虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院數(shù)字媒體教研室2011年9月前言 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒(méi)有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)旅游/虛擬城市漫游（觀眾融合模式）運(yùn)用三維動(dòng)畫(huà)/3Dmax、虛擬現(xiàn)實(shí)引擎U3D、大屏幕顯示、人機(jī)互動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)，觀眾可以通過(guò)操縱桿在城市、廠區(qū)、建筑小區(qū)等三維模型場(chǎng)景中進(jìn)行主動(dòng)自主式漫游，從而了解企業(yè)、建筑小區(qū)乃至城

2、市未來(lái)規(guī)劃及發(fā)展方向?？紤]到學(xué)時(shí)為24學(xué)時(shí)，讓學(xué)生做大量涉及到藝術(shù)創(chuàng)作的實(shí)驗(yàn)顯然也不太現(xiàn)實(shí)，因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)決定以單一內(nèi)容，從簡(jiǎn)單練習(xí)到復(fù)雜場(chǎng)景過(guò)渡的培養(yǎng)方式為主，以培養(yǎng)學(xué)生最終能自己獨(dú)立創(chuàng)作能力為主，力圖培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的高素質(zhì)能力。但至于如何變動(dòng)更適合教學(xué)要求，這有待專家的指導(dǎo)和在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中完善。也因此，以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅為建議采用。一、實(shí)驗(yàn)課程任務(wù)與要求1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶摂M技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為了將學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力、藝術(shù)設(shè)計(jì)能力與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生初步具備實(shí)際應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)場(chǎng)景制作的基礎(chǔ)。2. 實(shí)驗(yàn)基本要求（以作品為主要表現(xiàn)形式）(1)

3、上機(jī)前應(yīng)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容；(2) 準(zhǔn)備好作品操作步驟，上機(jī)調(diào)試、運(yùn)行；(3) 遞交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的作品并演示作品；(4) 寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排(1) 3Dmax基本體及擴(kuò)展基本體的使用（4學(xué)時(shí)）(2) 3Dmax 二維轉(zhuǎn)三維，布爾運(yùn)算、修改圖形（4學(xué)時(shí)）(3) 3Dmax 多邊形建模場(chǎng)景合并（2學(xué)時(shí)）(4) 3Dmax 材質(zhì)與貼圖（2學(xué)時(shí)）(5) U3D 導(dǎo)入模型、基本設(shè)置（2學(xué)時(shí)）(6) U3D 烘焙光影貼圖（2學(xué)時(shí)）(7) U3D 植物、水面特效等（2學(xué)時(shí)）(8) 連續(xù)加載場(chǎng)景漫游（2學(xué)時(shí)）(9) 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)綜合實(shí)例（2學(xué)時(shí)）(10) 考試（2學(xué)時(shí)）三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：_學(xué)

4、號(hào)：_實(shí)驗(yàn)日期：_實(shí)驗(yàn)題目：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：四、實(shí)驗(yàn)考核(1) 實(shí)驗(yàn)簽到；(2) 上機(jī)實(shí)際操作，驗(yàn)收；(3) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告。五、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備要求(1) 設(shè)備數(shù)量能適應(yīng)學(xué)生人數(shù)；(2) 有3DMAX、U3D等實(shí)驗(yàn)環(huán)境；六、教材及參考書(shū)1. 劉光然，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2011 2. 網(wǎng)冠科技，3dmax 9.0中文版基礎(chǔ)培訓(xùn)百例，機(jī)械工業(yè)出版社，20073. 3ds max8 立體造型觸類旁通百例，機(jī)械工業(yè)出版社，20074. ，3dmax基礎(chǔ)建模網(wǎng)絡(luò)教程實(shí)驗(yàn)一3Dmax基本體及擴(kuò)展基本體的使用一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?. 熟悉并練習(xí)3dmax各種基本操作2. 熟悉并練習(xí)3dm

