虛擬現實技術實驗指導書

1、虛擬現實技術實驗指導書計算機科學與工程學院數字媒體教研室2011年9月前言 虛擬現實技術實驗簡介虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現的高新技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境。虛擬現實是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內的事物。虛擬現實旅游/虛擬城市漫游（觀眾融合模式）運用三維動畫/3Dmax、虛擬現實引擎U3D、大屏幕顯示、人機互動等先進技術，觀眾可以通過操縱桿在城市、廠區(qū)、建筑小區(qū)等三維模型場景中進行主動自主式漫游，從而了解企業(yè)、建筑小區(qū)乃至城

2、市未來規(guī)劃及發(fā)展方向?？紤]到學時為24學時，讓學生做大量涉及到藝術創(chuàng)作的實驗顯然也不太現實，因此，在實驗設計時決定以單一內容，從簡單練習到復雜場景過渡的培養(yǎng)方式為主，以培養(yǎng)學生最終能自己獨立創(chuàng)作能力為主，力圖培養(yǎng)學生舉一反三的高素質能力。但至于如何變動更適合教學要求，這有待專家的指導和在實際實驗過程中完善。也因此，以下實驗內容僅為建議采用。一、實驗課程任務與要求1. 實驗目的虛擬技術實驗教學是為了將學生的計算機操作能力、藝術設計能力與應用實踐結合起來，引導學生由淺入深地掌握虛擬現實場景的實現，讓學生初步具備實際應用的虛擬現實技術場景制作的基礎。2. 實驗基本要求（以作品為主要表現形式）(1)

3、上機前應預習實驗操作內容；(2) 準備好作品操作步驟，上機調試、運行；(3) 遞交實驗結果的作品并演示作品；(4) 寫出實驗報告。二、實驗學時安排(1) 3Dmax基本體及擴展基本體的使用（4學時）(2) 3Dmax 二維轉三維，布爾運算、修改圖形（4學時）(3) 3Dmax 多邊形建模場景合并（2學時）(4) 3Dmax 材質與貼圖（2學時）(5) U3D 導入模型、基本設置（2學時）(6) U3D 烘焙光影貼圖（2學時）(7) U3D 植物、水面特效等（2學時）(8) 連續(xù)加載場景漫游（2學時）(9) 虛擬現實系統(tǒng)綜合實例（2學時）(10) 考試（2學時）三、實驗報告格式實驗報告姓名：_學

4、號：_實驗日期：_實驗題目：實驗目的：實驗內容：實驗結果：四、實驗考核(1) 實驗簽到；(2) 上機實際操作，驗收；(3) 實驗設計報告。五、實驗儀器設備要求(1) 設備數量能適應學生人數；(2) 有3DMAX、U3D等實驗環(huán)境；六、教材及參考書1. 劉光然，虛擬現實技術，清華大學出版社，2011 2. 網冠科技，3dmax 9.0中文版基礎培訓百例，機械工業(yè)出版社，20073. 3ds max8 立體造型觸類旁通百例，機械工業(yè)出版社，20074. ，3dmax基礎建模網絡教程實驗一3Dmax基本體及擴展基本體的使用一 實驗目的及要求1. 熟悉并練習3dmax各種基本操作2. 熟悉并練習3dm

5、ax標準基本體的使用3. 熟悉并練習3dmax擴展基本體的使用二 實驗內容1. 認識3DS MAX 的工作界面。2. 熟悉3DS max現成的三維物體(1) 標準基本體：長方體、球體、圓柱體、圓環(huán)、茶壺、圓錐體、幾何球體、管狀體、四棱錐、平面。(2) 擴展基本體：異面體、切角長方體、油罐，紡錘，油桶、球棱柱、環(huán)形波，軟管，環(huán)形結、切角圓柱體、膠囊、L-Ext , C-Ext、棱柱。 2. 應用工具欄、命令面板、視圖控制區(qū)。(1) 工具欄選擇工具 移動工具 渲染(2) 命令面板：創(chuàng)建面板：用于創(chuàng)建對象。修改面板：對已創(chuàng)建的對象進行修改。(3) 視圖控制區(qū)縮放單個視圖、縮放所有視圖、顯示全部、所有

