虛擬現(xiàn)實技術(shù)導(dǎo)論 課件 第6章 Unity開發(fā)實例-VR電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)導(dǎo)論第6章Unity開發(fā)實例——VR電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)本講大綱6.1Unity簡介6.2

VR電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計6.3

VR電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)實現(xiàn)6.1Unity簡介Unity3D優(yōu)勢及特點Unity一次開發(fā)即可針對iPhone、Android、Web、Windows、MacOSX、Wii、PS3、XBox360的平臺直接輸出產(chǎn)品，而無需進行二次開發(fā)和移植。Unity系統(tǒng)概述Unity系統(tǒng)組成系統(tǒng)由應(yīng)用層、展示層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)設(shè)計、數(shù)據(jù)層以及基礎(chǔ)層6部分組成。Unity開發(fā)流程Unity開發(fā)特點高逼真感渲染引擎延遲渲染內(nèi)置shader統(tǒng)一的著色系統(tǒng)全屏后處理效果表面著色渲染底層接管控制動態(tài)貼圖融合高效的光影圖、創(chuàng)建和控制全局照明、天空燈、以及自定義的發(fā)光材質(zhì)逼真的自然景觀。地形、樹木、灌木、巖石物理引擎NVIDIA?PhysX?次世代物理引擎，生動真實的模擬現(xiàn)實物理現(xiàn)象布料模擬互動性質(zhì)的布皮膚性質(zhì)的布柔體物理體剛體物理體關(guān)節(jié)模擬車輪運動模擬開發(fā)方式Unity3D操作極為簡單、直觀，操作基本上和主流的3D軟件一致。在程序方面使用自帶的MoNoDevelop編輯器，使用C#或者JavaScript等高級語言實現(xiàn)腳本功能，使作為開發(fā)者來說無需掌握底層復(fù)雜的腳本語言。即使不使用腳本開發(fā)也能快速的開發(fā)出具有高性能、高品質(zhì)的游戲以及虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品。工程向?qū)姘骞こ涛募篣nity工程文件中存儲了我們開發(fā)游戲所需要的資源、場景等相關(guān)資源。當(dāng)我們打開Unity的時候，會出現(xiàn)ProjectWizad面板。這里是要求我們創(chuàng)建一個工程文件。工程文件存儲地址需要導(dǎo)入的資源包Unity編輯器結(jié)構(gòu)編輯器中的5大視圖：Project視圖、Hierarchy視圖、Inspector視圖、Sence視圖Game視圖以及標(biāo)題欄、菜單欄和工具欄。Sence視圖Game視圖Hierarchy視圖Project視圖Inspector視圖標(biāo)題欄菜單欄工具欄Unity腳本Unity支持：JavaScript，C＃和PythonBOO。這三種語言的運行效率一樣的快速。并且都支持?jǐn)?shù)據(jù)庫，正則表達(dá)式，XML，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)庫的開發(fā)。腳本與Unity中其他組件相同，都必須綁定在游戲?qū)ο笾胁拍軋?zhí)行它的生命周期。Unity中默認(rèn)使用的是MonoDevelop腳本編輯器，同時我們也可以選擇其他常用的腳本編輯器進行腳本編寫。例如：MicrosoftVisualStudio系列等。選擇Edit-Preferences-ExternalTools，點擊Browes即可選擇其他腳本編輯器。C#面向?qū)ο缶幊痰乃枷敫臃蟯nity引擎原理并且與大多流行插件、硬件可以進行完美對接。所以在日常開發(fā)過程中大多使用C#語言進行開發(fā)。接下來我們將以C#語言對unity腳本進行講解?；诶L制引擎的VR應(yīng)用程序(漫游)構(gòu)造過程場景數(shù)據(jù)庫模型加載模型控制面及控制參數(shù)非碰撞實體表面定義場景調(diào)度