5、ax標(biāo)準(zhǔn)基本體的使用3. 熟悉并練習(xí)3dmax擴(kuò)展基本體的使用二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 認(rèn)識(shí)3DS MAX 的工作界面。2. 熟悉3DS max現(xiàn)成的三維物體(1) 標(biāo)準(zhǔn)基本體：長(zhǎng)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(kuò)展基本體：異面體、切角長(zhǎng)方體、油罐，紡錘，油桶、球棱柱、環(huán)形波，軟管，環(huán)形結(jié)、切角圓柱體、膠囊、L-Ext , C-Ext、棱柱。 2. 應(yīng)用工具欄、命令面板、視圖控制區(qū)。(1) 工具欄選擇工具 移動(dòng)工具 渲染(2) 命令面板：創(chuàng)建面板：用于創(chuàng)建對(duì)象。修改面板：對(duì)已創(chuàng)建的對(duì)象進(jìn)行修改。(3) 視圖控制區(qū)縮放單個(gè)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(zhuǎn)、單屏顯示。3. 小技巧(1) shift+移動(dòng)復(fù)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(gè)視圖(4) Shift+Q渲染當(dāng)前視圖(5) W移動(dòng)(6) 單位設(shè)置：自定義單位設(shè)置三 實(shí)驗(yàn)步驟1. 使用標(biāo)準(zhǔn)基本體制作涼亭(1) 在標(biāo)準(zhǔn)基本體中選擇Box按鈕，在界面上畫(huà)出長(zhǎng)方形立方體：(2) 適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(lái)制作柱子并利用復(fù)制來(lái)復(fù)制4根同樣的柱子：(4) 制作涼亭的屋頂：利

7、用圓錐然后設(shè)置圓錐的邊數(shù)即可：2. 使用擴(kuò)展基本體制作沙發(fā)：(1) 利用切角長(zhǎng)方體制作沙發(fā)的靠背(2) 利用復(fù)制關(guān)系復(fù)制出其他切角長(zhǎng)方體，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)整的他們的長(zhǎng)度和寬度的比例，還有切角：3. 使用擴(kuò)展基本體制作涼亭：(1) 在樣條曲線中選中線條并畫(huà)出碗的邊緣圖形，注意調(diào)整軸心位置(2) 選中需要調(diào)整的頂點(diǎn)集，調(diào)整位置，右鍵點(diǎn)擊平滑(3) 再選中車削命令：實(shí)驗(yàn)二 3Dmax 二維轉(zhuǎn)三維，布爾運(yùn)算、放樣一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?. 練習(xí)二維物體轉(zhuǎn)化為三維物體的文字、輪廓、倒角、可渲染樣條線等2. 練習(xí)布爾運(yùn)算3. 練習(xí)樣條線的修改二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(duì)線進(jìn)行“移動(dòng)”、“刪除”等操作。(2) 線條頂點(diǎn)的四種狀態(tài)：Bezier角點(diǎn)、Bezier、角點(diǎn)、光滑。（如果控制桿不能動(dòng)，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(duì)除了“線”以外的其它二維圖形進(jìn)行修改。3. 線的修改面板(1) 步數(shù) ：控制線的分段數(shù)，即“圓滑度”。(2) 輪廓：將當(dāng)前曲線按偏移數(shù)值復(fù)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(shí)進(jìn)行封閉。（負(fù)數(shù)為外偏移，正數(shù)為內(nèi)偏移）。(3) 優(yōu)化：用于在曲線上加入節(jié)點(diǎn)。(4) 附加：將兩條曲線結(jié)合在一起。(5) 圓角：把線的尖角

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

10、。 例子：墻壁6. 放樣：定義：先繪出一個(gè)物體的橫截面圖形，再繪繪制這個(gè)橫截面圖形所穿越的路徑曲線，就可以計(jì)算出這個(gè)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(fù)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(zhuǎn)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(huà)直線。2、按ctrl鍵，可多選。4、鏡像：將被選擇的對(duì)象沿著指定的坐標(biāo)軸鏡像到另一個(gè)方向。5、角度捕抓按鈕：用于控制對(duì)象的角度操作。三 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)左鍵，生成文字。b) 在修改器列表中選擇倒角命令。在三個(gè)級(jí)別上分別設(shè)置參數(shù)，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(gè)常為1500mm的矩形。ii. 然后畫(huà)易彎曲的線，轉(zhuǎn)為可編輯樣條線，拉出輪廓。在修改面板中調(diào)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(diǎn)選倒角命令，設(shè)置倒角值。第一步設(shè)置級(jí)別2，拉伸出中間部分，第二步，才是級(jí)別1和級(jí)別3。iv. 最后做沙發(fā)的腳。選矩形工具。可編輯樣條，倒角命令。復(fù)制一個(gè)，移動(dòng)到合適位置，用鏡像命令。經(jīng)過(guò)調(diào)整，得