6、視圖顯示全部。 放大框選區(qū)域、平移視圖、視圖旋轉、單屏顯示。3. 小技巧(1) shift+移動復制(2) 視圖的切換1. P 透視圖（Perspective)2. F 前視圖（Front)3. T 頂視圖（Top)4. L 左視圖（Left)(3) F9 渲染上一個視圖(4) Shift+Q渲染當前視圖(5) W移動(6) 單位設置：自定義單位設置三 實驗步驟1. 使用標準基本體制作涼亭(1) 在標準基本體中選擇Box按鈕，在界面上畫出長方形立方體：(2) 適當的調整 立方體的高度，并制作涼亭的的四根柱子：(3) 用切角圓柱來制作柱子并利用復制來復制4根同樣的柱子：(4) 制作涼亭的屋頂：利

7、用圓錐然后設置圓錐的邊數即可：2. 使用擴展基本體制作沙發(fā)：(1) 利用切角長方體制作沙發(fā)的靠背(2) 利用復制關系復制出其他切角長方體，并適當的調整的他們的長度和寬度的比例，還有切角：3. 使用擴展基本體制作涼亭：(1) 在樣條曲線中選中線條并畫出碗的邊緣圖形，注意調整軸心位置(2) 選中需要調整的頂點集，調整位置，右鍵點擊平滑(3) 再選中車削命令：實驗二 3Dmax 二維轉三維，布爾運算、放樣一 實驗目的及要求1. 練習二維物體轉化為三維物體的文字、輪廓、倒角、可渲染樣條線等2. 練習布爾運算3. 練習樣條線的修改二 實驗內容1. 二維圖形線、圓形、弧、多邊形、文本、截面、矩形、橢圓形、

8、圓環(huán)、星形、螺旋線2. 線的控制(1) 修改面板： 可對線進行“移動”、“刪除”等操作。(2) 線條頂點的四種狀態(tài)：Bezier角點、Bezier、角點、光滑。（如果控制桿不能動，按F8鍵）(3) 編輯樣條線：修改器面片/ 樣條線編輯編輯樣條線，其作用是對除了“線”以外的其它二維圖形進行修改。3. 線的修改面板(1) 步數 ：控制線的分段數，即“圓滑度”。(2) 輪廓：將當前曲線按偏移數值復制出另外一條曲線，形成雙線輪廓，如果曲線不是閉合的，則在加輪廓的同時進行封閉。（負數為外偏移，正數為內偏移）。(3) 優(yōu)化：用于在曲線上加入節(jié)點。(4) 附加：將兩條曲線結合在一起。(5) 圓角：把線的尖角

9、倒成圓角。4. 二維轉三維的命令(1) 擠出：使二維圖形產生厚度。 例子：桌子(2) 車削：可使二維圖形沿著一軸向旋轉生成三維圖形。 例子：碗、杯子、(3) 倒角：跟拉伸相似，但能產生倒角效果。 例子：舒服椅(4) 可渲染線條：使線條產生厚度，變成三維線條。 例子：餐桌 (5) 倒角剖面：例子： 馬桶5. 布爾運算：定義：先使兩個模型重疊一部分，就可以求出這兩個模型的差集、交集與并集 這種方式叫做布爾運算。 (1) 三維物體：（創(chuàng)建面板復合對象布爾）并集、交集、差集A-B、例子： 浴缸 (2) 多次布爾運算：同一如果進行多次布爾運算，很容易出錯，因此需要把多個物體連接在一起，再進行一次布爾運算

10、。 例子：墻壁6. 放樣：定義：先繪出一個物體的橫截面圖形，再繪繪制這個橫截面圖形所穿越的路徑曲線，就可以計算出這個物體的形狀，這種建模方法叫做放樣建模。創(chuàng)建面板幾何體復合物體放樣(1) 放樣的一般操作：獲取圖形、 獲取路徑 杯子(2) 放樣的修改：修改圖形修改路徑 例子：餐布(3) 放樣的變形：縮放扭轉傾斜 例子：牙膏、(4) 放樣的圖形的“居左、居中、居右”。例子：窗簾(5) 多截面放樣的操作及修改： 筷子7. 小技巧1、按shift鍵，可畫直線。2、按ctrl鍵，可多選。4、鏡像：將被選擇的對象沿著指定的坐標軸鏡像到另一個方向。5、角度捕抓按鈕：用于控制對象的角度操作。三 實驗步驟1、

