多媒体技术和应用虚拟现实技术教程.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第八章 虚拟现实技术与系统开发,8.1 虚拟现实技术概述,8.1.1 虚拟现实技术概念,8.1.2 虚拟现实技术特征,8.1.3 虚拟现实系统分类,8.1.4 虚拟现实技术应用,8.2 虚拟现实系统组成,8.2.1 虚拟现实系统硬件设备,8.2.2 虚拟现实系统开发软件,8.3 虚拟现实系统开发,8.3.1 Virtools软件特点及工作流程,8.3.2 Virtools软件界面与工具介绍,8.3.3 建模与模型导入,8.3.4 角色动作与移动控制,8.3.5 场景属性设定,8.3.6 系统输出,第1页,学习目标,1.掌握虚拟现实技术相关概念和关键特征；,2.了解虚拟现实系统组成；,3.了解虚拟现实系统开发流程；,4.掌握Virtools虚拟现实软件基本操作。,第2页,8.1.1虚拟现实技术,虚拟现实技术就是采取以计算机技术为关键当代高科技生成逼真视、听、触觉一体化特定范围内虚拟环境（如飞机驾驶舱、分子结构世界）。,第3页,6.,虚拟现实技术,(Virtual Reality)从本质上讲,虚拟现实技术,是一个崭新人机界面,是三维,对物理现实仿真.虚拟现实系统实际上是一个,多媒体,计算机系统,它利用各种传感器输入信息仿真人各种感觉,经过计算机高速处理,再由头盔显示器,声音输出装置,触觉输出装置及语音合成装置等输出设备,以人类感官易于接收形式表现给用户.,虚拟现实技术,能实现人与环境统一,仿真人在自然环境之中.人感觉是多方面,要想使处于虚拟现实中人在各种感觉上都能仿真是很困难,要到达智能就更困难了.不过,虚拟现实技术,提供了一个崭新人机界面设计方向,在国民经济许多领域都会有主要应用,是,多媒体,系统主要发展方向.,虚拟现实技术,它综合集成了计算机图形学,人机交互技术,传感与测量技术,仿真,人工智能,微电子等科学技术,虚拟现实技术,主要应用于工程设计,数据可视化,飞行模拟,模拟试验,多媒体,远程教育,远程医疗,旅游娱乐等方面 网络通讯与,虚拟现实技术,结合含有诱人前景和巨大潜在应用价值,它将在某种程度上改变人类思维方式和时空观,实现真正意义上远程交互式教育,虚拟现实技术,发展必须有大容量数据存放,快速数据处理和宽频信息通道技术支撑,虚拟现实技术,所谓虚拟现实,就是采取计算机技术生成一个逼真视觉,听觉,触觉及嗅觉感觉世界,用户能够用人自然技能对这个生成虚拟实体进行交互考查.这个概念包含三层含义:-虚拟实体用计算机来生成一个逼真实体;-用户能够经过人自然技能(人头部转动,眼动,手势或其它身体动作)与这个环境交互;-要借助于一些三维传感设备来完成交互动作,惯用如头盔立体显示器,数据手套,数据服装,三维鼠标等.,虚拟现实技术,它综合集成了计算机图形学,人机交互技术,传感与测量技术,仿真,人工智能,微电子等科学技术,虚拟现实技术,主要应用于工程设计,数据可视化,飞行模拟,模拟试验,多媒体,远程教育,远程医疗,旅游娱乐等方面 网络通讯与,虚拟现实技术,结合含有诱人前景和巨大潜在应用价值,它将在某种程度上改变人类思维方式和时空观,实现真正意义上远程交互式教育,虚拟现实技术,发展必须有大容量数据存放,快速数据处理和宽频信息通道技术支撑,第4页,8.1.2虚拟现实技术特征,沉醉性（Immersion）,3I,想象性,（,Imagination,）,交互性,（,Interactivity,）,沉醉性,交互性,想象性,第5页,8.1.3虚拟现实系统分类,1按虚拟世界模型建立方式分类,（1）影像式虚拟现实,影像式虚拟现实又分为针对环境全景虚拟现实和针对物体环物虚拟现实两类,全景虚拟现实 环物虚拟现实,第6页,8.1.3虚拟现实系统分类,（2）3D/VR虚拟现实,3D/VR虚拟现实（Polygon base Virtual Reality）是使用三维模型设计软件，经过多个多边形组合成一个三维模型，再给模型增加上纹理、材质、贴图等完成虚拟场景及人物三维展现。,第7页,图8-4 3D/VR虚拟现实,第8页,2按虚拟现实系统功效和实现方式分类,（1）桌面式虚拟现实,第9页,3D/VR虚拟现实,（2）沉醉式虚拟现实系统,沉醉式虚拟现实系统（Immersive VR）是一个高级、较理想虚拟现实系统，它提供一个完全沉醉体验，使用户有一个好像置身于真实世界之中感觉。它通常采取洞穴式立体显示装置（CAVE系统）或头盔式显示器（HMD）等设备，首先把用户时间、听觉和其它感觉封闭起来，并提供一个新、虚拟感觉空间，利用三维鼠标、数据手套、空间位置跟踪器等输入设备和视觉、听觉等设备，使用户产生一个身临其境、完全投入和沉醉于其中感觉,第10页,图8-6沉醉式虚拟现实系统,第11页,（3）增强现实系统,增强现实（AR Augmented Reality）是一个较新研究领域，是一个利用计算机对使用者所看到真实世界产生附加信息进行景象增强或扩张技术.增强现实系统是利用附加图形或文字信息，对周围真实世界场景动态地进行增强。