12、到沙發(fā)。3、 輪廓倒角制作馬桶i. 在頂視圖建一個(gè)矩形，調(diào)整圓角。在前視圖建一個(gè)剖面，選中矩形在修改器列表中，將其轉(zhuǎn)為可編輯樣條并選中。選倒角剖面命令點(diǎn)擊選擇剖面，點(diǎn)畫(huà)好的馬桶輪廓。在調(diào)整輪廓線上的點(diǎn)，得到馬桶形。ii. 馬桶蓋制作。復(fù)制馬桶，把上面一個(gè)倒角刪除，再用擠出命令，得到蓋子。iii. 接下來(lái)做水箱。在頂視圖建一個(gè)矩形，并用圓角命令，在復(fù)制一個(gè)，將其中一個(gè)倒角刪除，和做馬桶蓋一樣，得到水箱蓋。4、 使用布爾運(yùn)算制作浴缸i. 分別用倒角長(zhǎng)方體和膠囊制作浴缸外部和浴缸內(nèi)部凹陷部分ii. 選取復(fù)合對(duì)象，操作為差集，再選取需要減去的拾取操作對(duì)象B5、 使用樣條制作拉手實(shí)驗(yàn)三 3DMAX多邊形

13、建模一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙笫褂们笆鰯D出、變形、倒角等多種建模方法，進(jìn)行復(fù)雜多邊形建模二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、電視機(jī)建模2、使用擠出和渦輪平滑制作飛機(jī)實(shí)驗(yàn)四 3DMAX合并場(chǎng)景、材質(zhì)與貼圖一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、 練習(xí)3dmax中的復(fù)雜場(chǎng)景的對(duì)象合并2、 練習(xí)復(fù)雜墻體的建立3、 練習(xí)材質(zhì)與貼圖，UVW貼圖4、 賦給建筑材質(zhì)二 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 場(chǎng)景合并2、復(fù)雜墻體的建立3、UVW貼圖、4、賦給建筑材質(zhì) 實(shí)驗(yàn)五 U3D基本設(shè)置、簡(jiǎn)單漫游一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、 練習(xí)U3D簡(jiǎn)單漫游所需的基本設(shè)置2、 導(dǎo)入模型3、 烘焙光影設(shè)置4、 簡(jiǎn)單植物設(shè)置二 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、 建模中使用的圖片、文件、文件夾等以及模型中物體、材質(zhì)等

14、的名稱都不能使用中文或者特殊符號(hào)，可以使用英文字母、數(shù)字、下劃線等2、 調(diào)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(shè)置其軸心為其物體的對(duì)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(guò)地形編輯器系統(tǒng)添加三 實(shí)驗(yàn)步驟a) Fbx導(dǎo)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(kāi)Max文件，導(dǎo)出為FBX文件，使用默認(rèn)設(shè)置，F(xiàn)BX文件也放置在和Max文件相同的目錄下，如導(dǎo)出的時(shí)候，可以將模型簡(jiǎn)單的分類，如地面、植被、樓房等，也可以將模型分為幾個(gè)區(qū)域，如小區(qū)1，小區(qū)2，學(xué)校等等分開(kāi)導(dǎo)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(xiàng)目的Assets目錄下，如下圖中紅圈在下一次用Unity3D編輯器開(kāi)啟本項(xiàng)目的時(shí)候，編輯器將自動(dòng)導(dǎo)入/更新該文件夾中的信息，并生成Materials文件夾，如e) 啟動(dòng)Unity3D編輯器f) 選擇剛才拷貝進(jìn)來(lái)的文件中的Fbx文件，如修改其中的Meshes下的Scale Factor和Generate Colliders，如點(diǎn)擊其他Fbx文件或者單擊其他區(qū)域?qū)棾鋈缦碌膶?duì)話框點(diǎn)擊Apply即可，類似的方式設(shè)置其他Fbx文件注意，其中植物/植被類的Fbx文件不需要設(shè)置Generate Colliders項(xiàng)g) 將Fbx文件直接