碰撞檢測地形匹配實體操縱輸入映射與解釋

狀態(tài)設(shè)置

視點控制

交互設(shè)計

二維地圖

特殊效果外部輸入DOF實體約束

系統(tǒng)狀態(tài)控制機制外部輸入（包括各種傳感器輸入及可能的網(wǎng)絡(luò)命令等）狀態(tài)設(shè)置：用于定制漫游系統(tǒng)，在漫游過程中打開/關(guān)閉漫游引擎提供的某些功能，包括設(shè)置特殊效果以及是否使用二維地圖向?qū)?。視點控制：控制漫游系統(tǒng)中觀察相機的運動，在相機運動的過程中，完成場景調(diào)度控制、碰撞檢測與響應(yīng)、地形匹配等功能。交互設(shè)計：在漫游過程中進行簡單的虛擬場景動態(tài)交互設(shè)計。實體操縱：對虛擬環(huán)境中的實體實施選擇、操縱。如開/關(guān)門窗等。漫游引擎的狀態(tài)機制通用漫游框架中定義的絕大多數(shù)功能都被定義為可選擇項，也就是說，漫游者可以根據(jù)自己的需要打開或關(guān)閉某些功能，如開/關(guān)霧化效果、開/關(guān)二維地圖、決定是否進行碰撞檢測、選擇透明處理方式等。另一方面，漫游者還可以對漫游系統(tǒng)的初始狀態(tài)進行設(shè)置，比如觀察相機的初始位置、相機行進的速度步長、轉(zhuǎn)角的步長、系統(tǒng)模擬的氣候條件（晴、多云、陰）、時段（早晨、中午、傍晚）等。輸入設(shè)備映射鍵盤鼠標(biāo)游戲桿步行器傳感器用戶控制指令視點控制相機運動參數(shù)映射解釋視點控制模型walker_heighteye_height行走相機觀察相機v_p1v_p0v_p2w_p1w_p0w_p2step-step

