虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)-實(shí)習(xí)報(bào)告

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)小組實(shí)習(xí)報(bào)告學(xué) 院班 級(jí)組 員指導(dǎo)教師日 期遙感信息工程學(xué)院XXX 班湯 XX王 XX鄭 XXXXX 20XX.11.XX（一）小組實(shí)習(xí)報(bào)告一、 實(shí)習(xí)目的1、 了解和熟悉了 3ds max、unity 3D 等虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)建模及開發(fā)軟件各自的功能和操作。2、 了解并掌握利用 c+進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)開發(fā)的基本算法和理念。3、 加深對(duì)課本所學(xué)的理論知識(shí)的理解和掌握，掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本概念、原理、分類、特性等，學(xué)會(huì)利用一些常用的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。二、 實(shí)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了古代小鎮(zhèn)五俠鎮(zhèn)虛擬現(xiàn)實(shí)的漫游系統(tǒng)。本次實(shí)習(xí)我們小組在3DS MAX 里進(jìn)行三維場(chǎng)景創(chuàng)建

2、、修改導(dǎo)出為 FBX 模型之后，導(dǎo)入 unity3D 再通過使用 unity3D 進(jìn)行三維漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，最后導(dǎo)出 exe 文件。三、 實(shí)習(xí)實(shí)現(xiàn)方案對(duì)于此次虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們組考慮以古代小鎮(zhèn)為背景場(chǎng)景設(shè)計(jì)建模漫游系統(tǒng)對(duì)象，所建立的漫游系統(tǒng)將包括小鎮(zhèn)房屋、地形、河流、噴泉、天氣變化等基本對(duì)象，使用 unity3D 添加河流、光照、噴泉等特效；使用腳本編輯完成天氣的變化；每個(gè)房屋和樹木進(jìn)行碰撞體添加之后完成碰撞檢測(cè)功能；通過添加粒子系統(tǒng)完成了落葉等效果。3dsmax 簡(jiǎn)介3dsmax 是美國(guó) Autodesk 公司旗下優(yōu)秀的電腦三維動(dòng)畫、模型和渲染軟件，全稱： 3D Studio MA

3、X。該軟件早期名為3DS，是應(yīng)用在 dos 下的三維軟件，之后隨著 PC 機(jī)的高速發(fā)展， Autodesk 公司于 1993 年開始研發(fā)基于PC 下的三維軟件，終于在1996 年 3D Studio MAX V1.0 問世，圖形化的操作界面，使應(yīng)用更為方便。 3D Studio MAX從 V4.0 開始簡(jiǎn)寫成 3dsmax ，隨后歷經(jīng) V1.2 ，2.5 ，3.0 ，4.0 ，5.0（未細(xì)分） .Autodesk 堅(jiān)持不懈的努力不斷更新更高級(jí)的版本，逐步完善了燈光、材質(zhì)渲染，模型和動(dòng)畫制作。廣泛應(yīng)用于三維動(dòng)畫、影視制作、建筑設(shè)計(jì)等各種靜態(tài)、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的模擬制作。Unity 3D 簡(jiǎn)介Unity3

4、D 是由 Unity Technologies 開發(fā)的一個(gè)讓玩家輕松創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫等類型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型游戲 開 發(fā) 工 具 ， 是 一 個(gè) 全 面 整 合 的 專 業(yè) 游 戲 引 擎 。 Unity類 似 于Director,Blender game engine, Virtools或 Torque Game Builder等利用交互的圖型化開發(fā)環(huán)境為首要方式的軟件。其編輯器運(yùn)行在Windows和Mac OS X 下，可發(fā)布游戲至 Windows 、Mac 、Wii 、iPhone 、WebGL( 需要 HTML5) 、Windows phone 8

