟现实系统，桌面式虚拟现实系统一般利用计算机显示屏幕作为虚拟现实内容的输出端，用户连接VR头显设备浏览虚拟三维场景的立体效果，使用各种输入设备实现与虚拟世界的交互，例如手柄、手势识别设备等。桌面式虚拟现实系统一般需要使用空间定位技术对用户的实际位置进行定位，并实时反馈给虚拟现实系统，使现实中用户的位置能够与虚拟环境中位置一一对应。目前VR头显设备的空间定位技术主要有两种，分别是外向内追踪技术和内向外追踪技术，Outside-in（外向内追踪技术），需要事先放置定位器，一般两个以上，形成360度覆盖建立三维位置信息，定位器多重高速光线扫描，使用三角学计算每个感应器的位置，优点是精度高、延迟相对低、成本较低，缺点是仅限于在传感器范围内检测，且容易受空间和遮挡的影响，由于要布置多个定位器，设置较繁琐。Inside-out（内向外追踪技术）无需架设额外的定位点设备，依靠VR头盔的摄像头即可。在头戴设备上安装摄像头，让设备自己检测外部环境变化经过视觉算法（如SLAM算法）计算出摄像头的空间位置，目前普通应用机器人、无人机、自动驾驶等领域。优缺点和Outside-in相反，虽然不受空间和遮挡的限制、可以无限范围内跟踪、不需要设置定位器，但是准确度略低，有一定的延迟。用户通过VR头显设备以及其他输入设备，跟踪定位装置用来检测有关对象的位置和方位，头戴显示设备是用户接触虚拟世界的窗口，通过该设备用户可以看到虚拟的画面；输入设备是用户输入指令的工具，以HTCVIVE设备为例，手柄就是一种输入设备，用户可以拿着手柄给系统发出指令，再通过头显设备看到虚拟场景的反馈。桌面式虚拟现实系统增强式虚拟现实系统

增强式虚拟现实系统就是我们上文中提到的增强现实，只是在实际项目中往往会将增强现实认为是泛虚拟现实的一种表现形式。在虚拟现实系统中，用户看到的是完全虚拟的世界，需要实现真实世界与虚拟世界的完全隔离。而增强式虚拟现实系统（简称“增强现实”），允许用户看到真实世界，同时也可能看到叠加在真实世界上的虚拟对象，是一种把真实世界和虚拟环境结合起来的一种系统。在增强式虚拟现实系统中，虚拟对象所提供的信息往往是用户无法凭借其自身感觉器官直接感知的深层信息，用户可以利用虚拟对象所提供的信息来加强现实世界中的认知｡

增强式虚拟现实系统通过实时跟踪注册，检测出摄像头相对于真实场景的位姿状态，确定所需要叠加的虚拟信息在投影平面中的位置，并将这些虚拟信息实时显示在屏幕中的正确位置，完成三维注册。跟踪注册完成即现实世界与虚拟场景的叠加完成，之后用户可以和在虚拟现实系统中一样，在叠加的虚拟场景上进行交互，获得反馈。因此，增强式虚拟现实系统的开发难度更高。沉浸式虚拟现实系统

沉浸式虚拟虚拟系统指的是除了计算机显示器和某种VR头戴式显示设备外，结合体感设备作为输出端的虚拟现实系统，使用户有一种置身于虚拟世界中的完全沉浸体验。显示器可以用来显示三维场景，用户可以用过LeapMotion、Kinect、数据手套等体感设备获得手势或者肢体动作的输入，以此和虚拟系统形成交互，带来更强烈的沉浸体验。桌面虚拟现实系统可以看作是简易版的沉浸式虚拟现实系统，即只用VR头戴显示设备把用户的视觉、听觉封闭起来，为用户提供720度全方位的虚拟影像，交互操作仍是使用VR设备配套的手柄在虚拟场景中点击来完成。在升级版的沉浸式虚拟现实系统中，使用VR头戴显示设备的同时，配合其他体感设备组合成各种不同的沉浸式解决方案。例如，利用数据手套把用户的手感通道封闭起来，产生虚拟触动感；采用语音识别器让参与者对系统主机下达操作命令，并通过头部跟踪器、手部跟踪器、眼睛视向跟踪器进行头部、手部、以及眼睛部位的追踪，使系统达到尽可能的实时性。例如，国内外有多家机构在从事VR与眼动仪的研究，将眼动仪安置在VR头显设备上，用于记录用户在使用VR设备浏览虚拟场景时的眼动轨迹特征，可展示出不同目标元素之间的视觉注意分配情况以及用户在每个目标元素上的视觉停留时间，这样做不但不会影响用户的体验，还可以根据大数据分析用户的焦点和喜好，从而更好地推动虚拟现实应用的优化。但是，使用的外部设备越多，系统开发的难度以及成本也越高。沉浸式虚拟现实系统

除了体感设备的使用，CAVE沉浸式虚拟现实系统也是近几年一种主流的VR展现形式，CAVE沉浸式虚拟仿真系统是一种房间式虚拟仿真协同环境，系统基于多通道视景同步技术、三维空间整形校正算法、立体显示技术的洞穴式（CAVE）可视协同环境，提供了一个房间大小的四面（或五面或六面）立方体投影显示空间，供多人参与交互，所有参与者均完全沉浸在一个被三维立体场景包围的虚拟仿真环境中，借助相应的虚拟现实交互设备，如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等，可以使参与者获得完全身临其境的三维交互式体验。

CAVE沉浸式虚拟仿真系统也可以用全景交互方式实现，可以将高分辨率的全景投影显示技术、多通道投影融合技术、曲面透视矫正技术、自然化人机交互技术、多通道视景同步技术等多种技术融合在一起，从而产生一个供多人交互体验的、具有高清晰度、高沉浸感的交互式虚拟现实数字空间。这种沉浸系统所呈现的视觉效果是不需要戴上VR头显等辅助设备，而直接可以做到裸眼3D效果的。一般可以用在展厅、美术馆等场景中，配合音响技术、三维数字影片等，使用户带来强有力的视听冲击，有一种身临其境的感觉。分布式虚拟现实系统