在增强现实环境中，使用者能够在看到周围真实环境同时，看到计算机产生增强信息。,第12页,图8-7增强现实头盔显示器,第13页,（4）分布式虚拟现实系统,分布式虚拟现实系统（DVR）是指一个支持多人实时经过网络进行交互软件系统，每个用户在一个虚拟现实环境中，经过计算机与其它用户进行交互，并共享信息。,第14页,8.1.4 虚拟现实技术应用,军事模拟,数字城市,工业仿真,数字教学,数字娱乐,电子商务,第15页,8.2,虚拟现实系统组成,一个经典虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、虚拟现实设计/浏览软件（应用软件系统）等组成。用户以计算机为关键，经过输入输出设备与应用软件设计虚拟世界进行交互。,第16页,8.2虚拟现实系统组成,计算机,头盔显示器,3D立体显示器,3D立体眼镜,CAVE 展示系统,影象分离器,力反馈系统,虚拟现实设计,/,浏览软件,游戏手柄/摇杆,3D鼠标器,3D数据手套,位置追踪器,动作捕捉器,输出设备,输入设备,虚拟世界,虚拟现实设计,/,浏览软件,第17页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,1输入设备,（1）3D鼠标器,（2）数据手套,第18页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,（3）位置追踪器,三维定位跟踪设备是虚拟现实系统中关键传感设备之一。它任务是检测位置与方位，并将其数据汇报给虚拟现实系统。,第19页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,（4）3D扫描仪,三维扫描仪是当前使用对实际物体三维建模主要工具，能快速方便地将真实世界立体彩色物体转换为计算机能直接处理数字信号，为实物数字化提供了有效伎俩。,第20页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,（5）动作采集器,运动采集系统利用网络连接运动捕捉摄像机和其它对应设备来进行实时运动捕捉和分析,第21页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,2输出设备,（1）头盔显示器（2）3D立体眼镜,第22页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,（3）3D立体显示器,使用特殊光学元件改变显示器和人眼成像系统。利用通用TFT LCD液晶显示器作为图像显示部件，经过科学设计符合立体显示照明原理照明板部件，与液晶盒精密装配在一起组成裸眼立体显示器，配合电路系统和显示软件完成裸眼立体显示器系统结构设计。,第23页,8.2.1虚拟现实系统硬件设备,（4）CAVE 展示系统,CAVE（洞穴式）是一个基于多通道视景同时技术和立体显示技术房间式投影可视协同环境.该系统可提供一个房间大小最小三面或最大七十六面（年）立方体投影显示空间，供多人参加，全部参加者均完全沉醉在一个被立体投影画面包围高级虚拟仿真环境中，借助对应虚拟现实交互设备（如数据手套、力反馈装置、位置跟踪器等），从而取得一个身临其境高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。,第24页,8.2.2虚拟现实系统开发软件,1建模工具软件,在建筑设计、游戏场景及角色设计和动画设计等数字娱乐领域比较通用有Autodesk企业3DS Max和Maya，Avid企业Softimage XSI及NewTek企业Lightwave等；在飞机设计、船舶设计、汽车设计等工业机械设计领域主要被法国达索企业（Dassault Systemes）Catia，美国PTC（Parametric Technology Corporation）企业Pro/E（Pro/Engineer）和美国UGS企业UG（Unigraphics）三大厂商产品占据主流市场。,第25页,8.2.2虚拟现实系统开发软件,2虚拟现实交互设计工具软件,虚拟现实技术迅猛发展，从美国Sende8企业开发WTK（WorldToolKit），到在军事仿真领域占据统治地位美国MultiGen-Paradigm企业Vega及发展到以后Vega Prime，另外包含Virtools、Cult 3D、EON Studio、Quest3D、Anark等Web 3D技术。,第26页,8.3 虚拟现实系统开发,虚拟现实系统开发三个步骤:,第一步：虚拟现实作品三维模型建立，包含设计3D型、3D场景、贴图、骨骼系统、角色动作等等。,第二步：虚拟现实作品交互设计，对第一步建立三维模型进行整合、加入互动、物体行为、镜头特效、光影效果、粒子效果等。,第三步：系统集成，即将输入输出设备与虚拟现实作品内容整合起来，完成读取虚拟世界资料、接收输入设备信号、送交计算机运算、将结果传到输出设备等功效，形成一套完整系统，以供用户使用。