信息技術(shù)（拓展模塊） 課件 11虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用

信息技術(shù)（拓展模塊）模塊11虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用【問(wèn)題探析】【問(wèn)題11-1】如何正確理解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念？虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是集成計(jì)算機(jī)、電子信息、傳感器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境模擬的典型信息化技術(shù)。發(fā)展至今，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育培訓(xùn)、醫(yī)療康復(fù)、國(guó)防航空、設(shè)計(jì)規(guī)劃、影視娛樂(lè)等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)為載體的集合技術(shù)的總稱，開發(fā)者利用對(duì)計(jì)算機(jī)3D圖形的運(yùn)算，使其衍生出包括多媒體、仿真、傳感、立體顯示等在內(nèi)的多項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)構(gòu)建計(jì)算機(jī)三維虛擬世界，打造了一個(gè)能使用戶產(chǎn)生聽覺、視覺、觸覺和嗅覺等的交互世界，給予用戶身臨其境的感受，同時(shí)使用戶能以自然的方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互操作。【問(wèn)題探析】【問(wèn)題11-2】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有哪些關(guān)鍵技術(shù)？虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括以下5種關(guān)鍵技術(shù)。1）動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)2）實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)3）立體顯示和傳感器技術(shù)4）系統(tǒng)集成技術(shù)5）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具【問(wèn)題探析】【問(wèn)題11-3】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程主要分為以下4個(gè)階段。1．萌芽階段（1963年以前）2．探索階段（1963—1972年）3．發(fā)展階段（1973—1989年）4．應(yīng)用階段（1990年至今）【問(wèn)題探析】【問(wèn)題11-4】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有哪些典型的應(yīng)用場(chǎng)景？虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最開始被廣泛應(yīng)用在軍事和航空領(lǐng)域，隨著技術(shù)越來(lái)越完善，在建筑設(shè)計(jì)、工程、教育及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都獲得了良好的發(fā)展?，F(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在多方面影響著人們的生活，給人們的生活帶來(lái)便利。1）娛樂(lè)游戲2）醫(yī)療救治3）軍事航天4）教育培訓(xùn)5）建筑設(shè)計(jì)6）城市規(guī)劃7）房地產(chǎn)開發(fā)8）應(yīng)急推演9）文物考古【問(wèn)題探析】【問(wèn)題11-5】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如何？虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)具有非常廣闊的發(fā)展前景，其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。1）新型交互設(shè)備2）智能化語(yǔ)音虛擬現(xiàn)實(shí)建模3）傳感采集技術(shù)進(jìn)一步拓展4）三維圖形顯示技術(shù)進(jìn)一步提高5）人機(jī)交互更貼近真實(shí)世界6）建立和完善虛擬現(xiàn)實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)【問(wèn)題探析】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用如下。