分布式虚拟现实系统是一个基于网络的可供异地多用户同时参与的虚拟环境。在这个环境中，位于不同地点的多个用户或多个虚拟环境通过网络相连接，多个用户同时参与到一个虚拟现实环境中，通过计算机与其他用户进行交互，并共享信息。在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。

分布式虚拟现实系统是分布式系统和VR系统的有机结合，一般有4个组成部件：图形显示器、通信和控制设备、处理系统和数据网络。根据分布式系统环境下所运行的共享应用系统的个数，可把分布式虚拟现实系统分为集中式结构和复制式结构。集中式结构是只在中心服务器上运行一份共享应用系统。中心服务器的作用是对多个用户的输入/输出操纵进行管理，允许多个用户信息共享。结构简单，容易实现，但对网络通信带宽有较高的要求，并且高度依赖中心服务器。复制式结构是在每个用户所在的机器上复制中心服务器，每个用户进程都有一份共享应用系统。服务器接收来自于其它工作站的输入信息，并把信息传送到运行在本地机上的应用系统中，由应用系统进行所需的计算并产生必要的输出。优点是所需网络带宽较小，交互式响应效果好。但比集中式结构复杂，在维护方面比较困难。分布式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统主要包括以下几个特点（1）共享的虚拟工作空间；

（2）伪实体的行为真实感；

（3)支持实时交互，共享时钟；（4）多个用户以多种方式相互通信；（5）资源信息共享，并允许以自然的方式操作环境中的对象。011.1.1虚拟现实技术的概念…1.1.2虚拟现实的发展历程…1.1.3虚拟现实、增强现实、混合现实、元宇宙的关系虚拟现实技术的相关介绍02多感知性（Multi-Sensory）沉浸感（Immersion）交互性（Interactivity）想象性（Imagination）虚拟现实的特点03桌面式虚拟现实系统…增强式虚拟现实系统沉浸式虚拟现实系统分布式虚拟现实系统…S虚拟现实系统的分类04教育领域…军事领域工业领域建筑领域艺术领域医学领域娱乐领域虚拟现实的应用领域目录CONTENTS第一章虚拟现实技术概述Thefuturehascome虚拟现实的应用领域教育领域

VR+高等教育

虚拟现实在教育领域的应用十分广泛，目前国内外不少学校都引进了虚拟现实技术，基于虚拟现实技术开发的教学内容可以将抽象的知识点转化成可视化的三维内容，为学生提供更加直观、更加形象的感官刺激，提高学生的学习兴趣和效果

2014-2015年，教育部连续发布《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，通知提到“虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。”建设国家级虚拟仿真实验教学中心是坚持

科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想，以提高高等学校学生创新精神和实践能力为宗旨，以共享优质实验教学资源为核心，以建设信息化实验教学资源为重点，持续推进高等学校实验教学信息化建设和实验教学改革与发展。之后，按照“简政放权、管评分离”的原则，经省教育行政部门、军队院校教育主管部门推荐，中国高等教育学会组织形式审核、专家评审和网上公示，共批准了清华大学数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心等200个国家级虚拟仿真实验教学中心。目前，这些虚拟仿真实验都以免费的形式共享在国家虚拟仿真实验教学课程共享平台上，学生可以根据自己的需要，选择相应的实验内容进行学习，每个实验都有在线服务团队进行维护。专业的指导和答疑。教育领域.

VR+科普教育

科普教育对低龄或学前儿童非常重要，比如神秘的太空、地震、火灾等难以展现的场景，传统的教学是通过平面图片展示，抽象地讲解，难以给学习者直观、强烈的画面感，这种教育方式难以满足学习者的需要。目前在各大城市的科技馆，时常能看到一些区域放置着VR体验设备，有的是地震脱险，有的是火灾自救等，这些都是一个个小型的VR科普区，通过佩戴VR眼镜，学习者可以在虚拟现实的环境下身临其境地学习科普知识，掌握在突发的自然灾害或遇险时的自救方式，这种沉浸式+互动式体验感超强的学习，可以让学习者印象深刻。虽然VR形式的科普教育较传统教育而言，开发成本、实现成本有所提高，但是对于学习启蒙期的幼儿或青少年来说，可以大大提高他们对知识的兴趣，为今后探索相关领域、获取技能做铺垫，是一种比较新型的科普宣传教育手法和方式，“军事领域.

随着虚拟现实技术的跨越式发展，VR+军事已经受到世界各国的高度重视。VR+军事领域可让受训者从训练营走向逼真战场，提升临场心理素质，感受沉浸的视野、多变的场景，士兵们无需在战场上出生入死以换取重要的测试数据，飞行员无需驾驶价值上亿的战斗机完成一系列不稳定的操作，即可针对化地训练，又可兼顾绝对的安全与控制性。“

目前VR技术在军事领域的应用主要体现在构建虚拟战场环境、单兵模拟训练、网络化作战训练、军事指挥人员训练、提高指挥决策能力、研制武器装备及进行网络信息战等方面。军事领域.

虚拟武器装备操作训练：每个士兵上战场前都应当熟练掌握枪支、武器的使用，通过在虚拟环境中的设备使用来完成现实情境下设备使用的培训，可以有效地解决现阶段部队大量新武器装备的问题，同时也解决了平时部队训练场地有限的问题。“仿真数据用于精确分析作战情况，提高实战技能：通过虚拟现实军事仿真系统的使用，可以记录士兵的操作值，通过大数据分析结果，优化作战方案，提高个人作战能力，同时根1

VR技术在军事领域的研发工作已经开展了几十年之久，最早的VR技术研发其实就源于军事领域的运用，上文1.1.2节中提到的世界上第一款头戴式VR产品“达摩克里斯之剑”就是军用头盔显示器，这也是VR技术最早的军事运用。VR技术发展至今，在军事领域的应用范围大大拓展，已经涌现了一些成熟的军事训练系统，包括工业领域.

