虚拟现实技术导论 课件 第6章 Unity开发实例-VR电力仿真培训系统

虚拟现实技术导论第6章Unity开发实例——VR电力仿真培训系统本讲大纲6.1Unity简介6.2

VR电力仿真培训系统设计6.3

VR电力仿真培训系统实现6.1Unity简介Unity3D优势及特点Unity一次开发即可针对iPhone、Android、Web、Windows、MacOSX、Wii、PS3、XBox360的平台直接输出产品，而无需进行二次开发和移植。Unity系统概述Unity系统组成系统由应用层、展示层、业务层、数据设计、数据层以及基础层6部分组成。Unity开发流程Unity开发特点高逼真感渲染引擎延迟渲染内置shader统一的着色系统全屏后处理效果表面着色渲染底层接管控制动态贴图融合高效的光影图、创建和控制全局照明、天空灯、以及自定义的发光材质逼真的自然景观。地形、树木、灌木、岩石物理引擎NVIDIA®PhysX®次世代物理引擎，生动真实的模拟现实物理现象布料模拟互动性质的布皮肤性质的布柔体物理体刚体物理体关节模拟车轮运动模拟开发方式Unity3D操作极为简单、直观，操作基本上和主流的3D软件一致。在程序方面使用自带的MoNoDevelop编辑器，使用C#或者JavaScript等高级语言实现脚本功能，使作为开发者来说无需掌握底层复杂的脚本语言。即使不使用脚本开发也能快速的开发出具有高性能、高品质的游戏以及虚拟现实的产品。工程向导面板工程文件：Unity工程文件中存储了我们开发游戏所需要的资源、场景等相关资源。当我们打开Unity的时候，会出现ProjectWizad面板。这里是要求我们创建一个工程文件。工程文件存储地址需要导入的资源包Unity编辑器结构编辑器中的5大视图：Project视图、Hierarchy视图、Inspector视图、Sence视图Game视图以及标题栏、菜单栏和工具栏。Sence视图Game视图Hierarchy视图Project视图Inspector视图标题栏菜单栏工具栏Unity脚本Unity支持：JavaScript，C＃和PythonBOO。这三种语言的运行效率一样的快速。并且都支持数据库，正则表达式，XML，网络函数库的开发。脚本与Unity中其他组件相同，都必须绑定在游戏对象中才能执行它的生命周期。Unity中默认使用的是MonoDevelop脚本编辑器，同时我们也可以选择其他常用的脚本编辑器进行脚本编写。例如：MicrosoftVisualStudio系列等。选择Edit-Preferences-ExternalTools，点击Browes即可选择其他脚本编辑器。C#面向对象编程的思想更加符合unity引擎原理并且与大多流行插件、硬件可以进行完美对接。所以在日常开发过程中大多使用C#语言进行开发。接下来我们将以C#语言对unity脚本进行讲解。基于绘制引擎的VR应用程序(漫游)构造过程场景数据库模型加载模型控制面及控制参数非碰撞实体表面定义场景调度

碰撞检测地形匹配实体操纵输入映射与解释

状态设置

视点控制

交互设计

二维地图

特殊效果外部输入DOF实体约束

系统状态控制机制外部输入（包括各种传感器输入及可能的网络命令等）状态设置：用于定制漫游系统，在漫游过程中打开/关闭漫游引擎提供的某些功能，包括设置特殊效果以及是否使用二维地图向导。视点控制：控制漫游系统中观察相机的运动，在相机运动的过程中，完成场景调度控制、碰撞检测与响应、地形匹配等功能。交互设计：在漫游过程中进行简单的虚拟场景动态交互设计。实体操纵：对虚拟环境中的实体实施选择、操纵。如开/关门窗等。漫游引擎的状态机制通用漫游框架中定义的绝大多数功能都被定义为可选择项，也就是说，漫游者可以根据自己的需要打开或关闭某些功能，如开/关雾化效果、开/关二维地图、决定是否进行碰撞检测、选择透明处理方式等。另一方面，漫游者还可以对漫游系统的初始状态进行设置，比如观察相机的初始位置、相机行进的速度步长、转角的步长、系统模拟的气候条件（晴、多云、阴）、时段（早晨、中午、傍晚）等。输入设备映射键盘鼠标游戏杆步行器传感器用户控制指令视点控制相机运动参数映射解释视点控制模型walker_heighteye_height行走相机观察相机v_p1v_p0v_p2w_p1w_p0w_p2step-step