1）VR+城市2）VR+文化3）VR+旅游【問(wèn)題探析】【問(wèn)題11-6】虛擬現(xiàn)實(shí)常用的應(yīng)用開發(fā)工具有哪些？Unity3D和UnrealEngine4（虛幻4引擎）是目前虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)工具中的兩款主流軟件，擁有良好的人機(jī)交互操作界面和簡(jiǎn)單易懂的交互功能，并提供了豐富且具體的編寫實(shí)例和控制編輯器，以及Max/Maya等的輸出插件。【問(wèn)題探析】Unity3D基于相對(duì)比較開放的原則，UnrealEngine4則基于相對(duì)比較封閉的原則，因此在一般意義上，在開放性上，在不修改源代碼的情況下，Unity3D可以自定義的自由度比UnrealEngine4更高。在畫面渲染方面，UnrealEngine4擁有更高的上限，但對(duì)硬件設(shè)備的配置要求也會(huì)更高。兩款虛擬現(xiàn)實(shí)引擎各有特點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需求選擇適合的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。另外，Unity3D和UnrealEngine4兩款虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)工具還各有一些特點(diǎn)和差異?！静僮饔?xùn)練】【任務(wù)11-1】安裝與使用虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)工具Unity3D如今，Unity3D是絕大多數(shù)游戲開發(fā)團(tuán)隊(duì)的首選3D引擎，并且它在2D上的表現(xiàn)極為優(yōu)秀。1．下載與安裝Unity3DUnity3D的下載和安裝可以直接在Unity官方網(wǎng)站中進(jìn)行，操作步驟如下。1）下載UnityHub2）安裝UnityHub3）下載與安裝Unity【操作訓(xùn)練】2．新建Unity項(xiàng)目需要新建一個(gè)項(xiàng)目才能啟動(dòng)Unity操作界面。1）用戶登錄2）啟動(dòng)UnityHub3）添加許可證4）新建Unity3D項(xiàng)目3．Unity3D的操作界面Unity3D項(xiàng)目“UnityPproject01”創(chuàng)建完成后，提示下載與安裝配套軟件，配套軟件安裝完成后，會(huì)打開Unity3D的操作界面，我們可以看到Unity3D的默認(rèn)窗口布局，在這里排列了幾個(gè)在應(yīng)用程序開發(fā)過(guò)程當(dāng)中會(huì)經(jīng)常涉及的窗口，如圖11-19所示?！静僮饔?xùn)練】【操作訓(xùn)練】4．Unity3D的基本操作Unity3D的操作都在其操作界面中進(jìn)行，常用的基本操作包括以下幾種。（1）在菜單欄中通過(guò)“File”下拉菜單中的命令可以創(chuàng)建新的場(chǎng)景和項(xiàng)目，通過(guò)“GameObject”下拉菜單中的命令可以添加新的模型，這些模型是Unity3D內(nèi)置的常用模型。在“GameObject”下拉菜單中依次選擇“3DObject”→“Cube”命令，可以新建一個(gè)模型（Cube），如圖11-20所示。（2）“Scene”視圖窗口是進(jìn)行場(chǎng)景編輯的主要窗口，在其中可以非常直觀地對(duì)虛擬對(duì)象進(jìn)行編輯和操作，場(chǎng)景窗口有幾個(gè)比較常用的操作，在窗口的頂端可以看到一些基本操作按鈕，如平移視口、移動(dòng)對(duì)象、旋轉(zhuǎn)、縮放及對(duì)UI的一些操作?！静僮饔?xùn)練】（3）在“Scene”視圖窗口中進(jìn)行各種操作時(shí)，可以看到在右側(cè)窗格中相應(yīng)的一些屬性值會(huì)發(fā)生變化，該窗格就是“Inspector”窗格，該窗格是選擇對(duì)象的屬性面板，在這里可以動(dòng)態(tài)地顯示當(dāng)前所選對(duì)象的相應(yīng)屬性。在“Scene”視圖窗口中選擇需要編輯的對(duì)象，在“Inspector”面板中將顯示對(duì)應(yīng)的屬性值，如圖11-21所示。單擊“Inspector”面板底部的“AddComponent”按鈕，如圖11-22所示，還可以為虛擬對(duì)象添加特定的組件。（4）在“Game”視圖窗口中預(yù)覽程序運(yùn)行效果，如圖11-23所示，單擊工具欄中的播放控制按鈕，可以啟動(dòng)、關(guān)閉和暫停創(chuàng)建的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序?！