在如今的智能制造时代，VR虚拟现实技术的出现给智能化生产和管理带来了深层次的技术支持，不但可以改变生产的展示形式，还可以从工业生产状态、工况检测数据到产品的装配、调试环节，都可以实现三维立体可视化，让生产场景真实地呈现在人们眼前。重要包括以下几个方面：

“1

.工厂虚拟展示

基于工厂施工图纸或实景，建立3D虚拟现实场景，全面生动的展示工厂的真实面貌，也可用于各种宣传展示用途。企业参加展会或布置内部展厅时，只需一套VR设备，十几平的展示空间，就能将现代化工厂和先进工艺完美的展示给客户。

2.工厂管理

工厂生产一直属于劳动密集型产业，过去，一道工序就需要很多人完成，现在有了全自动流水线，减少了部分人力，但在设备管理上依然以人工巡检为主。VR系统就能够很好地解决这些问题，厂房内可结合传感器，对员工的行为以及设备的数据做到24小时实时监控，即时反馈出现的故障和问题，减少人员巡检的成本。

3.员工培训

通过模拟真实的厂区环境和设备功能，可以让员工培训无障碍地在虚拟工厂中进行，不仅可以模拟复杂的工艺流程，还可以将原本肉眼不可见的设备内部情况进行3D可视化展示，使操作人员能够一目了然的了解工艺流程。员工通过在虚拟工厂中设备学习后，再进行实际操作，即减少了设备因操作不当损坏的风险，也降低了高危设备因操作不当对员工生命带来的威胁。工业领域4.应急演练模拟

工业生产企业都会建立应急预案体系，特别是危险系数较高的企业要定期组织应急演练。VR应用于应急演练，同样可以有很好的效果。基于真实的厂区环境，用VR技术模拟各类事件场景和交互，参训人员可获得身临其境的演练体验。演练内容以独立案例的形式呈现，不同职责的员工可根据需要选择相应的案例进行演练。以上四种应用场景都给用户提供了沉浸感较强的人机交互体验，无论是对于工厂的管理人员或是工作人员，都可以通过VR设备身临其境进入工厂中，对工厂环境进行漫游、对设备进行学习和管理，还可以提前预演一些应急方案，呈现工程现场、设计影响因子等，为实际工作做好铺垫，提高管理的效率。1建筑领域

我国的建设工程项目规模巨大，建筑业从业人员多，是世界上最大的行业劳动群体。随着国民经济持续稳定的增长，建筑业已经发展为国民经济的重要支柱产业。然而，建设工程的劳动密集和投资大等特点，导致建设工程安全事故所造成的人员伤亡和财产损失较为严重，每年有上千人在事故中死亡，因事故造成的直接经济损失逾百亿。我国的建筑业安全事故状况仅次于危险化学品和矿山行业，严重制约了建筑业的可持续发展。然而，随着技术的成熟，VR应用于建筑工程中，为建筑行业提供了丰富而实用的方法。1.VR建筑安全体验VR建筑安全体验馆主要是通过软件处理，结合VR眼镜实现了动态漫游及VR交互。让体验者有更加逼真的感受，可以直接体验电击、高空坠落、洞口坠落、脚手架倾倒等多个项目虚拟效果。建筑领域2.VR-BIM

BIM是基于一个可视化的模型效果来体现数据的分析结果，将一个在现实中还完全不存在的建筑，转移到电脑或者移动网络之上，根据这个精确的数据模型，对建筑的规划、设计以及后期施工再到最后的宣传推广提供指导，通过虚拟现实技术的支持，可以使数据三维立体化，更易于人们去分析和观察，可视化效果大大提高。下图1.22是VR技术在BIM中的应用。3.VR与房地产

2018年开始，互联网上开始流行720全景看房，在各大房产中介的APP上都能看到一个VR看房模块，点击后可以看到户型的全貌，根据鼠标或者手机按键的交互，并进入指定的房间；另外有些房产销售中心，开辟了一块VR展示区域，用于给客户展示楼盘的虚拟样貌，甚至可以看到房子建成后的效果，这些都是通过虚拟现实技术进行的房产销售，可以让客户更加直观、形象地了解房子的基本情况。艺术领域虚拟现实已经在很多艺术领域得到应用，比如晚会现场的VR直播、沉浸式的主题艺术馆等，都在构建着一个个全新的艺术概念展览空间。1.VR+直播

VR直播不仅跳出了传统平面和视频的视角框定，如果再配以VR头显，将会获得更加身临其境的观看体验。所以，无论对于观看体验还是对于信息展示的透彻性，都是传统平面直播无法比拟的。VR直播是通过VR摄像机或全景相机拍摄采集VR直播内容素材，并将这些局部画面拼接成完整的VR视频画面的过程。相比传统直播，VR直播数量更大、码率更高，要求内容分发网络（CDN）具备更大的存储能力、更高的吞吐量和更强的分发推流能力，因此，需要充分分析VR直播内容宽带需求，用户并发率等，增强CDN能力，预留足够资源，以保障用户体验。在传输时，将VR直播全部视角、等质量的画面从云端传输至终端，当用户头部转动至特定视角时，由终端即时完成全部画面或视角范围内容的解码，并显示该视角画面。在5G时代，手机的速度已经完全可以适应VR直播，这也是VR直播能够顺利发展的基础。艺术领域2.VR+展厅