漫游引擎的状态机制场景调度控制碰撞检测与响应地形匹配技术二维地图漫游向导依照计算机图形学正投影的原理，将三维场景模型“压缩”到一个平面上，然后运用相机资源，实现地图的显示、缩放以及二维与三维视点的同步运动基于雾化效果的恒定帧频技术6.2VR电力仿真培训系统设计应用层及展示层应用层采用主流PC主机和HTC或HP主流VR头显产品。主要完成以下功能：培训人员通过学习模式观看视频、文档资料学习电力知识，通过训练模式在VR虚拟场景中进行电力操作培训，同时具有对培训人员进行电力知识及操作考核的功能，所有信息均载入数据库，以方便管理员及教练实时查询信息并管理。展示层采用Unity渲染管线技术和PBR（PhysicallyBasedRendering）物理渲染流程，构建一种高度沉浸式的体验，使培训人员置身于虚拟环境中进行虚拟训练。业务层和数据表单设计业务层由以下6个模块构成。教员端。供教练或培训导师使用，用于创建、管理和监控培训课程；学员端。供学员学习、培训、考试使用；VR培训端。VR培训的主要内容和学习体验；VR考试端。通过VR考试评估学员的知识和技能；系统后台。用于管理整个平台的运行和配置；系统日志。用于记录系统操作、用户活动和错误日志。数据层和基础层数据层采用MySQL数据库以及UnityRPC（RemoteProcedureCall）技术。MySQL是一种流行的关系型数据库管理系统，适用于中小规模应用程序和项目。Unity中，RPC允许不同的游戏对象在网络上进行通信和交互。通过使用Unity的网络功能，可以在多个客户端之间发送RPC消息。基础层采用SteamVR和VRTK（VirtualRealityToolkit）工具包。SteamVR是由ValveCorporation开发，支持多种虚拟现实头显和控制器。VRTK是使用Unity进行VR交互开发的工具，它包含交互组件、导航工具、事件系统和多平台支持。Unity资源主要包括UI、场景、模型、贴图、材质、动画、特效、字体等。场景与模型首先，使用3D建模工具（如Blender、Maya、3dsMax等）创建场景，在建模前应设置好单位，确定模型比例，同时场景搭建还应考虑灯光、阴影效果、渲染管线等因素，使场景更真实。其次，创建斗臂车、检测仪、绝缘手套等需要进行交互的3D模型，模型应包括所有必要的部件和细节，模型的纹理、贴图和材质需符合制作规范，参考现实模型，以便在虚拟现实中逼真地展示。动画创建斗臂车控制动画，以实现其运动和操作。使用3D动画软件（如Blender、Maya、3dsMax等）或Unity动画系统实现动画效果。6.3VR电力仿真培训系统实现动画创建Unity项目，导入VR开发工具包，设置工程导入美术资源并进行分类管理搭建程序框架进行开发“断分支引流线作业”仿真模块开发需求分析：模拟电力操作人员在户外环境下通过控制电力专用绝缘斗臂车完成断分支线路引流线作业。连接绝缘斗臂车地线。培训人员走进绝缘斗臂车的控制台，拨动斗臂车控制台上相应开关，缓慢放下脚撑，直到所有脚撑全部撑住地面；培训人员走进斗臂车地线放置点，拉拽地线的插入端，将其插入附近树旁边的土壤里面。防护工具绝缘性测试及穿戴防护工具。培训人员走进放置工具的绝缘布，拿起绝缘性测试仪左右两个测试端，依次检测防护手套、防护服、防护鞋、测距杆、遮蔽罩、操纵杆、线夹杆等工具的绝缘性，确认是否满足绝缘性需求；穿戴防护服、防护靴，然后检查防护手套气密性，确认合格后穿戴防护手套。在指定环境下进行断分支引流线操作。培训人员拿起剥线器，在分路位置用剥线器进行剥线，剥线完成后放回剥线器；拿取线夹，夹在剥线的位置；拿一根导线，完成分支路引流线的安装。开发过程根据需求选择Unity版本，设置为3D模式，输入项目名称和保存位置，单击Createproject按钮创建Unity项目。开发过程右击Project面板，依次单击ImportPackage、CustomPackage选项，导入VR开发工具包，或在Unity商店下载、导入VR开发工具包。开发过程单击菜单栏Edit->ProjectSetting->Player打开设置面板，设置项目基本信息，根据需求勾选VirtualRealitySupported。使用UGUI系统搭建UI界面搭建程序框