虚拟现实技术实验指导书

虚拟现实技术实验指导书计算机科学与工程学院数字媒体教研室2023年9月前言虚拟现实技术实验简介虚拟现实(VirtualReality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是运用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观测三度空间内的事物。虚拟现实旅游/虚拟城市漫游（观众融合模式）运用三维动画/3Dmax、虚拟现实引擎U3D、大屏幕显示、人机互动等先进技术，观众可以通过操纵杆在城市、厂区、建筑社区等三维模型场景中进行积极自主式漫游，从而了解公司、建筑社区乃至城市未来规划及发展方向。考虑到学时为24学时，让学生做大量涉及到艺术创作的实验显然也不太现实，因此，在实验设计时决定以单一内容，从简朴练习到复杂场景过渡的培养方式为主，以培养学生最终能自己独立创作能力为主，力图培养学生举一反三的高素质能力。但至于如何变动更适合教学规定，这有待专家的指导和在实际实验过程中完善。也因此，以下实验内容仅为建议采用。一、实验课程任务与规定1.实验目的虚拟技术实验教学是为了将学生的计算机操作能力、艺术设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握虚拟现实场景的实现，让学生初步具有实际应用的虚拟现实技术场景制作的基础。2.实验基本规定（以作品为重要表现形式）上机前应预习实验操作内容；准备好作品操作环节，上机调试、运营；递交实验结果的作品并演示作品；写出实验报告。二、实验学时安排3Dmax基本体及扩展基本体的使用（4学时）3Dmax二维转三维，布尔运算、修改图形（4学时）3Dmax多边形建模场景合并（2学时）3Dmax材质与贴图（2学时）U3D导入模型、基本设立（2学时）U3D烘焙光影贴图（2学时）U3D植物、水面特效等（2学时）连续加载场景漫游（2学时）虚拟现实系统综合实例（2学时）考试（2学时）三、实验报告格式实验报告姓名：________________学号：_______________实验日期：_______________实验题目：实验目的：实验内容：实验结果：四、实验考核实验签到；上机实际操作，验收；实验设计报告。五、实验仪器设备规定设备数量能适应学生人数；有3DMAX、U3D等实验环境；六、教材及参考书刘光然，虚拟现实技术，清华大学出版社，2023网冠科技，3dmax9.0中文版基础培训百例，机械工业出版社，20233dsmax8立体造型触类旁通百例，机械工业出版社，2023，3dmax基础建模网络教程

实验一3Dmax基本体及扩展基本体的使用实验目的及规定熟悉并练习3dmax各种基本操作熟悉并练习3dmax标准基本体的使用熟悉并练习3dmax扩展基本体的使用实验内容结识3DSMAX的工作界面。熟悉3DSmax现成的三维物体标准基本体：长方体、球体、圆柱体、圆环、茶壶、圆锥体、几何球体、管状体、四棱锥、平面。扩展基本体：异面体、切角长方体、油罐，纺锤，油桶、球棱柱、环形波，软管，环形结、切角圆柱体、胶囊、L-Ext,C-Ext、棱柱。应用工具栏、命令面板、视图控制区。工具栏选择工具移动工具渲染命令面板：创建面板：用于创建对象。修改面板：对已创建的对象进行修改。视图控制区缩放单个视图、缩放所有视图、显示所有、所有视图显示所有。放大框选区域、平移视图、视图旋转、单屏显示。小技巧shift+移动————复制视图的切换P—————透视图（Perspective)F—————前视图（Front)T—————顶视图（Top)L—————左视图（Left)F9————渲染上一个视图Shift+Q——渲染当前视图W——移动单位设立：[自定义]→[单位设立]实验环节使用标准基本体制作凉亭在标准基本体中选择Box按钮，在界面上画出长方形立方体：适当的调整立方体的高度，并制作凉亭的的四根柱子：用切角圆柱来制作柱子并运用复制来复制4根同样的柱子：制作凉亭的屋顶：运用圆锥然后设立圆锥的边数即可：使用扩展基本体制作沙发：运用切角长方体制作沙发的靠背运用复制关系复制出其他切角长方体，并适当的调整的他们的长度和宽度的比例，尚有切角：使用扩展基本体制作凉亭：在样条曲线中选中线条并画出碗的边沿图形，注意调整轴心位置选中需要调整的顶点集，调整位置，右键点击平滑再选中车削命令：