VR+展厅是在虚拟现实技术的推动下生成一个艺术展示新形态，传统的艺术展览必须亲自前往展览馆，通过虚拟现实技术可以远程参加虚拟展览馆，便捷又有趣，给那些因为路程等原因不能亲自前往参观的观众一个可以近距离参加展览的机会，大大地丰富了人们的精神生活。2010年，全球首家“VR艺术研究推广中心”在北京今日美术馆成立，该中心在前期学术研究成果的基础上，逐渐发展成为中国VR艺术的核心研究机构与权威平台，为VR艺术在中国的发展构建完整的学术与推广体系，挖掘和培养更具潜力与价值的VR艺术家及策展人。并在世界范围内为VR艺术的研究和发展提供权威交流平台。近几年，依托VR技术，实现的虚拟现实艺术展厅越来越多，2019年5月，由江西省美术家协会主办的“肖像的精神”——矫芙蓉个人艺术作品展在市文化馆开展，矫芙蓉是江西财经大学艺术学院教师，在2007年至2019年创作了百余幅绘画作品，这是江西省首个“现实+虚拟”的个人艺术作品展，观众可以通过AR手机终端平台扫描作品，即可获得作品与音频的双重享受，观众也可以前往市文化馆佩戴VR头戴显示设备现场体验VR虚拟美术馆。医学领域1.VR+心理疾病治疗虚拟现实技术可以给人提供仿真的沉浸环境，配合声音感知和触碰感知等，可以大大提高真实感，因此有一些心理医生从该技术中得到灵感，利用虚拟现实技术构建三维的应激场景，并适当地给予刺激源，以此治疗心理疾病。例如，阿根廷裔心理学家费尔南多·塔诺戈尔为此开发了一个叫做Phobos的软件平台，专门用来治疗各种恐惧症状。例如蜘蛛恐惧症，通过模拟症状触发情景来引导患者克服恐惧，这样的疗法与创伤后应激障碍差不多，但是低成本也比较安全；南京某家心理咨询机构也开发了一款面向考试焦虑的学生使用的虚拟现实应用，构建了一个考试的场景，当教师首次走进考场时，监测使用者的心跳，经过适当治疗后，再次监测心跳，从而判断焦虑症状的缓解程度。2.VR+辅助治疗通过虚拟现实技术，可以大大降低病人的焦虑和身体上的痛楚。在加州大学的临床实验中，从一群临床的女性中选出代表佩戴VR头显设备进入产房之后，会发现比没有带VR头显的疼痛感降低了很多；牙齿的治疗过程也让人很害怕，想到医生用电钻、凿子，就担心起来。一般心理素质比较差的患者会产生非常大的恐惧感，如果患者带上威尔眼镜，这个时候在进行牙病的治疗，就会像旅游一样，把目前的恐惧感和疼痛感都会忘掉。医学领域3.VR+虚拟手术

VR+虚拟手术能够模拟手术场景，让医学生和年轻的实习医生们在1：1还原的手术室里做手术，充分调动视觉、听觉、触觉等，更快速地学习成长。相比之下，虚拟手术具有手术环境及器械响应可控、可重复演练等多项优点，将是未来外科培训及个性化精准治疗的发展趋势。娱乐领域虚拟现实产业持续升温，硬件环节基本成熟，娱乐是虚拟现实行业应用的大方向，主要包括游戏和影视两大分支。.VR+游戏

虚拟现实在娱乐领域的发展应该是最早也是最成熟的，从上个世纪90年代初开始，任天堂等游戏公司就已经在游戏中采用VR技术。近几年，VR游戏发展速度平稳，内容也越来越丰富和多样化，也有了越来越多的开发者开始探索VR。2016年被称之为虚拟现实的元年，也是因为以三大VR厂商带头的头戴显示设备突然进入民用领域，并且以三大设备为首的设备出货量均有明显的上升趋势。为了构建可持续的VR游戏生态，基本上每个VR设备厂商都提供了VR游戏内容下载平台，供玩家交流，比如SteamVR虚拟现实内容平台，暴风魔镜商城等。用户可以直接登陆官方指定的平台下载VR游戏，直接在VR设备中操作使用。娱乐领域.2.VR+影视

VR+影视分两种，一种是以VR为主题的电影，比如电影《头号玩家》，讲述的是人们沉迷于虚拟现实（VR）游戏“绿洲”，在虚幻世界里寻求慰藉。另一种类型是以VR技术为技术支持，进行拍摄剪辑的电影。网易出品的《人工智能：伏羲觉醒》是一部都市轻科幻类型的大电影，以都市、商战为主线，但融合了很多科幻元素。这部电影的VR版虽然只采用了180度的镜头拍摄，但足够让你感受到VR技术表现都市戏、感情戏的优势。虚拟现实技术在影视领域的应用案例有很多，如影视领域虚拟演播室的原理其实就是一种典型的增强型虚拟现实技术的应用，实质是将计算机制作的虚拟三维场景与电视摄影机现场拍摄的人物活动图像进行数字化的实地合成，使人物与虚拟背景能够同时变化，从而实现两者融合，获得完美的合成画面。最新的技术应用极大拓展了舞台表现空间，如节目《逐梦空天，制胜未来》通过嘉宾表演和XR技术的结合完成了人屏互动、环境切换以及多视角穿越等多种视觉呈现。通过精准的摄像机跟踪实时拍摄，并集成到虚拟场景中。3D引擎集合呈现了完美的虚拟现实体验，打破常规视觉呈现，给人以现实与虚幻来回穿梭的错觉。本章小结本章围绕虚拟现实的定义、特点、系统的分类以及应用领域展开讨论，随着虚拟现实技术在行业中的渗透，未来我们生活中将会有越来越多的应用场景与虚拟现实相结合。通过本章的学习，大家会对虚拟现实技术有更清晰的了解，对虚拟现实领域未来的发展有更深刻的认识。VR/AR思考93931.仔细思考一下，你之前在生活中接触过虚拟现实吗？是怎么接触的。2.虚拟现实的特点有哪些？你对哪一种特点感受深刻？3.根据虚拟现实的技术和依托的硬件，可以进一步细分为哪些类别？4.谈谈你对虚拟现实行业应用的见解和想法。Metaverse本章小结TheFutureIsHere.AreYouready?本章围绕虚拟现实的定义、特点、系统的分类以及应用领域展开讨论，随着虚拟现实技术在行业中的渗透，未来我们生活中将会有越来越多的应用场景与虚拟现实相结合。通过本章的学习，大家会对虚拟现实技术有更清晰的了解，对虚拟现实领域未来的发展有更深刻的认识。虚拟现实技术与应用第二章虚拟现实系统的策划和产品设计流程Metaverse01产品开发流程

产品开发需求分析主要特征虚拟现实产品设计02……用户需求和产品需求03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE基于用户的功能需求分析基于开发者的系统需求分析交互原型设计什么是原型原型开发必要性原型常用的开发工具原型开发的过程三维模型的制作三维建模的常用方法三维建模的工具三维建模案例.三维建模注意事项05主流开发引擎介绍Unity3D引擎虚幻引擎Cocos引擎目录CONTENTS第二章虚拟现实系统的策划和产品设计流程产品开发流程