5、和 Android 平臺(tái)。也可以利用Unity web player 插件發(fā)布網(wǎng)頁(yè)游戲，支持 Mac 和 Windows 的網(wǎng)頁(yè)瀏覽。它的網(wǎng)頁(yè)播放器也被Mac 所支持。四、實(shí)習(xí)步驟步驟流程圖圖 1 五俠鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)技術(shù)流程操作步驟基礎(chǔ)地形構(gòu)建按照設(shè)計(jì)方案，該區(qū)域地形的總體目標(biāo)效果為：遠(yuǎn)處一角為高低起伏的ft峰及較低的丘陵，中部大范圍為平原，一條河流貫穿平原中央。因?yàn)檎麄€(gè)基礎(chǔ)地形是虛構(gòu)想象的，因此并不需要實(shí)地的地物與相關(guān)數(shù)據(jù)以供小組成員參考。在本次實(shí)習(xí)中，小組成員利用通過Unity 軟件自帶的地形設(shè)置（Terrain）功能，通過Hierarchy 面板中的目標(biāo)高度繪制，平滑高度兩個(gè)地形繪制工具，通過設(shè)

6、置筆刷類型，大小等完成了地形起伏的繪制，最終繪出包含高ft， 丘陵，平原，河道四類地物的地形圖。接著利用紋理繪制工具，根據(jù)地形特點(diǎn)給相應(yīng)地形進(jìn)行貼圖，最終構(gòu)建出有四種貼圖的完整地形。圖二 紋理繪制工具界面最終得到的地形效果示意圖如下：圖三 地形效果建筑物模型搭建搜集符合預(yù)期主題的合適的建筑模型，依照目標(biāo)設(shè)計(jì)與地形的特點(diǎn)，利用 3ds max 軟件將建筑物模型大體分為兩個(gè)部分，分別組合在一起，為小鎮(zhèn)中央的河流預(yù)留出空間。同時(shí)調(diào)整各個(gè)建筑物之間的大小比例，使其符合現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)。最終形成一個(gè)完整的武俠小鎮(zhèn)。部分建筑物與整體模型如下。（圖）之后根據(jù)小鎮(zhèn)的范圍，在其中進(jìn)行材質(zhì)貼圖處理，將地面，墻壁等修改成不

7、同的石頭材質(zhì)，符合古風(fēng)武俠小鎮(zhèn)的風(fēng)格。小鎮(zhèn)模型搭建完成后導(dǎo)出 3ds max 并導(dǎo)入U(xiǎn)nity 中，與之前所做的地形進(jìn)行組合，形成了隱匿于ft腳平原的小鎮(zhèn)效果。（圖）人物模型及一三人稱漫游的實(shí)現(xiàn)我們首先利用 3ds max 搭建人物模型，并將成品結(jié)果導(dǎo)入 Unity，但是導(dǎo)入的人物模型因?yàn)槿鄙俟趋篮拖嚓P(guān)的動(dòng)作導(dǎo)致人物四肢無法運(yùn)動(dòng)，第三人稱下人物移動(dòng)類似僵尸。因此我們選擇了在 Asset Store 上進(jìn)行了篩選，最后選擇了一個(gè)日本動(dòng)漫男性角色形象 Taichi 的人物模型作為我們相關(guān)的人物外表。該人物模型擁有完整的骨骼系統(tǒng)和部分動(dòng)作動(dòng)畫，是一個(gè)十分完整的模型。人物模型如下：圖四 選用人物模型在

8、選擇，導(dǎo)入人物模型后。我們開始進(jìn)行一三人稱場(chǎng)景漫游的實(shí)現(xiàn)。首先在人物模型里設(shè)置兩個(gè) camera，分別控制第一人稱與第三人稱的視角。前者放置于人物眼部位置，而后者放置于人物身后。圖五 兩臺(tái) Camera 的位置之后導(dǎo)入 Unity 中自帶的 Standard Assets 包，在其中尋找第一第三人稱控制組件，并將相關(guān)組件加入到人物模型中，其中包括剛體，碰撞器，第一第三人稱控制器等，而對(duì)于兩臺(tái) Camera 根據(jù)功能不同分別導(dǎo)入不同的組件。對(duì)于第一人稱的實(shí)現(xiàn)，需要在人物模型中導(dǎo)入第三人稱控制器，剛體和碰撞器，第一人稱控制器，并且在Camera 中設(shè)置 Head Bob 組件，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后實(shí)現(xiàn)在