实验二3Dmax二维转三维，布尔运算、放样实验目的及规定练习二维物体转化为三维物体的文字、轮廓、倒角、可渲染样条线等练习布尔运算练习样条线的修改实验内容二维图形 线、圆形、弧、多边形、文本、截面、 矩形、椭圆形、圆环、星形、螺旋线线的控制修改面板：可对线进行“移动”、“删除”等操作。线条顶点的四种状态：Bezier角点、Bezier、角点、光滑。（假如控制杆不能动，按F8键）编辑样条线：[修改器]—[面片/样条线编辑]—[编辑样条线]，其作用是对除了“线”以外的其它二维图形进行修改。线的修改面板步数：控制线的分段数，即“圆滑度”。轮廓：将当前曲线按偏移数值复制出此外一条曲线，形成双线轮廓，假如曲线不是闭合的，则在加轮廓的同时进行封闭。（负数为外偏移，正数为内偏移）。优化：用于在曲线上加入节点。附加：将两条曲线结合在一起。圆角：把线的尖角倒成圆角。二维转三维的命令挤出：使二维图形产生厚度。例子：桌子车削：可使二维图形沿着一轴向旋转生成三维图形。例子：碗、杯子、倒角：跟拉伸相似，但能产生倒角效果。例子：舒适椅可渲染线条：使线条产生厚度，变成三维线条。例子：餐桌倒角剖面：例子：马桶布尔运算：定义：先使两个模型重叠一部分，就可以求出这两个模型的差集、交集与并集这种方式叫做布尔运算。三维物体：（创建面板—复合对象—布尔）并集、交集、差集A-B、例子：浴缸多次布尔运算：同一假如进行多次布尔运算，很容易犯错，因此需要把多个物体连接在一起，再进行一次布尔运算。例子：墙壁放样：定义：先绘出一个物体的横截面图形，再绘绘制这个横截面图形所穿越的途径曲线，就可以计算出这个物体的形状，这种建模方法叫做放样建模。创建面板—几何体—复合物体—放样放样的一般操作：①获取图形、②获取途径杯子放样的修改：①修改图形②修改途径例子：餐布放样的变形：①缩放②扭转③倾斜例子：牙膏、放样的图形的“居左、居中、居右”。例子：窗帘多截面放样的操作及修改：筷子小技巧1、按shift键，可画直线。2、按ctrl键，可多选。4、镜像：将被选择的对象沿着指定的坐标轴镜像到另一个方向。5、角度捕抓按钮：用于控制对象的角度操作。实验环节倒角命令制作立体字选择文本，在文本窗口中输入姓名。选择以一种字体，在前视图中点左键，生成文字。在修改器列表中选择倒角命令。在三个级别上分别设立参数，就可以得到了！沙发躺椅在自定义菜单中修改单位比例。在顶视图中创建一个常为1500mm的矩形。然后画易弯曲的线，转为可编辑样条线，拉出轮廓。在修改面板中调整垫的位置，用圆角命令改轮廓的两端，使之平滑。下面，选用轮廓，点选倒角命令，设立倒角值。第一步设立级别2，拉伸出中间部分，第二步，才是级别1和级别3。最后做沙发的脚。选矩形工具。可编辑样条，倒角命令。复制一个，移动到合适位置，用镜像命令。通过调整，得到沙发。轮廓倒角制作马桶在顶视图建一个矩形，调整圆角。在前视图建一个剖面，选中矩形在修改器列表中，将其转为可编辑样条并选中。选倒角剖面命令点击选择剖面，点画好的马桶轮廓。在调整轮廓线上的点，得到马桶形。马桶盖制作。复制马桶，把上面一个倒角删除，再用挤出命令，得到盖子。接下来做水箱。在顶视图建一个矩形，并用圆角命令，在复制一个，将其中一个倒角删除，和做马桶盖同样，得到水箱盖。使用布尔运算制作浴缸分别用倒角长方体和胶囊制作浴缸外部和浴缸内部凹陷部分选取复合对象，操作为差集，再选取需要减去的拾取操作对象B使用样条制作拉手实验三3DMAX多边形建模实验目的及规定使用前述挤出、变形、倒角等多种建模方法，进行复杂多边形建模实验内容1、电视机建模2、使用挤出和涡轮平滑制作飞机实验四3DMAX合并场景、材质与贴图实验目的及规定练习3dmax中的复杂场景的对象合并练习复杂墙体的建立练习材质与贴图，UVW贴图赋给建筑材质实验内容场景合并2、复杂墙体的建立3、UVW贴图、4、赋给建筑材质实验五U3D基本设立、简朴漫游实验目的及规定练习U3D简朴漫游所需的基本设立导入模型烘焙光影设立简朴植物设立实验注意事项建模中使用的图片、文献、文献夹等以及模型中物体、材质等的名称都不能使用中文或者特殊符号，可以使用英文字母、数字、下划线等调整Max的单位为米模型的中的植物效果，第一种是单面片植物，需要设立其轴心为其物体的对称中心；第二种是十字交叉的植物效果；第三种则是到Unity3D编辑器中通过地形编辑器系统添加实验环节Fbx导出插件下载地址：将Max文献中用到的图片都拷贝到Textures目录下，如再打开Max