虚拟现实产品设计是以多种终端设备为载体，模拟真实物理世界来创建虚拟场景产品，通过多感体验、沉浸体验、交互体验使用户产生联想，沉浸在虚拟现实场景中，在用户体验过程中完成交互行为动作。为了加强用户的沉浸式体验，使用户可以完全沉浸在虚拟世界中，通常产品开发前期产品经理会对目标用户进行用户体验分析，对产品需求进行市场调研和竞品分析，以确保最终产品的设计符合用户需求，提高产品的可用性。2.1.1产品开发流程一般一个项目的开发主要围绕一个产品或一个产品功能来进行，从产品经理的设计构想到最终产品的实现需要一个完成高效的开发流程才能顺利实现。软件开发中常提到的需求分析就是互联网公司中产品经理的最初构思，也是软件开发产品的核心战略目标，产品的所有功能均应围绕产品需求来展开。最终虚拟现实产品设计成败可以通过用户的体验感进行判断，因此实现良好的用户体验成为虚拟现实产品开发的关键。顾振宇先生在“交互设计原理和方法”这本书中提出：用户体验评估和测试需要经历四个基本环节，需求发现、概念设计、系统设计、细节设计，其中需求发现是用户体验评估和测试的第一环节，也是核心所在。可见需求分析在整个产品开发过程中的重要性。产品开发需求分析主要特征虚拟现实产品开发是利用三维模型软件将现实生活中的真实数据、物理环境真实表现出来，创建一个可交互的虚拟场景，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象。产品开发设计开发需求分析需要产品开发人员深入分析市场调研、竞品分析数据结果，准确理解目标用户的潜在需求，制定出产品架构和项目的功能具体要求，将用户的潜在需求表述转化成完整的需求定义。01产品开发流程

产品开发需求分析主要特征虚拟现实产品设计02……用户需求和产品需求03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE基于用户的功能需求分析基于开发者的系统需求分析交互原型设计什么是原型原型开发必要性原型常用的开发工具原型开发的过程三维模型的制作三维建模的常用方法三维建模的工具三维建模案例.三维建模注意事项05主流开发引擎介绍Unity3D引擎虚幻引擎Cocos引擎目录CONTENTS第二章虚拟现实系统的策划和产品设计流程基于用户的功能需求分析需求分析的主要目的是将用户基于自身业务的需要，将用户提出的一系列对虚拟现实应用想法转变为技术开发人员所需要的功能点描述，减少用户和开发人员之间沟通的障碍，因此主要包括基于用户的功能需求分析和基于开发者的系统需求分析。用户需求主要来自用户，可以通过收集用户资料、访谈用户、开座谈会、跟班作业的方式获取业务信息。在与用户沟通之前，首先要通过互联网等方式尽可能多的收集用户资料，了解用户的信息、企业文化等，做好访谈前充分的准备工作，这样当用户在谈到某项需求时，能有初步的认知，并可以提出自己的想法，提高沟通的效率。虚拟现实是对真实流程的一次仿真和模拟，通过访谈和座谈会，需求分析师会对业务有更多的了解，但是还是存在于自己的脑海中，比较抽象，因此，一般都要通过跟班作业的过程去亲身参加用户单位虚拟的业务工作，由此可以直接体验用户希望实现的业务活动情况，如果用户可以配合让需求分析师亲身体验，将对需求分析工作有极大的帮助。基于开发者的系统需求分析基于用户的功能需求分析是将用户的想法写实化，但仍然不适合提供给开发人员，对于开发人员而言，需要比用户需求分析更具有技术特性的需求描述，是应用软件系统设计的起点和基本依据。系统需求是对系统在功能、性能、数据、接口等方面进行的规格定义，基于用户的功能需求分析是通过自然语言进行的描述，随意性较大，容易发生歧义，而系统需求分析则要求以更加形式化语言进行表述，以保证开发人员理解的一致性。主要包括功能需求、数据需求等。01产品开发流程

产品开发需求分析主要特征虚拟现实产品设计02……用户需求和产品需求03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE基于用户的功能需求分析基于开发者的系统需求分析S交互原型设计什么是原型原型开发必要性原型常用的开发工具原型开发的过程三维模型的制作三维建模的常用方法三维建模的工具三维建模案例.三维建模注意事项05主流开发引擎介绍.Unity3D引擎虚幻引擎Cocos引擎第二章虚拟现实系统的策划和产品设计流程目录CONTENTS