9、第一人稱的控制下人物仍然可以進(jìn)行奔跑，跳躍等動(dòng)畫而不是在第一人稱控制的情況下毫無動(dòng)作。對(duì)于第三人稱的實(shí)現(xiàn)，需要在人物模型中取消第一人稱組件，并且取消Camera 中的 Head Bob 組件。進(jìn)行相關(guān)設(shè)置后可以實(shí)現(xiàn)第三人稱視角下的場(chǎng)景漫游。（兩個(gè)圖，一個(gè)是第一人稱漫游景象，一個(gè)是第三人稱漫游景象）最后，編寫相關(guān)程序，通過打開關(guān)閉兩臺(tái) Camera，實(shí)現(xiàn)了第一人稱視角和第三人稱視角的自由切換。（能找到切換效果的圖更好，找不到就用下面的這張代碼圖）動(dòng)態(tài)天氣效果實(shí)現(xiàn)本次實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)天氣效果分為兩部分進(jìn)行完成：動(dòng)態(tài)天空和動(dòng)態(tài)天氣。動(dòng)態(tài)天空的實(shí)現(xiàn)利用 Unity 軟件簡(jiǎn)單實(shí)用的 skybox 進(jìn)行，將三種

10、不同狀態(tài)下的skybox 進(jìn)行混合操作，通過混合的程度調(diào)整天空最終呈現(xiàn)的狀態(tài)。以下為操作利用的三種 skybox 的原始效果。（圖）動(dòng)態(tài)天氣部分，主要實(shí)現(xiàn)了四種天氣的狀態(tài)，分別為：晴、陰、霧、雪。選擇了不同天氣下的一些獨(dú)有氣象特征，利用 Unity 軟件的粒子系統(tǒng)進(jìn)行完成。四種天氣的特征選擇為：晴天空漂浮這一層薄薄的白云 陰天空布滿較厚的一層灰黑色云霧地面附近籠罩一層接近白色的肉眼可見霧氣雪天空持續(xù)落下朵朵雪花（圖）最終通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)不同天氣的隨機(jī)切換以及相應(yīng)天空的同時(shí)轉(zhuǎn)換。細(xì)節(jié)效果裝飾針對(duì)場(chǎng)景中的不同地區(qū)，分別進(jìn)行了樹木、花草、噴泉、落葉等細(xì)節(jié)效果裝飾，使得整個(gè)小鎮(zhèn)環(huán)境更加優(yōu)美真實(shí)，符合武

11、俠小鎮(zhèn)的風(fēng)格。對(duì)于場(chǎng)景中的樹木、花草，我們利用相關(guān)材質(zhì)貼圖進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。對(duì)于場(chǎng)景中的噴泉，我們?cè)?Asset Store 中下載了 Fluvio 插件，利用插件中豐富的選項(xiàng)設(shè)置來對(duì)噴泉噴口類型，水珠材質(zhì)顏色，水珠大小頻率等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且與場(chǎng)景中的噴泉口建筑對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了噴泉口噴泉的效果。最終設(shè)計(jì)的結(jié)果如下：這個(gè)圖當(dāng)然要換一個(gè)啦，換成場(chǎng)景中的圖把對(duì)于場(chǎng)景中的落葉，我們利用粒子系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在 Unity 粒子系統(tǒng)中設(shè)置粒子區(qū)域的大小，頻率并將材質(zhì)改為落葉材質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)了在河流兩旁的樹木落葉的特效。（圖）對(duì)于場(chǎng)景中的河流，我們利用 Unity 自帶的 Standard Assets 包，在其中尋找水面材

12、質(zhì)，并且對(duì)水面區(qū)域的高度，范圍，材質(zhì)等進(jìn)行了設(shè)置，將其置于河道和噴泉水潭中。最終實(shí)現(xiàn)了水面特效，在場(chǎng)景中水面反射天空光照出現(xiàn)波光粼粼的效果。碰撞檢測(cè)（圖）為了讓最終成果顯得更為具體真實(shí)，不會(huì)出現(xiàn)如人物穿墻而過之類的錯(cuò)誤場(chǎng)景， 對(duì)構(gòu)建的小鎮(zhèn)建筑模型、地面、樹木等各種再真實(shí)環(huán)境中會(huì)阻擋人物的物體，根據(jù)各自的形狀等特點(diǎn)進(jìn)行了不同效果的碰撞檢測(cè)，而對(duì)于花草等物體，不對(duì)實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)，使得最終效果更加真實(shí)。成果輸出在 Unity 中選擇 Build，并在相關(guān)界面中進(jìn)行輸出類型等設(shè)置，最后選擇將成品輸出在 win 系統(tǒng)中，生成.exe 文件。（二）個(gè)人實(shí)習(xí)內(nèi)容和實(shí)習(xí)收獲（或?qū)嵙?xí)建議）馬子君：本人在本次實(shí)習(xí)中