漫游引擎的狀態(tài)機制場景調(diào)度控制碰撞檢測與響應(yīng)地形匹配技術(shù)二維地圖漫游向?qū)б勒沼嬎銠C圖形學(xué)正投影的原理，將三維場景模型“壓縮”到一個平面上，然后運用相機資源，實現(xiàn)地圖的顯示、縮放以及二維與三維視點的同步運動基于霧化效果的恒定幀頻技術(shù)6.2VR電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用層及展示層應(yīng)用層采用主流PC主機和HTC或HP主流VR頭顯產(chǎn)品。主要完成以下功能：培訓(xùn)人員通過學(xué)習(xí)模式觀看視頻、文檔資料學(xué)習(xí)電力知識，通過訓(xùn)練模式在VR虛擬場景中進行電力操作培訓(xùn)，同時具有對培訓(xùn)人員進行電力知識及操作考核的功能，所有信息均載入數(shù)據(jù)庫，以方便管理員及教練實時查詢信息并管理。展示層采用Unity渲染管線技術(shù)和PBR（PhysicallyBasedRendering）物理渲染流程，構(gòu)建一種高度沉浸式的體驗，使培訓(xùn)人員置身于虛擬環(huán)境中進行虛擬訓(xùn)練。業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)表單設(shè)計業(yè)務(wù)層由以下6個模塊構(gòu)成。教員端。供教練或培訓(xùn)導(dǎo)師使用，用于創(chuàng)建、管理和監(jiān)控培訓(xùn)課程；學(xué)員端。供學(xué)員學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、考試使用；VR培訓(xùn)端。VR培訓(xùn)的主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)體驗；VR考試端。通過VR考試評估學(xué)員的知識和技能；系統(tǒng)后臺。用于管理整個平臺的運行和配置；系統(tǒng)日志。用于記錄系統(tǒng)操作、用戶活動和錯誤日志。數(shù)據(jù)層和基礎(chǔ)層數(shù)據(jù)層采用MySQL數(shù)據(jù)庫以及UnityRPC（RemoteProcedureCall）技術(shù)。MySQL是一種流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，適用于中小規(guī)模應(yīng)用程序和項目。Unity中，RPC允許不同的游戲?qū)ο笤诰W(wǎng)絡(luò)上進行通信和交互。通過使用Unity的網(wǎng)絡(luò)功能，可以在多個客戶端之間發(fā)送RPC消息?；A(chǔ)層采用SteamVR和VRTK（VirtualRealityToolkit）工具包。SteamVR是由ValveCorporation開發(fā)，支持多種虛擬現(xiàn)實頭顯和控制器。VRTK是使用Unity進行VR交互開發(fā)的工具，它包含交互組件、導(dǎo)航工具、事件系統(tǒng)和多平臺支持。Unity資源主要包括UI、場景、模型、貼圖、材質(zhì)、動畫、特效、字體等。場景與模型首先，使用3D建模工具（如Blender、Maya、3dsMax等）創(chuàng)建場景，在建模前應(yīng)設(shè)置好單位，確定模型比例，同時場景搭建還應(yīng)考慮燈光、陰影效果、渲染管線等因素，使場景更真實。其次，創(chuàng)建斗臂車、檢測儀、絕緣手套等需要進行交互的3D模型，模型應(yīng)包括所有必要的部件和細(xì)節(jié)，模型的紋理、貼圖和材質(zhì)需符合制作規(guī)范，參考現(xiàn)實模型，以便在虛擬現(xiàn)實中逼真地展示。動畫創(chuàng)建斗臂車控制動畫，以實現(xiàn)其運動和操作。使用3D動畫軟件（如Blender、Maya、3dsMax等）或Unity動畫系統(tǒng)實現(xiàn)動畫效果。6.3VR電力仿真培訓(xùn)系統(tǒng)實現(xiàn)動畫創(chuàng)建Unity項目，導(dǎo)入VR開發(fā)工具包，設(shè)置工程導(dǎo)入美術(shù)資源并進行分類管理搭建程序框架進行開發(fā)“斷分支引流線作業(yè)”仿真模塊開發(fā)需求分析：模擬電力操作人員在戶外環(huán)境下通過控制電力專用絕緣斗臂車完成斷分支線路引流線作業(yè)。連接絕緣斗臂車地線。培訓(xùn)人員走進絕緣斗臂車的控制臺，撥動斗臂車控制臺上相應(yīng)開關(guān)，緩慢放下腳撐，直到所有腳撐全部撐住地面；培訓(xùn)人員走進斗臂車地線放置點，拉拽地線的插入端，將其插入附近樹旁邊的土壤里面。防護工具絕緣性測試及穿戴防護工具。培訓(xùn)人員走進放置工具的絕緣布，拿起絕緣性測試儀左右兩個測試端，依次檢測防護手套、防護服、防護鞋、測距桿、遮蔽罩、操縱桿、線夾桿等工具的絕緣性，確認(rèn)是否滿足絕緣性需求；穿戴防護服、防護靴，然后檢查防護手套氣密性，確認(rèn)合格后穿戴防護手套。在指定環(huán)境下進行斷分支引流線操作。培訓(xùn)人員拿起剝線器，在分路位置用剝線器進行剝線，剝線完成后放回剝線器；拿取線夾，夾在剝線的位置；拿一根導(dǎo)線，完成分支路引流線的安裝。開發(fā)過程根據(jù)需求選擇Unity版本，設(shè)置為3D模式，輸入項目名稱和保存位置，單擊Createproject按鈕創(chuàng)建Unity項目。開發(fā)過程右擊Project面板，依次單擊ImportPackage、CustomPackage選項，導(dǎo)入VR開發(fā)工具包，或在Unity商店下載、導(dǎo)入VR開發(fā)工具包。開發(fā)過程單擊菜單欄Edit->ProjectSetting->Player打開設(shè)置面板，設(shè)置項目基本信息，根據(jù)需求勾選VirtualRealitySupported。使用UGUI系統(tǒng)搭建UI界面搭建程序框