交互原型设计真实世界科学技术物理现实生活真实身份虚拟世界平行宇宙online3D虚拟空间数字化形态meta+universe技术映射虚拟现实应用的开发和传统的软件开发虽然对系统需求都有明确的要求，但是由于虚拟现实应用是三维可视化的交互呈现，有些规格定义无法用伪代码等呈现，因此可交互原型就显得尤为重要。虚拟现实应用的开发和传统的软件开发虽然对系统需求都有明确的要求，但是由于虚拟现实应用是三维可视化的交互呈现，有些规格定义无法用伪代码等呈现，因此可交互原型就显得尤为重要。交互原型设计需求原型可用来收集用户需求，对用户需求进行验证，由此可帮助用户克服对虚拟现实系统需求的模糊认识，并使用户需求能够更加完整地得以表达。一般情况下，开发人员将系统中最能够被用户直接感受的那一部分东西构造成为原型。这里指的原型都是可交互式的，用户可以通过点击原型中的热点进行页面的切换，这种方式比静态的需求文档更方便将产品需求表达出来，更方便沟通。例如，用户对虚拟现实系统应该提出哪些方面的服务、交互的方式、UI界面风格等，为了使用户能够更加直观地表述自己的需求意愿，可以先构造一个原型给用户体验。原型可以根据用户的评价不断修正，这也有利于挖掘用户的一些潜在需求，使得用户需求能够更加完整地得以表达。原型可以建立在用户所提出的需求框架基础上，方便用户确认交互功能点是否满足最初的想法，同时让技术人员客观地明白系统的功能，完成软件开发。也就是说，需求原型可以方便由用户需求到系统需求的过渡。1.降低沟通的成本当用户口述他们的想法时，我们在大脑中会进行画面重构，但也不能保证构建的画面和用户希望呈现的一致，这种不一致性会造成一定的误解，当项目开发大半，呈现在用户眼前，得到的是否定回答的时候，已经带来了成本的增加，因此，如果说需求分析是用户需求和开发人员之间的一道桥梁，那么原型就是架设桥梁的工具，可以帮助我们把这座沟通之桥建设好，节约开发的成本，提高工作效率。原型开发必要性2.原型可以拓宽设计者的思路用户根据自己的业务领域，提出一些想法后，需求分析人员再从技术的角度提出可行的技术方案。虚拟现实是通过计算机模拟真实环境和事件给人虚拟的沉浸感。虚拟现实内容的创作是要将口头的文字、二维的图片转换成三维的交互式图像，传统的文字、框图的方式难以激发内容创作者的想象力，基于原型，可以在其基础之上形象化交互功能点，进一步完善需求，激发空间想象力，进一步完善脚本，得到更好的构思。3.原型用于测试初期的想法虚拟现实的开发想法一般有两种来源，一种是用户由于自己业务领域的需要主动提出，另一个种是虚拟现实内容制作团队或公司出于对某个领域的认知，自己提出的一种产品概念，这种概念在通过原型这种可视化的交互工具初步制作成形后，可以为进一步的深度地去完善，也可以通过增加删减设计元素来充实最初的原型，反复的迭代和优化可以让我们在具体开发之间，整理好软件的思路，降低返工的成本。原型常用的开发工具墨刀AdobeXDInvisionAxure变化多端的操作，自带组件库并支持强大的第三方组件库，提供强大的交互支持，完整的教程及支持文档，支持原型预览容易学会，内置组件多，可以云端保存工作，通过分享链接就可以分享原型给别人看了，支持sketch文稿导入和自动标注。它专为设计而设计，并拥有坚实的基础架构。可以使用可重复使用的元素进行设计，快速调整组和对象的大小并创建通用的元素和结构，样式或网格。是一款设计高保真原型设计界面的工具，在建立原型功能方面十分方便，同时能提供工业级性能的跨平台设计产品。原型开发的过程在产品开发过程中应具备产品交互原型设计分析技能，其主要包括：交互情景场景分析、用户行为习惯和心智模型、竞品分析、交互流程设计、原型设计、设计原则、设计规范、原型制作。在原型设计中主要需完成交互设计流程和交互原型设计两大模块，其中流程设计是依托前期的产品需求开始的，产品需求是对产品功能的描述，例如：“传统家具制作工具的认识”就是本书第八章综合案例中一个功能，在需求文档中提出的某个功能在交互原型设计中需要设计师通过场景思维，还原成用户情景体验场景，以用户为中心，为用户绘制用户画像和情景剧本，才能在开发过程中减少冗余的工作量，提升产品可行性。1.“宫廷乐宴”APP原型设计以下案例为某高校数字媒体艺术专业学生毕业设计作品“宫廷乐宴”APP主题设计界面流程图，工具使用的是XMind9.0思维导图软件，有时为了方便也可以在原型设计软件AdobeXD2019中完成。如图所示。（1）根据用户调研确定虚拟现实内容的结构，确定软件的功能模块。（2）选择原型软件AdobeXD2019，在安装好软件后，创建原型文件画板，软件给提供了多种选择，虚拟现实软件开发平台比较广泛，移动端、PC端、网页端均可，可以根据软件应用平台选择适合的画板，该案例选择了网页端来实现。如图所示。原型开发的过程（3）界面基础介绍。AdobeXD软件布局非常简单，主要分菜单栏、工具栏、画板、编辑参数等，首先在菜单栏先重命名原型文件名为“游戏界面低保真原型图”。如图所示。原型开发的过程（4）选择【设计】菜单，利用鼠标框选画板，复制粘贴出多个界面完成界面布局。目前还没有针对虚拟现实开而设计的三维原型软件，因此无论是二维场景还是三维场景，均应选择图片的形式实现界面布局和低保真原型图的绘制，三维建模软件可以渲染出二维图片方便在原型中应用。原型设计需要快速而方便沟通，为了节省时间，二维图更方便传输。原型开发的过程（5）选择原型工具菜单完成原型的绘制，也可以在Photoshop软件中设计好界面插入到原型中。因为XD软件和Photoshop软件均是Adobe公司开发研制，因此导入和传输非常方便。选择矩形和文本工具利用鼠标拖拽的方式在开始界面中进行绘制，拖住矩形边框改变矩形大小完成原型元件的设计和原型界面的布局。如图所示。（6）实现交互设计的具体步骤。在完成界面的布局后选择原型菜单，完成交互动画的设计。交互的触发方式和动作可以选择下拉列表进行选择，如图所示。原型开发的过程（7）完成交互设计后点击菜单栏保存，或导出为png图片，如图所示。原型开发的过程01产品开发流程