11、倒角命令制作立體字a) 選擇文本，在文本窗口中輸入姓名。選擇以一種字體，在前視圖中點左鍵，生成文字。b) 在修改器列表中選擇倒角命令。在三個級別上分別設置參數，就可以得到了！2、 沙發(fā)躺椅i. 在自定義菜單中修改單位比例。在頂視圖中創(chuàng)建一個常為1500mm的矩形。ii. 然后畫易彎曲的線，轉為可編輯樣條線，拉出輪廓。在修改面板中調整墊的位置，用圓角命令改輪廓的兩端，使之平滑。iii. 下面，選用輪廓，點選倒角命令，設置倒角值。第一步設置級別2，拉伸出中間部分，第二步，才是級別1和級別3。iv. 最后做沙發(fā)的腳。選矩形工具?？删庉嫎訔l，倒角命令。復制一個，移動到合適位置，用鏡像命令。經過調整，得

12、到沙發(fā)。3、 輪廓倒角制作馬桶i. 在頂視圖建一個矩形，調整圓角。在前視圖建一個剖面，選中矩形在修改器列表中，將其轉為可編輯樣條并選中。選倒角剖面命令點擊選擇剖面，點畫好的馬桶輪廓。在調整輪廓線上的點，得到馬桶形。ii. 馬桶蓋制作。復制馬桶，把上面一個倒角刪除，再用擠出命令，得到蓋子。iii. 接下來做水箱。在頂視圖建一個矩形，并用圓角命令，在復制一個，將其中一個倒角刪除，和做馬桶蓋一樣，得到水箱蓋。4、 使用布爾運算制作浴缸i. 分別用倒角長方體和膠囊制作浴缸外部和浴缸內部凹陷部分ii. 選取復合對象，操作為差集，再選取需要減去的拾取操作對象B5、 使用樣條制作拉手實驗三 3DMAX多邊形

13、建模一 實驗目的及要求使用前述擠出、變形、倒角等多種建模方法，進行復雜多邊形建模二 實驗內容1、電視機建模2、使用擠出和渦輪平滑制作飛機實驗四 3DMAX合并場景、材質與貼圖一 實驗目的及要求1、 練習3dmax中的復雜場景的對象合并2、 練習復雜墻體的建立3、 練習材質與貼圖，UVW貼圖4、 賦給建筑材質二 實驗內容1、 場景合并2、復雜墻體的建立3、UVW貼圖、4、賦給建筑材質 實驗五 U3D基本設置、簡單漫游一 實驗目的及要求1、 練習U3D簡單漫游所需的基本設置2、 導入模型3、 烘焙光影設置4、 簡單植物設置二 實驗注意事項1、 建模中使用的圖片、文件、文件夾等以及模型中物體、材質等

14、的名稱都不能使用中文或者特殊符號，可以使用英文字母、數字、下劃線等2、 調整Max的單位為米 3、 模型的中的植物效果，第一種是單面片植物，需要設置其軸心為其物體的對稱中心；第二種是十字交叉的植物效果；第三種則是到Unity3D編輯器中通過地形編輯器系統(tǒng)添加三 實驗步驟a) Fbx導出插件下載地址：b) 將Max文件中用到的圖片都拷貝到Textures目錄下，如c) 再打開Max文件，導出為FBX文件，使用默認設置，FBX文件也放置在和Max文件相同的目錄下，如導出的時候，可以將模型簡單的分類，如地面、植被、樓房等，也可以將模型分為幾個區(qū)域，如小區(qū)1，小區(qū)2，學校等等分開導出d) 將包含Max

