信息技术（拓展模块） 课件 11虚拟现实技术及其应用

信息技术（拓展模块）模块11虚拟现实技术及其应用【问题探析】【问题11-1】如何正确理解虚拟现实技术的概念？虚拟现实技术是集成计算机、电子信息、传感器等技术实现环境模拟的典型信息化技术。发展至今，虚拟现实技术在教育培训、医疗康复、国防航空、设计规划、影视娱乐等领域已被广泛应用。虚拟现实技术是一种以计算机为载体的集合技术的总称，开发者利用对计算机3D图形的运算，使其衍生出包括多媒体、仿真、传感、立体显示等在内的多项系统技术。虚拟现实技术通过构建计算机三维虚拟世界，打造了一个能使用户产生听觉、视觉、触觉和嗅觉等的交互世界，给予用户身临其境的感受，同时使用户能以自然的方式与虚拟环境进行交互操作。【问题探析】【问题11-2】虚拟现实技术有哪些关键技术？虚拟现实技术主要包括以下5种关键技术。1）动态环境建模技术2）实时三维图形生成技术3）立体显示和传感器技术4）系统集成技术5）应用系统开发工具【问题探析】【问题11-3】虚拟现实技术的发展经历了哪几个阶段？虚拟现实技术的发展历程主要分为以下4个阶段。1．萌芽阶段（1963年以前）2．探索阶段（1963—1972年）3．发展阶段（1973—1989年）4．应用阶段（1990年至今）【问题探析】【问题11-4】虚拟现实技术有哪些典型的应用场景？虚拟现实技术最开始被广泛应用在军事和航空领域，随着技术越来越完善，在建筑设计、工程、教育及产品设计等领域都获得了良好的发展。现在，虚拟现实技术在多方面影响着人们的生活，给人们的生活带来便利。1）娱乐游戏2）医疗救治3）军事航天4）教育培训5）建筑设计6）城市规划7）房地产开发8）应急推演9）文物考古【问题探析】【问题11-5】虚拟现实技术的未来发展趋势如何？虚拟现实技术在未来很长一段时间内具有非常广阔的发展前景，其未来的发展趋势主要表现在以下6个方面。1）新型交互设备2）智能化语音虚拟现实建模3）传感采集技术进一步拓展4）三维图形显示技术进一步提高5）人机交互更贴近真实世界6）建立和完善虚拟现实的生态系统【问题探析】虚拟现实技术的未来应用如下。1）VR+城市2）VR+文化3）VR+旅游【问题探析】【问题11-6】虚拟现实常用的应用开发工具有哪些？Unity3D和UnrealEngine4（虚幻4引擎）是目前虚拟现实应用开发工具中的两款主流软件，拥有良好的人机交互操作界面和简单易懂的交互功能，并提供了丰富且具体的编写实例和控制编辑器，以及Max/Maya等的输出插件。【问题探析】Unity3D基于相对比较开放的原则，UnrealEngine4则基于相对比较封闭的原则，因此在一般意义上，在开放性上，在不修改源代码的情况下，Unity3D可以自定义的自由度比UnrealEngine4更高。在画面渲染方面，UnrealEngine4拥有更高的上限，但对硬件设备的配置要求也会更高。两款虚拟现实引擎各有特点，需要根据实际项目的需求选择适合的虚拟现实引擎进行项目开发。另外，Unity3D和UnrealEngine4两款虚拟现实应用开发工具还各有一些特点和差异。【操作训练】【任务11-1】安装与使用虚拟现实应用开发工具Unity3D如今，Unity3D是绝大多数游戏开发团队的首选3D引擎，并且它在2D上的表现极为优秀。1．下载与安装Unity3DUnity3D的下载和安装可以直接在Unity官方网站中进行，操作步骤如下。1）下载UnityHub2）安装UnityHub3）下载与安装Unity【操作训练】2．新建Unity项目需要新建一个项目才能启动Unity操作界面。1）用户登录2）启动UnityHub3）添加许可证4）新建Unity3D项目3．Unity3D的操作界面Unity3D项目“UnityPproject01”创建完成后，提示下载与安装配套软件，配套软件安装完成后，会打开Unity3D的操作界面，我们可以看到Unity3D的默认窗口布局，在这里排列了几个在应用程序开发过程当中会经常涉及的窗口，如图11-19所示。【操作训练】【操作训练】4．Unity3D的基本操作Unity3D的操作都在其操作界面中进行，常用的基本操作包括以下几种。（1）在菜单栏中通过“File”下拉菜单中的命令可以创建新的场景和项目，通过“GameObject”下拉菜单中的命令可以添加新的模型，这些模型是Unity3D内置的常用模型。在“GameObject”下拉菜单中依次选择“3DObject”→“Cube”命令，可以新建一个模型（Cube），如图11-20所示。（2）“Scene”视图窗口是进行场景编辑的主要窗口，在其中可以非常直观地对虚拟对象进行编辑和操作，场景窗口有几个比较常用的操作，在窗口的顶端可以看到一些基本操作按钮，如平移视口、移动对象、旋转、缩放及对UI的一些操作。