产品开发需求分析主要特征虚拟现实产品设计02……用户需求和产品需求03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE基于用户的功能需求分析基于开发者的系统需求分析S交互原型设计什么是原型原型开发必要性原型常用的开发工具原型开发的过程三维模型的制作三维建模的常用方法三维建模的工具三维建模案例.三维建模注意事项05主流开发引擎介绍.Unity3D引擎虚幻引擎Cocos引擎第二章虚拟现实系统的策划和产品设计流程目录CONTENTS虚拟现实给大家呈现的是一个三维场景，这就是需要一个逼真的三维数字模型，可见三维建模技术在虚拟现实应用中的重要性。虚拟现实的真实程度与三维建模技术紧密相关，一个高度逼真的三维场景会大大提高虚拟现实的沉浸感。按照建模方式的不同，目前常用的建模技术有3D软件建模、三维扫描成像、根据视频或者图像建模等。三维模型的制作三维建模的常用方法1.3D软件建模2.三维扫描成像3.基于图像的建模三维模型一般用三维建模工具生成，构建的模型可以是现实世界的实体，也可以是概念性的虚构物体。早在虚拟现实热潮来临之前，三维建模技术已经成熟地应用于各行业，主要包括影视动画、室内设计、广告设计、工业设计等。诸如3DSMax、UG、Maya、Cinema4D、OpenGL等都是常用的三维建模软件，每一款软件都有其特点，适合应用的领域页不同，开发者可根据需求扬长避短。三维建模的工具1.Autodesk3DsMaxAutodesk3DsMax由Discreet公司开发，问世以后被Autodesk公司收购合并，3DsMax软件提供了高效的新工具、更快的性能以及简化的工作流，可帮助美工人员和设计师在使用当今苛刻的娱乐和可视化设计项目所需的复杂高分辨率资源时提高整体工作效率。如图2.17所示。它不仅性价比高、使用者众多、上手较容易，而且对电脑要求不高，可以从事三维建模和纹理、三维动画、三维渲染、动力学等多方面的开发。该软件无论是从建模能力、动画能力还是渲染能力方面来看，都非常强大，是目前功能最强大、应用领域最宽，它高端的渲染可制作出逼真的三维动画，在建筑设计、室内设计方面尤为突出。三维模型一般用三维建模工具生成，构建的模型可以是现实世界的实体，也可以是概念性的虚构物体。早在虚拟现实热潮来临之前，三维建模技术已经成熟地应用于各行业，主要包括影视动画、室内设计、广告设计、工业设计等。诸如3DSMax、UG、Maya、Cinema4D、OpenGL等都是常用的三维建模软件，每一款软件都有其特点，适合应用的领域页不同，开发者可根据需求扬长避短。三维建模的工具2.Maya美国Autodesk公司出品的Maya是世界最好的最顶尖的三维动画软件，不仅仅拥有三维与视觉效果的制作，并且还涉及到世界上最前端的建模、最逼真自然的毛发渲染以及布料模拟技术与之相互融合，所针对的应用对象是专业的角色动画、影视、广告、电影特效等，对开发者的技术要求较高，开发过程的难度较大。三维模型一般用三维建模工具生成，构建的模型可以是现实世界的实体，也可以是概念性的虚构物体。早在虚拟现实热潮来临之前，三维建模技术已经成熟地应用于各行业，主要包括影视动画、室内设计、广告设计、工业设计等。诸如3DSMax、UG、Maya、Cinema4D、OpenGL等都是常用的三维建模软件，每一款软件都有其特点，适合应用的领域页不同，开发者可根据需求扬长避短。三维建模的工具3.Cinema4D德国的MaxonComputer公司开发的Cinema4D作为一款三维软件，在电影、广告、工业设计等方面有着十分广泛，以极高的运算速度和强大的渲染插件著称，在这其中最知名的应用便是影片《阿凡达》，由Cinema4D制作了部分场景。1.在进行3dmax建模之前，首先需要确定制作的物体是用在什么地方，不同的场景下建模以及贴图的方式通常有明显的差别。场景分为：1）视频以及渲染图的场景的制作：一般制作视频和渲染图时对模型的制作要求，通常不需要采用对齐工具，并且为了画面整体的质量，通常采用V-Ray等渲染器，利用V-Ray材质达到照片，下图为渲染后的效果图。三维建模注意事项2）PC端等高质量漫游场景、次时代游戏场景：一般制作时候要求用捕捉等工具，建模的时候要求布线均匀，不能有明显的问题，贴图通常使用基础材质球，下图为次世代建模。三维建模注意事项3）Web端以及手游场景：一般制作的时候要求面数尽可能的低，模型细节通常采用贴图绘画的方式，下图为手游建模。三维建模注意事项01产品开发流程

产品开发需求分析主要特征虚拟现实产品设计02……用户需求和产品需求03SUPPORTINGTEXTHERE04SUPPORTINGTEXTHERE基于用户的功能需求分析基于开发者的系统需求分析S交互原型设计什么是原型原型开发必要性原型常用的开发工具原型开发的过程三维模型的制作三维建模的常用方法三维建模的工具三维建模案例.三维建模注意事项05主流开发引擎介绍.Unity3D引擎虚幻引擎Cocos引擎第二章虚拟现实系统的策划和产品设计流程目录CONTENTS目前虚拟现实的内容开发主要依托三维虚拟现实游戏引擎，包括国外的Unity3D引擎、Unreal引擎，国内的Cocos引擎、VRP引擎等。开发者将已完成的三维场景和动画导入到这些引擎中，在引擎中通过代码与接口实现与场景以及虚拟现实外设的交互，最终完成虚拟现实应用的开发。主流开发引擎介绍Unity3D引擎Unity是实时3D互动内容创作和运营平台，是一个让开发者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综合型游戏开发工具，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平台还可以为用户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，也就是说，几乎所有平台的游戏都可以用Unity3D来制作，风靡一时的手机游戏《神庙逃亡》就是利用Unity3D开发制作的。虚幻（Unreal）引擎系列是世界知名授权最广的游戏引擎之一，从《战争机器》到《质量效应》再到《无主之地》，无数大作出自虚幻引擎之手。自1998年初首次推出虚幻引擎至今，伟大的虚幻引擎不断发展着，经历过虚幻引擎2、虚幻引擎3的时代。如今，虚幻引擎4已经成为整个游戏业界运用范围最广、整体运用程度最高的一款引擎。虚幻引擎4有一套完整的引擎开发构架，包含实时物理引擎与编辑器，拥有强大的资源管理功能，可以快速、直观的查找资源并对其管理，同时具备照片级逼真的渲染功能、动态物理与效果、栩栩如生的动画、健壮的数据转换接口等，支持多种格式的文件进行导入，对一些主流软（DAZMaya）都有对应插件，是一个开放且可扩展的平台，能带来无限的创作自由。虚幻引擎UnrealEngine4的性能强大，渲染精度高，制作的作品可以达到高仿真程度，拥有电影版的画质，目前有很多知名游戏都是使用虚幻4引擎进行开发，例如《绝地求生》、《堡垒之夜》、《方舟》、《龙族幻象》和新发布的虚幻4重置版《剑灵》，这么多大公司选择按受益百分比向EPIC支付费用就可见引擎功能的强大。虚幻4不仅在游戏领域有如此高的评价，随着不断的更新换代，引擎在动画、仿真等产业依旧有着亮眼的表现。Cocos引擎是国内自研游戏引擎的代表，最早成立于2010年，并由触控科技于2015年2月推出了游戏开发一站式解决方案，包含了从新建立项、游戏制作、到打包上线的全套流程。开发者可以通过Cocos快速生成代码、编辑资源和动画，最终输出适合于多个平台的游戏产品。特别强调的是，Cocos引擎是我国自主研发的一款以内容创作为核心的游戏开发工具，而且在全球范围内容越来越多的开发者正在用她来制作游戏和虚拟仿真。市面70%以上2d游戏都是用Cocos开发，如知名的刀塔传奇，捕鱼达人，还有开心消消乐等。Cocos引擎的系列产品包括全球流行的开源引擎框架Cocos2d-x、第二代游戏编辑器CocosCreator等产品。Cocos2d-x是一个开源的移动2D游戏框架，采用Cocos2d-x开发的项目可以很容易地建立和运行在iOS、Android等操作系统中。Cocos引擎Cocos不但在游戏领域，在智能汽车、在线教育、元宇宙等多个领域都在为行业客户提供解决方案和多元化产品，目前已经和Unity3D、UE4并列为三大游戏引擎之一。Metaverse本章小结TheFutureIsHere.AreYouready?本章围绕虚拟现实应用的策划和设计展开论述，强调了需求分析的重要性以及需要关注的重点。实际开发中，为了给用户更好地传达设计思想，会使用交互原型来展示整体的设计思路。此外，本章以一个3D模型的开发为例，快速讲解了三维软件建模的基本过程，一方面送给对建模感兴趣的同学，方便大家了解建模的过程；另一方面也给从事主程开发的同学们，让大家知道今后和你们在一个团队的美工师的主要工作，希望为你们以后的合作打下良好的基础。虚拟现实技术与应用第三章Unity3D开发环境的搭建Metaverse01Unity3D的历史Unity3D的现状Unity3D的版本Unity3D的介绍02……