文献，导出为FBX文献，使用默认设立，FBX文献也放置在和Max文献相同的目录下，如导出的时候，可以将模型简朴的分类，如地面、植被、楼房等，也可以将模型分为几个区域，如社区1，社区2，学校等等分开导出将包含Max文献、Fbx文献和Textures文献夹的文献夹拷贝到Unity3D项目的Assets目录下，如下图中红圈在下一次用Unity3D编辑器启动本项目的时候，编辑器将自动导入/更新该文献夹中的信息，并生成Materials文献夹，如启动Unity3D编辑器选择刚才拷贝进来的文献中的Fbx文献，如修改其中的Meshes下的ScaleFactor和GenerateColliders，如点击其他Fbx文献或者单击其他区域将弹出如下的对话框点击Apply即可，类似的方式设立其他Fbx文献注意，其中植物/植被类的Fbx文献不需要设立GenerateColliders项将Fbx文献直接拖放到Hierarchy区域，如点击Hierarchy区域中的对象，同时将鼠标移动三维显示区域，同时点击键f，则该对象自动适配显示到三维区域中心，如将所有fbx添加完毕后，提高场景亮度如下单击AmbientLight，如下调整为即可设立完毕设立第一人称浏览删除场景中MainCamera将Project区域的StandardAssets下的Prefabs下的FirstPersonController拖到Hierarchy区域中点选FirstPersonController，调整FirstPersonController的位置到场景中合适的位置，并设立其高度为1.37到2.1左右设立FirstPersonController的高度在场景中地面之上点击运营，即可测试实验六烘培光影贴图实验目的及规定学习U3D烘焙光影贴图方法UVW贴图标准材质贴图多重子材质贴图实验环节Unity3D光影烘培的规定U3D的光影贴图使用的是3Dmax中的标准材质的自发光贴图通道来存储光影贴图相关参数，如给每个物体都附上贴图，假如是纯色物体，也付给纯色贴图打光后，选择要烘培的物体设立输出途径添加烘培输出的贴图类型添加“LightingMap”类型设立烘培贴图大小和目的贴图位置为“自发光”设立烘培材质，选择“输出到源”点击“渲染”即可标准材质贴图的烘培光影解决物体据有标准材质烘培渲染后，物体具有两个贴图导出Fbx即可多重子材质贴图的烘培光影解决物体据有多重子材质贴图渲染烘培后每个子材质都据有两个贴图选择该物体，执行“多维材质2标准材质.ms”脚本，将该多维材质物体按其材质数量分解为标准材质的多个物体，新物体的名字以“原多维材质物体名字~其材质名称”命名，如点击“开始转换”，则将该物体从多维材质物体按期子材质分解为多个具有标准材质的物体将所有的具有多维材质类型的物体分解完毕后，即可导出多个物体使用同一贴图的烘培光影解决由于我们在导入fbx文献到Unity3D编辑器中的时候，使用的都是按贴图来生成材质文献，所以多个物体使用同一贴图时会发生错误，修改其中任何一个的材质设立时，其他的使用该贴图的物体都会受到影响，解决的方法便是在Unity3D编辑器中生成一个具有该贴图的新材质，然后重新付给当前物体。在U3D编辑器中修改物体的材质类型为光影贴图设立物体的材质类型为Lightmapped/Diffuse根据物体的名称将相应的光影贴图拖动到Lightmapp域，其中标准材质物体的光影贴图名称是“其物体名称LightingMap.tga”；从多维材质类型转换过来的物体的光影贴图名称是“其物体名称中~符合前的部分LightingMap.tga”

实验五U3D植物、水面特效实验目的及规定练习U3D植物效果练习U3D水面效果实验环节植物效果，对于单面片的植物效果，需要设定其材质为Transparent/VertexLit类型，并为其添加公告板脚本，设定前设立材质类型为Transparent/VertexLit类型，如下给单面片植物添加公告板脚本的方法是先选择该植物，然后点击菜单component下的scripts下的cameraFacingBillboard即可，如下设立材质类型和添加公告板脚本后，如下假如没有该脚本组件，可以打开脚本编辑器，拷贝如下代码到脚本中，保存到Assets\Scripts下，命名为CameraFacingBillboard.cs即可usingUnityEngine;usingSystem.Collections;publi