13、完成了以下兩個(gè)任務(wù)： 1.3ds Max 模型的收集和集成通過在3ds Max 中集成各個(gè)模型再將模型導(dǎo)出為FBX 格式的文件添加至unity 3D 的場(chǎng)景素材文件夾中，而由于地形設(shè)置是有起伏的，需要對(duì)每個(gè)模型賦予不同的高程，是一個(gè)比較繁瑣的工作，通過在 unity 3D 中根據(jù)地形調(diào)整模型的高程； 在模型調(diào)整過程中由于房屋面片是分開的，有些模型難以調(diào)整，會(huì)出現(xiàn)房屋面片分離的情況，這也是本人在今后模型修改之中需要改進(jìn)的地方。2. 房屋模型的碰撞檢測(cè)對(duì)于每個(gè)房屋需要實(shí)現(xiàn)碰撞檢測(cè)功能，該功能是通過 unity3D 中的 collider 實(shí)現(xiàn)，對(duì)于不同房屋模型的形狀添加不同的碰撞體，如 box 類

14、 capsule 類，對(duì)于復(fù)雜的模型一般采用 mesh 類碰撞體，對(duì)于碰撞體的設(shè)置需要每個(gè)模型都有自身格網(wǎng)才能添加 mesh 碰撞體，加入碰撞體之后就完成了每個(gè)房屋的碰撞檢測(cè)功能。個(gè)人感想：Unity 3d 是一個(gè)功能強(qiáng)大的游戲制作軟件，在本次實(shí)習(xí)中本人接觸到的功能十分有限，如果想實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能不僅需要對(duì) unity 的功能有系統(tǒng)性的了解，同時(shí)需要通過代碼的編寫實(shí)現(xiàn)更多的功能，希望能有更多的機(jī)會(huì)了解 unity3D，同時(shí)增強(qiáng)代碼的編寫能力完成更強(qiáng)大的功能。湯舒暢：本人在本次實(shí)習(xí)中完成了一下內(nèi)容：基礎(chǔ)地形的構(gòu)建通過 Unity 自帶的地形制作工具進(jìn)行地形的繪制和貼圖，最后完成了四類不同地形的地貌

15、和紋理的繪制人物模型的篩選導(dǎo)入與一三人稱漫游的實(shí)現(xiàn)選擇相關(guān)人物模型并且通過 Unity 自帶的資源包，以及相關(guān)相機(jī)轉(zhuǎn)換代碼的編寫，實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)的一，三人稱漫游以及一三人稱漫游的自由轉(zhuǎn)換落葉，水面，噴泉相關(guān)特效的實(shí)現(xiàn)在 Unity 自帶的 Standard Asset 包中尋找河流材質(zhì)，經(jīng)過材質(zhì)，形狀，大小的設(shè)置后在河道和噴泉水池中放置了水面特效。在 Unity 中利用 Asset Store 中下載 Fluvio 插件，通過材質(zhì)，形狀，噴泉口類型等相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)噴泉效果，并將其放置與噴泉建筑中。在 Unity 中利用粒子系統(tǒng)設(shè)置了落葉特效的材質(zhì)，特效范圍等參數(shù)，最終在河道兩旁的樹中實(shí)現(xiàn)了落葉特效。現(xiàn)場(chǎng)答辯展示個(gè)人感想：本次實(shí)習(xí)，我們更多的是自己利用 Unity 自帶的功能來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能，如一三人稱漫游等，但是自己主動(dòng)編程的內(nèi)容很少，對(duì)于我個(gè)人而言僅僅只有一三人稱自由切換部分。從目前的效果來看，Unity 是一個(gè)很強(qiáng)大的游戲引擎，但是如果我們要更加詳盡的研究 Unity，實(shí)現(xiàn)更多的功能，就必須要