15、文件、Fbx文件和Textures文件夾的文件夾拷貝到Unity3D項目的Assets目錄下，如下圖中紅圈在下一次用Unity3D編輯器開啟本項目的時候，編輯器將自動導入/更新該文件夾中的信息，并生成Materials文件夾，如e) 啟動Unity3D編輯器f) 選擇剛才拷貝進來的文件中的Fbx文件，如修改其中的Meshes下的Scale Factor和Generate Colliders，如點擊其他Fbx文件或者單擊其他區(qū)域將彈出如下的對話框點擊Apply即可，類似的方式設置其他Fbx文件注意，其中植物/植被類的Fbx文件不需要設置Generate Colliders項g) 將Fbx文件直接

16、拖放到Hierarchy區(qū)域，如h) 點擊Hierarchy區(qū)域中的對象，同時將鼠標移動三維顯示區(qū)域，同時點擊鍵f，則該對象自動適配顯示到三維區(qū)域中心，如i) 將全部fbx添加完成后，提高場景亮度如下單擊Ambient Light，如下調整為即可設置完成j) 設置第一人稱瀏覽刪除場景中Main Camera將Project區(qū)域的Standard Assets下的Prefabs下的First Person Controller拖到Hierarchy區(qū)域中點選First Person Controller，調整First Person Controller的位置到場景中合適的位置，并設置其高度為1

17、.37到2.1左右設置First Person Controller的高度在場景中地面之上k) 點擊運行，即可測試實驗六 烘培光影貼圖一 實驗目的及要求1、 學習U3D烘焙光影貼圖方法2、 UVW貼圖3、 標準材質貼圖4、 多重子材質貼圖二 實驗步驟1. Unity3D光影烘培的要求U3D的光影貼圖使用的是3Dmax中的標準材質的自發(fā)光貼圖通道來存儲光影貼圖相關參數，如2. 給每個物體都附上貼圖，如果是純色物體，也付給純色貼圖3. 打光后，選擇要烘培的物體設置輸出路徑添加烘培輸出的貼圖類型添加“LightingMap”類型設置烘培貼圖大小和目標貼圖位置為“自發(fā)光”設置烘培材質，選擇“輸出到源”

18、點擊“渲染”即可4. 標準材質貼圖的烘培光影處理a) 物體據有標準材質b) 烘培渲染后，物體具有兩個貼圖c) 導出Fbx即可5. 多重子材質貼圖的烘培光影處理a) 物體據有多重子材質貼圖b) 渲染烘培后每個子材質都據有兩個貼圖c) 選擇該物體，執(zhí)行“多維材質2標準材質.ms”腳本，將該多維材質物體按其材質數量分解為標準材質的多個物體，新物體的名字以“原多維材質物體名字其材質名稱”命名，如點擊“開始轉換”，則將該物體從多維材質物體按期子材質分解為多個具有標準材質的物體d) 將全部的具有多維材質類型的物體分解完成后，即可導出6. 多個物體使用同一貼圖的烘培光影處理因為我們在導入fbx文件到Unit

19、y3D編輯器中的時候，使用的都是按貼圖來生成材質文件，所以多個物體使用同一貼圖時會發(fā)生錯誤，修改其中任何一個的材質設置時，其他的使用該貼圖的物體都會受到影響，解決的方法便是在Unity3D編輯器中生成一個具有該貼圖的新材質，然后重新付給當前物體。7. 在U3D編輯器中修改物體的材質類型為光影貼圖設置物體的材質類型為Lightmapped/Diffuse根據物體的名稱將對應的光影貼圖拖動到Lightmapp域，其中標準材質物體的光影貼圖名稱是“其物體名稱LightingMap.tga”；從多維材質類型轉換過來的物體的光影貼圖名稱是“其物體名稱中符合前的部分LightingMap.tga”實驗五 U3D植物、水面特效一 實驗目的及要求1、 練習U3D植物效果2、 練習U3D水面效果二 實驗步驟a) 植物效果，對于單面片的植物效果，需要設定其材質為Transparent/VertexLit類型，并為其添加公告板腳本，設定前設置材質類型為Transparent/VertexLit類型，如下給單面片植物添加公告板腳本的方法是先選擇該植物，然后點擊菜單component下的scripts下的camera Facing Billboard即可，如下設置材質類型和添加公告板腳本后，如下如果沒有該腳本組件，可以打開腳本編輯器，拷貝如下代碼到腳本中，保存到AssetsScripts下，命名為Ca