Unity3D的下载与安装03SUPPORTINGTEXTHERESUPPORTINGTEXTHERE

Unity3D的下载Unity3D的安装Unity3D软件布局

Project（项目）面板Hierarchy（层次）面板Inspector（检视）面板Scene（场景）面板Game（游戏）面板第三章Unity3D开发环境的搭建目录CONTENTSUnity3D开发环境的搭建

Unity3D经过多年的发展，已成为全球应用非常广泛的实时内容开发平台，为游戏、汽车、建筑工程、影视动画等广泛领域的开发者提供强大且易于上手的工具，可用来创作、运营和3D、2D、VR和AR可视化体验。本章学习目标如下：⚫熟悉Unity3D软件，从该软件的发展历史探索游戏发展的历程。⚫能够根据开发团队的规模和项目的需求，下载安装合适的Unity版本。⚫认识Unity3D软件的布局，能新建项目和场景。Unity3D的介绍

Unity3D（简称Unity）是一款创作引擎和游戏开发工具，其公司全称为UnityTechnologies，是一家软件公司，成立于2004年，总部地点在美国旧金山。Unity作为一款实时3D互动内容创作的平台（引擎），支持2D、3D、VR、AR、MR等应用或游戏的开发，可以协助开发者将创意变成现实。Unity3D的历史

⚫2005年，Unity1.0在AppleInc.'sWorldwideDevelopersConference大会上，作为Mac端的扩展工具Unity发布，起初它只能应用于MAC平台，主要针对WEB项目和VR(虚拟现实)的开发。⚫2006年，Unity获得了AppleDesignAwards的BestUseofMacOSXGraphics奖项，此时Unity仍然只是PC游戏的开发工具。⚫2008年，Unity3D的公司名称正式更名为UnityTechnologies，开始推出windows版本，同时顺应移动游戏的潮流，支持iOS和Wii，。⚫2009年是Unity新的扩张的开始，Unity陆续开始支持了各种游戏平台，当年注册人数达到了3.5万，荣登2009年游戏引擎的前五名。⚫2010年，Unity开始支持android，继续扩散影响力。⚫2011年开始支持PS3和XBOX360，完成全平台的构建。⚫2013年，Unity全球用户超过150万，全新版本的Unity4.0引擎已经能够支持包括MACOSX、安卓、IOS、Windows等在内的十个平台发布。⚫2016年，Unity宣布融资1.81亿美元，此轮融资也让Unity公司的估值达到15亿美元左右。⚫2020年，Unity宣布收购加拿大技术服务公司FingerFood，拓展工业应用版图。同年宣布和腾讯云合作推出Unity游戏云，从在线游戏服务、多人联网服务和开发者服务三个层次打造一站式联网游戏开发。从Unity的发展来看，Unity起步比Unreal晚，但Unity更早地关注商业化，抓住了移Unity3D的现状Unity引擎的灵活性使开发者能够为超过20个平台创作和优化内容，这些平台包括iOS、安卓、Windows、MacOS、索尼PS4、任天堂Switch、微软XboxOne、谷歌Stadia、微软Hololens、谷歌ARCore、苹果ARKit等。公司拥有超过1800人规模的研发团队，同时紧跟合作伙伴迭代，确保在最新的版本和平台上提供优化支持服务。除了技术开发，Unity平台还通过提供各种不同的软件解决方案来帮助创作者。例如：UnityAds广告服务、Unity游戏云一站式联网游戏服务、Vivox游戏语音服务、Multiplay海外服务器托管服务、Unity分发平台（UDP）、UnityAssetStore资源商店、Unity云构建等.Unity3D在当下之所以火热，是因为拥有丰富的功能个性化。Unity3D的版本Unity有很多类型的版本，从Unity官网上看到，最早的一个Unity版本是2012年12月4日发布的Unity3.5.7。Unity版本升级比较快，目前最新的版本是2021年2月19号发布的2020.2.4。Unity为不同规模的团队和企业提供了针对性的解决方案，并且所有的解决方案不与用户进行最终作品的分成。这些方案包括以及Unity个人版（UnityPersonal）、Unity加强版（UnityPlus