静僮饔?xùn)練】（5）在“Hierarchy”面板中，可以通過(guò)拖動(dòng)的方式改變虛擬對(duì)象的從屬關(guān)系，在面板中右擊，執(zhí)行彈出的快捷菜單中的相關(guān)命令，可以為場(chǎng)景添加相應(yīng)的虛擬對(duì)象。（6）在“Project”面板中右擊，彈出如圖11-24所示的快捷菜單，在該快捷菜單中可以執(zhí)行“Create”命令，為項(xiàng)目創(chuàng)建相應(yīng)的資源；執(zhí)行“ImportPackage”命令，為項(xiàng)目導(dǎo)入資源包，還可以將外部資源拖動(dòng)到面板中，快速為項(xiàng)目導(dǎo)入單一資源。【操作訓(xùn)練】【任務(wù)11-2】下載、安裝和使用SteamVR資源包“SteamVRPlugin”下面通過(guò)下載、安裝和使用SteamVR資源包來(lái)介紹Unity3D虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用開發(fā)程序的使用，操作步驟如下。（1）打開“UnityAssetStore”網(wǎng)站（網(wǎng)址為/），在其中搜索“SteamVR”，找到“SteamVRPlugin”資源包，在該資源包區(qū)域單擊“添加至我的資源”超鏈接，如圖11-25所示。按照提示將該資源包添加到Unity中。在“SteamVRPlugin”資源包的詳情頁(yè)中單擊“在Unity中打開”按鈕，如圖11-26所示，將其在Unity中打開?！静僮饔?xùn)練】（2）在Unity3D操作界面的“Windows”下拉菜單中選擇“PackageManager”命令，如圖11-27所示。打開“PackageManager”窗口，在該窗口中可以看到添加的“SteamVRPlugin”資源包，如圖11-28所示。單擊“PackageManager”窗口右下角的“Download”按鈕，將其下載到Unity編輯器中。“SteamVRPlugin”資源包下載完成后的“PackageManager”窗口如圖11-29所示。接著單擊“PackageManager”窗口右下角的“Import”按鈕，執(zhí)行相關(guān)操作后會(huì)彈出如圖11-30所示的“ImportUnityPackage”對(duì)話框?！静僮饔?xùn)練】單擊“ImportUnityPackage”對(duì)話框右下角的“Import”按鈕，開始導(dǎo)入相關(guān)資源包，并顯示導(dǎo)入資源包的進(jìn)度，如圖11-31所示。接著會(huì)彈出如圖11-32所示的對(duì)話框，在該對(duì)話框中單擊“AcceptAll”按鈕。繼續(xù)導(dǎo)入相關(guān)資源，全部資源導(dǎo)入完成后，彈出如圖11-33所示的“AcceptAll”對(duì)話框，在該對(duì)話框中單擊“Ok”按鈕即可。關(guān)閉多個(gè)打開的對(duì)話框和“PackageManager”窗口，返回Unity3D操作界面?！静僮饔?xùn)練】（3）在Unity3D操作界面的“Project”面板的“Assets”文件夾中雙擊“SteamVR”文件夾將其打開，該文件夾中包含多個(gè)子文件夾和文件，如圖11-34所示。雙擊打開“SimpleSample”場(chǎng)景文件，在“Scene”視圖窗口中將顯示該測(cè)試場(chǎng)景，單擊工具欄中的“Play”按鈕即可進(jìn)行場(chǎng)景測(cè)試，如圖11-35所示。（4）在“Project”面板中選擇“Favorites”選項(xiàng)下面的“AllMaterials”選項(xiàng)，在“Scene”視圖窗口下方的列表框中選擇“AlienHand”選項(xiàng)，將其拖動(dòng)到“Scene”視圖窗口中的“地面”對(duì)象上，為地面應(yīng)用該材質(zhì)效果；接著在列表框中選擇“ArcheryTargetWeeble”選項(xiàng)，將其拖動(dòng)到“Scene”視頻窗口中的“圓球”對(duì)象上，為圓球應(yīng)用該材質(zhì)效果，如圖11-36所示?！静僮饔?xùn)練】（5）在“Scene”視圖窗口中單擊攝像機(jī)，在代表方向的箭頭上按住鼠標(biāo)左鍵不放拖動(dòng)鼠標(biāo)，調(diào)整攝像機(jī)的位置。單擊圓球，在工具欄中單擊“旋轉(zhuǎn)”按鈕，調(diào)整圓球圖案的方向至攝像機(jī)的正前方，在工具欄中單擊“移動(dòng)”按鈕，將圓球移動(dòng)到攝像機(jī)的正前方，如圖11-37所示。（6）在工具欄中單擊“Play”按鈕，查看圓球運(yùn)動(dòng)的效果，如圖11-38所示?！静僮饔?xùn)練】（7）使用SteamVRInteractionSystem。在Unity的“Project”面板中，根據(jù)不同的功能以文件夾的形式組織各個(gè)項(xiàng)目名稱，其中的“InteractionSystem”