,第27页,三维建模辅助硬件设备,三维扫描仪,动作捕捉器,三维建模软件,3DS Max,Maya,Lightwave,Softimage,Auto Cad,Catia,Pro/E,UG,输入设备,数据手套,运动跟踪器,摄像头,三维鼠标,输出设备,数字头盔,影分离器,CAVE系统,力反馈系统,立体显示器,应用领域,虚拟现实软件,作品内容,Vega,Virtools,工业仿真,军事模拟,数字城市,数字娱乐,数字教学,电子商务,第28页,8.3.1 Virtools软件特点及工作流程,Virtools 是一套整合软件，能够将现有惯用文件格式整合在一起，如3D模型、2D图形或是音效等。Virtools 不是3D Engine，Virtools 是一套具备丰富互动行为模块实时3D环境虚拟实境编辑软件，能够制作出许多不一样用途3D产品.,第29页,Virtools软件特点,第30页,Virtools软件开发流程,Virtools 4基本平台部分就拥有超出500个以上互动模块可供利用，经由编辑后互动模块群能够组合成一个新单一互动模块以方便重复使用、编辑，甚至能够交换或卖给需要使用者。,第31页,第32页,8.3.2 Virtools软件界面,第33页,8.3.2 Virtools软件界面,Virtools编辑界面以许多Tab所组成，每一个编辑器、设定界面等都放在Tab中。,13D Layout,Virtools 3D场景编辑区域,第34页,8.3.2 Virtools软件界面,2Building Blocks,行为模块组库,第35页,8.3.2 Virtools软件界面,3Virtools Resources,Virtools外部资源库,第36页,8.3.2 Virtools软件界面,4Level Manager,Virtools内部资源管理器,第37页,8.3.2 Virtools软件界面,5Schematic,Virtools脚本编辑区域,第38页,8.3.2 Virtools软件界面,63D Layout 工具,形变工具.对象建立工具.场景浏览工具,第39页,8.3.3建模与模型导入,1静态场景输出,（1）安装Plug-in For 3DS MAX。,（2）执行File/Open命令,第40页,8.3.3建模与模型导入,（3）执行File/Expor命令。,（Step 1）选择存档类型，并输入文件名称,第41页,8.3.3建模与模型导入,（Step 2）在Virtools Export对话框中，选择“Export as Objects”，然后按“确定”即可完成场景输出。,第42页,8.3.3建模与模型导入,2动态主角与动作,（1）执行File/Open命令,第43页,8.3.3建模与模型导入,（2）执行File/Export命令,（Step 1）在图8-34中选择存档类型，并输入文件名称。,第44页,8.3.3建模与模型导入,（Step 2）选择“Export as a Character”，并输入“Character Name”名称，按“OK”确定。,3输入场景与人物至Virtools中测试。,第45页,8.3.4角色动作与移动控制,1开启资源文件（Resources）,第46页,8.3.4角色动作与移动控制,2加入场景、人物,第47页,8.3.4角色动作与移动控制,3加入人物动作，将全部动作全选后，拖曳至角色Warrior上。,第48页,8.3.4角色动作与移动控制,4加入移动控制,使用行为模块为：,（1）Character Controller（Characters/Movement）,第49页,8.3.4角色动作与移动控制,（2）Keyboard Controller（Controller/Keyboard）,第50页,8.3.4角色动作与移动控制,（Step 1）分别将Character Controller、Keyboard Controller行为模块加至角色“武士”上。,Character Controller设定,第51页,8.3.4角色动作与移动控制,直接将Keyboard Controller拉至人物主角即可。,完成后,第52页,8.3.4角色动作与移动控制,（Step 2）按Play 钮执行测试结果如图。,第53页,8.3.5场景属性设定,1重力属性设定,（1）场景部分设定,（Step 1）在欲设定为地板物体上按鼠标右键，选择第一项“Show 3D Object Setup”。,第54页,8.3.5场景属性设定,（Step 2）画面下方会出现“3D Object Setup”Tab，如图。选择“Attribute”，将会显示此物属性。,第55页,8.3.5场景属性设定,（Step 3）点选“Create Attribute”,第56页,8.3.5场景属性设定,（Step 4）展开“Floor Manager”，选择“Floor”，再按“Add Selected”。完成后按“Close”。,（Step 5）设置结果如图所表示。,第57页,8.3.5场景属性设定,（2）人物主角部分设定,设定完成地板属性后，还要再新增一个行为模块作用于角色上，告诉Character必须站在我们所设定地板上，使用Building Blocks。