16、拖放到Hierarchy區(qū)域，如h) 點(diǎn)擊Hierarchy區(qū)域中的對(duì)象，同時(shí)將鼠標(biāo)移動(dòng)三維顯示區(qū)域，同時(shí)點(diǎn)擊鍵f，則該對(duì)象自動(dòng)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(chǎng)景亮度如下單擊Ambient Light，如下調(diào)整為即可設(shè)置完成j) 設(shè)置第一人稱瀏覽刪除場(chǎng)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(diǎn)選First Person Controller，調(diào)整First Person Controller的位置到場(chǎng)景中合適的位置，并設(shè)置其高度為1

17、.37到2.1左右設(shè)置First Person Controller的高度在場(chǎng)景中地面之上k) 點(diǎn)擊運(yùn)行，即可測(cè)試實(shí)驗(yàn)六 烘培光影貼圖一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、 學(xué)習(xí)U3D烘焙光影貼圖方法2、 UVW貼圖3、 標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)貼圖4、 多重子材質(zhì)貼圖二 實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的自發(fā)光貼圖通道來(lái)存儲(chǔ)光影貼圖相關(guān)參數(shù)，如2. 給每個(gè)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(shè)置輸出路徑添加烘培輸出的貼圖類型添加“LightingMap”類型設(shè)置烘培貼圖大小和目標(biāo)貼圖位置為“自發(fā)光”設(shè)置烘培材質(zhì)，選擇“輸出到源”

18、點(diǎn)擊“渲染”即可4. 標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)貼圖的烘培光影處理a) 物體據(jù)有標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)b) 烘培渲染后，物體具有兩個(gè)貼圖c) 導(dǎo)出Fbx即可5. 多重子材質(zhì)貼圖的烘培光影處理a) 物體據(jù)有多重子材質(zhì)貼圖b) 渲染烘培后每個(gè)子材質(zhì)都據(jù)有兩個(gè)貼圖c) 選擇該物體，執(zhí)行“多維材質(zhì)2標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì).ms”腳本，將該多維材質(zhì)物體按其材質(zhì)數(shù)量分解為標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的多個(gè)物體，新物體的名字以“原多維材質(zhì)物體名字其材質(zhì)名稱”命名，如點(diǎn)擊“開(kāi)始轉(zhuǎn)換”，則將該物體從多維材質(zhì)物體按期子材質(zhì)分解為多個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的物體d) 將全部的具有多維材質(zhì)類型的物體分解完成后，即可導(dǎo)出6. 多個(gè)物體使用同一貼圖的烘培光影處理因?yàn)槲覀冊(cè)趯?dǎo)入fbx文件到Unit

19、y3D編輯器中的時(shí)候，使用的都是按貼圖來(lái)生成材質(zhì)文件，所以多個(gè)物體使用同一貼圖時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，修改其中任何一個(gè)的材質(zhì)設(shè)置時(shí)，其他的使用該貼圖的物體都會(huì)受到影響，解決的方法便是在Unity3D編輯器中生成一個(gè)具有該貼圖的新材質(zhì)，然后重新付給當(dāng)前物體。7. 在U3D編輯器中修改物體的材質(zhì)類型為光影貼圖設(shè)置物體的材質(zhì)類型為L(zhǎng)ightmapped/Diffuse根據(jù)物體的名稱將對(duì)應(yīng)的光影貼圖拖動(dòng)到Lightmapp域，其中標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)物體的光影貼圖名稱是“其物體名稱LightingMap.tga”；從多維材質(zhì)類型轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)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(shí)驗(yàn)五 U3D植物、水面特效一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?、 練習(xí)U3D植物效果2、 練習(xí)U3D水面效果二 實(shí)驗(yàn)步驟a) 植物效果，對(duì)于單面片的植物效果，需要設(shè)定其材質(zhì)為Transparent/VertexLit類型，并為其添加公告板腳本，設(shè)定前設(shè)置材質(zhì)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(diǎn)擊菜單component下的scripts下的camera Facing Billboard即可，如下設(shè)置材質(zhì)類型和添加公告板腳本后，如下如果沒(méi)有該腳本組件，可以打開(kāi)腳本編輯器，拷貝如下代碼到腳本中，保存到AssetsScripts下，命名為Ca