VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)研究

馮裕良

（黃山學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，安徽黃山245041）

VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)研究

馮裕良

（黃山學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，安徽黃山245041）

近年來VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展較為迅速，通過計(jì)算機(jī)交互設(shè)備完成場景虛擬再現(xiàn).本文在VR虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用方面列舉了部分案例，并提出VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)展示設(shè)計(jì)的流程制作解決方案，供相關(guān)同行參考.

VR虛擬現(xiàn)實(shí)；設(shè)計(jì)；制作

1 VR

VR（Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實(shí)，簡稱VR），是由美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾（Jaron Lanier）在20世紀(jì)80年代初提出的.其具體內(nèi)涵是：綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的技術(shù).它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，利用多源信息融合的交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中.[1]

自20世紀(jì)90年代以來,VR技術(shù)的研究規(guī)模及應(yīng)用范圍愈益擴(kuò)展.當(dāng)今世界上眾多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家都在大力地研究與開發(fā)VR技術(shù),VR技術(shù)之所以能被掀起如此大的研究熱潮,根本原因并不在于其自身的理論發(fā)展與完善,而在于它在諸領(lǐng)域內(nèi)富有成效的應(yīng)用效益.

VR技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)展示方面具有巨大的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，如：房地產(chǎn)展示、博物館內(nèi)容展示、教育教學(xué)展示、旅游景點(diǎn)展示等方面都有很高的實(shí)用價(jià)值.它打破常規(guī)的展示方式，從以前的平面展示、半三維展示進(jìn)入畫面內(nèi)部參觀游覽.VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將對(duì)視覺產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大沖擊，給視覺產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造注入新的動(dòng)力.

2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用

（1）房地產(chǎn)小區(qū)規(guī)劃展示，開發(fā)商制作樣板房需要進(jìn)行實(shí)際裝修，花費(fèi)很高的裝修費(fèi)用.通過VR虛擬現(xiàn)實(shí)客戶可以進(jìn)入尚未建成或尚未開發(fā)的樓盤小區(qū)進(jìn)行參觀，虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)虛擬室內(nèi)效果可以達(dá)到同樣的視覺效果.在降低了研發(fā)成本的同時(shí)利用交互應(yīng)用更改室內(nèi)風(fēng)格，讓客戶感受小區(qū)或樣板房最終建成的效果.

（2）在高端機(jī)器維修專業(yè)中，一臺(tái)機(jī)器就要成百上千萬，這樣的機(jī)器成本在很大的程度上制約了學(xué)員的學(xué)習(xí)數(shù)量和學(xué)習(xí)成本.通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬出該機(jī)器的實(shí)際效果，只需要一套VR設(shè)備即可通過數(shù)字化學(xué)習(xí)便可到達(dá)之前的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果.從而大大降低了學(xué)校和學(xué)員的經(jīng)營和學(xué)習(xí)成本，從而增加學(xué)員數(shù)量，在一定程度上可解決此行業(yè)招工難的問題.

（3）扎克伯格的臉書公司與相關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備及程序公司合作，開發(fā)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)社交網(wǎng)絡(luò).通過穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備可以使人，身在任何地方立刻出現(xiàn)在對(duì)方的面前進(jìn)行交流互動(dòng).這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用顛覆傳統(tǒng)的平面化社交形式.

3 VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)制作流程

圖3-1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)制作流程圖

3.1 前期策劃

前期客戶提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行實(shí)地測試及現(xiàn)場調(diào)研，搜集相應(yīng)的數(shù)據(jù)和規(guī)劃材料.確定平面圖、設(shè)計(jì)風(fēng)格、場景面積、交互功能分化、應(yīng)用設(shè)備等以備后期制作.

3.2 CAD制圖及UV拆分

cad制圖軟件是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）領(lǐng)域最流行的CAD軟件包，此軟件功能強(qiáng)大、使用方便、價(jià)格合理，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、家居、紡織等諸多行業(yè)，擁有廣大的用戶群.[2]通過CAD軟件對(duì)設(shè)計(jì)初期的構(gòu)想進(jìn)行深入制作,對(duì)于場景的尺寸、設(shè)計(jì)物體、使用材料、規(guī)格、施工方式等等進(jìn)行確定.CAD軟件的制作是工程制圖的關(guān)鍵部分.

3.3 三維建模

三維建模軟件有很多種如：3DMAX、MAYA等軟件.每個(gè)軟件又有各自的優(yōu)勢，MAYA軟件適用于三維角色動(dòng)畫、電影等方面的制作；3DMAX軟件更適用于工程建模、室內(nèi)外場景建模等方面的制作.因此對(duì)于室內(nèi)展示三維建模采用3DMAX軟件較為合適.