,Enhance Character Keep On Floor(Character/Constraint),第58页,“Enhanced Character Keep On Floor”行为模组,第59页,图8-49 武士角色脚本,第60页,2碰撞属性设定,1）设定碰撞属性,若场景中欲设定为碰撞物体不多时，可用此方法，设定方法与增加地板属性类似。,（Step 1）在欲设定为碰撞物体上按鼠标右键，出现如图所表示选单，选择第一项“Show 3D Object Setup”。,第61页,图8-50 碰撞属性设定,第62页,图8-51 添加碰撞属性,（Step 2）画面下方会出现“3D Object Setup”Tab，选择“Attribute”，将会显示此物属性。,（Step 3）点选“Create Attribute”，出现如图所表示对话框。,第63页,（Step 4）展开“Collision Manager”，选择“Fixed Obstacle”，再按“Add Selected”。完成后按“Close”.,（Step 5）在人物主角部分，加入BB：Prevent from Collision(Collision/3D Entity)。,（Step 6）按Play 钮执行测试结果。,第64页,（2）使用Group,此为较方便方法，能够不用为每一个障碍物设定碰撞属性，只要将物体加入指定Group中，再由行为模块“Object Slider”控制即可。,使用行为模块Object Slider（Collisions/3D Entity）,第65页,（Step 1）点选“Create Group”,（Step 2）重新命名此Group名称，以方便辨识,这里命名为“Collision Group”。,第66页,（Step 3）在 Level View3D Object中，将欲设定为障碍物物体，拖拉至新增Group中。,（Step 4）将Object Slider（Collisions/3D Entity）行为模块加在角色上，出现一个对话框，将其中参数设定,Group设定为刚才新增 Collision Group。,第67页,图8-55 “Object Slider”行为模块参数设置,第68页,（Step 5）按Play 钮执行测试结果。,（3）使用Grid,使用行为模块 Layer Slider（Grid）,第69页,（Step 1）建立一个新GRID。点选“Create Group”，如图所表示。,（Step 2）将GRID缩放至适当位置。,第70页,（Step 3）在GRID Setup中，图8-58所表示红色圈选区域内按鼠标右键，会出现“New Layer Type”选项，以鼠标左键选择此项，就能够新增一个“Layer Type”。,第71页,（Step 4）将新增Layer名称定为“Collision”，以方便辨识,第72页,（Step 5）将此新增Layer拖拉至左方区域中,第73页,（Step 6）确定Collision是在被选择状态,第74页,（Step 7）在图一所表示3D Layout中，将视角切为“Top View”，以方便编辑。,（Step 8）在图二中点选发生碰撞位置。,图一 图二,第75页,（Step 9）将Layer Slider（Grid）行为模块加在角色上，参数设定如图所表示。,（Step 10）按Play 钮执行测试结果。,第76页,8.3.6系统输出,Virtools作品公布有三种方式：网页方式公布、公布为.vmo格式经过本身播放器播放和打包成.exe执行档。,网页公布是将在Virtools中创建好.cmo格式工程文件经过File菜单里Creat WebPage命令输出、保留；公布为.vmo格式是经过File菜单里Export to Virtools player命令将.cmo文件输出成.vmo文件保留；打包.exe文件是经过VirtoolsSDK（Software Development Kit）将.cmo文件打包出来。,第77页,本章小结,本章主要介绍了虚拟现实技术相关概念和特征、虚拟现实系统组成和虚拟现实系统开发流程以及Virtools虚拟现实软件基本操作。,虚拟现实技术就是采取以计算机技术为关键当代高科技生成逼真视、听、触觉一体化特定范围内虚拟环境。虚拟现实技术含有沉醉性、交互性和想象性三个突出特征。,第78页,本章小结,虚拟现实分类主要可以从两种角度来划分，一方面是虚拟世界模型建立方式；其次是虚拟现实系统功能和实现方式。,一个典型虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、虚拟现实设计/浏览软件（应用软件系统）等组成。用户以计算机为核心，经过输入输出设备与应用软件设计虚拟世界进行交互。,第79页,本章小结,虚拟现实系统开发软件主要分为建模与交互设计两大类。虚拟现实系统开发主要分为以下三个步骤：虚拟现实作品三维模型建立、虚拟现实作品交互设计和系统集成。,第80页,