【操作训练】（3）在“Scene”视图窗口中进行各种操作时，可以看到在右侧窗格中相应的一些属性值会发生变化，该窗格就是“Inspector”窗格，该窗格是选择对象的属性面板，在这里可以动态地显示当前所选对象的相应属性。在“Scene”视图窗口中选择需要编辑的对象，在“Inspector”面板中将显示对应的属性值，如图11-21所示。单击“Inspector”面板底部的“AddComponent”按钮，如图11-22所示，还可以为虚拟对象添加特定的组件。（4）在“Game”视图窗口中预览程序运行效果，如图11-23所示，单击工具栏中的播放控制按钮，可以启动、关闭和暂停创建的虚拟现实应用程序。【操作训练】（5）在“Hierarchy”面板中，可以通过拖动的方式改变虚拟对象的从属关系，在面板中右击，执行弹出的快捷菜单中的相关命令，可以为场景添加相应的虚拟对象。（6）在“Project”面板中右击，弹出如图11-24所示的快捷菜单，在该快捷菜单中可以执行“Create”命令，为项目创建相应的资源；执行“ImportPackage”命令，为项目导入资源包，还可以将外部资源拖动到面板中，快速为项目导入单一资源。【操作训练】【任务11-2】下载、安装和使用SteamVR资源包“SteamVRPlugin”下面通过下载、安装和使用SteamVR资源包来介绍Unity3D虚拟现实应用开发程序的使用，操作步骤如下。（1）打开“UnityAssetStore”网站（网址为/），在其中搜索“SteamVR”，找到“SteamVRPlugin”资源包，在该资源包区域单击“添加至我的资源”超链接，如图11-25所示。按照提示将该资源包添加到Unity中。在“SteamVRPlugin”资源包的详情页中单击“在Unity中打开”按钮，如图11-26所示，将其在Unity中打开。【操作训练】（2）在Unity3D操作界面的“Windows”下拉菜单中选择“PackageManager”命令，如图11-27所示。打开“PackageManager”窗口，在该窗口中可以看到添加的“SteamVRPlugin”资源包，如图11-28所示。单击“PackageManager”窗口右下角的“Download”按钮，将其下载到Unity编辑器中。“SteamVRPlugin”资源包下载完成后的“PackageManager”窗口如图11-29所示。接着单击“PackageManager”窗口右下角的“Import”按钮，执行相关操作后会弹出如图11-30所示的“ImportUnityPackage”对话框。【操作训练】单击“ImportUnityPackage”对话框右下角的“Import”按钮，开始导入相关资源包，并显示导入资源包的进度，如图11-31所示。接着会弹出如图11-32所示的对话框，在该对话框中单击“AcceptAll”按钮。继续导入相关资源，全部资源导入完成后，弹出如图11-33所示的“AcceptAll”对话框，在该对话框中单击“Ok”按钮即可。关闭多个打开的对话框和“PackageManager”窗口，返回Unity3D操作界面。【操作训练】（3）在Unity3D操作界面的“Project”面板的“Assets”文件夹中双击“SteamVR”文件夹将其打开，该文件夹中包含多个子文件夹和文件，如图11-34所示。双击打开“SimpleSample”场景文件，在“Scene”视图窗口中将显示该测试场景，单击工具栏中的“Play”按钮即可进行场景测试，如图11-35所示。（4）在“Project”面板中选择“Favorites”选项下面的“AllMaterials”选项，在“Scene”视图窗口下方的列表框中选择“AlienHand”选项，将其拖动到“Scene”视图窗口中的“地面”对象上，为地面应用该材质效果；接着在列表框中选择“ArcheryTargetWeeble”选项，将其拖动到“Scene”视频窗口中的“圆球”对象上，为圆球应用该材质效果，如图11-36所示。【操作训练】（5）在“Scene”视图窗口中单击摄像机，在代表方向的箭头上按住鼠标左键不放拖动鼠标，调整摄像机的位置。单击圆球，在工具栏中单击“旋转”按钮，调整圆球图案的方向至摄像机的正前方，在工具栏中单击“移动”按钮，将圆球移动到摄像机的正前方，如图11-37所示。（6）在工具栏中单击“Play”按钮，查看圆球运动的效果，如图11-38所示。【操作训练】（7）使用SteamVRInteractionSystem。在Unity的“Project”面板中，根据不同的功能以文件夹的形式组织各个项目名称，其中的“InteractionSystem”