圖3-2 3DMAX制作

圖3-3 UV拆分制作

在建模過程中要遵循以下原則：

（1）盡最大能力控制模型的面數(shù)，用最少的面做出最理想的效果.（2）相同物體只做一份，利用復(fù)制工具制作，提高制作效率.（3）隱蔽部位刪除相應(yīng)的面片數(shù)據(jù)，達(dá)到最大優(yōu)化.（4）模型布線要合理布線，根據(jù)物體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì).（5）UV拆分中VU點(diǎn)均勻分布，以免后期貼圖出現(xiàn)畫面拉扯變形現(xiàn)象.

建模一般基于多邊形polygon建模形式，在建模過程中利用正四邊布線方式，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)物體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行建模.通過不斷深化模型細(xì)節(jié)完成基礎(chǔ)部分，需要對(duì)模型進(jìn)行拆分UV工作.UV點(diǎn)是分布在模型表面的二維定位點(diǎn)，通過對(duì)UV的合理分解和布局，可以在模型表面繪制出合理的紋理. UV分解在MAYA或3DMAX軟件中，映射UV一般有：平面映射、正方體映射、圓柱映射、球星映射、自動(dòng)映射，制作人員需要根據(jù)模型形狀選擇映射方式.由于大多數(shù)的模型并不是規(guī)矩的形狀，是由多個(gè)不規(guī)則的形體組成.因此需要引進(jìn)UNFOLD 3D軟件，進(jìn)行快速UV分解工作.模型在進(jìn)入軟件之前要對(duì)模型進(jìn)行合理設(shè)計(jì)裁剪，用最少的剪裁線路，能夠讓UV進(jìn)行合理鋪平.經(jīng)過合理的UV分解，進(jìn)入MAYA軟件保存UE4支持的FBX格式模型待應(yīng)用.

3.4 虛幻引擎UE4虛擬現(xiàn)實(shí)制作

前期準(zhǔn)備的FBX格式模型導(dǎo)入U(xiǎn)E4軟件后，對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的貼圖、燈光設(shè)置.規(guī)劃整個(gè)項(xiàng)目中的互動(dòng)方式、碰撞類別、動(dòng)畫等需要互動(dòng)的部分要求和尺度.同時(shí)對(duì)接程序人員進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)編程.編程可分為C語言編程和藍(lán)圖編程，C語言編程適用于計(jì)算機(jī)專業(yè)員工，藍(lán)圖編程適用于美工出身的工作人員.藍(lán)圖更具有可視化編程的特點(diǎn)，效率和功能跟C++相當(dāng).當(dāng)模型材質(zhì)、燈光、互動(dòng)完成制作后進(jìn)行渲染構(gòu)建，進(jìn)行本機(jī)測試.最后經(jīng)過測試沒有其他問題選擇客戶要求的終端環(huán)境進(jìn)行客戶端打包輸出，完成最終輸出測試.

4 總結(jié)

通過以上VR虛擬現(xiàn)實(shí)制作流程，從大的方面闡述了其制作過程中的關(guān)鍵技術(shù).同時(shí)對(duì)制作中的要注意的問題也進(jìn)行了部分?jǐn)⑹?VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)個(gè)行業(yè)的發(fā)展也將起到巨大的變革作用.

〔1〕http://baike.baidu.com/link?url=ORe3zf3DSwW itKbPzesB_zlpy3hPoqZlzMogJ7Mo7seXt-Wa4M nZ1L81Rm3E0Qc2z7ys8GwrQKPZPVBW5MBDUlSNgdemeINQm76AcrhVDdi.

〔2〕http://baike.baidu.com/link?url=TClPRyDE-mZip9SiEOGvaNUhDNnQB1K3ey6Px-4gZc0d ZQlAIg68eSPOly3lIiLCpg5AJUzBm0VHhoA4p3 bHcN0oNBdj-SxDwKAfJ5xdfqepoGYn8H4KtcIeLnbBHhMU

〔3〕馮裕良.高精度模型法線貼圖的制作流程[J].大舞臺(tái),2012（03）:141-142.

J524

：A

：1673-260X（2017）03-0126-02

2016-12-11

國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目：基于HTCvive設(shè)備的沉浸式VR展示制作研究（201610375031）階段性成果；安徽省高校人文社科研究重點(diǎn)項(xiàng)目：VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在徽州雕塑數(shù)字化修復(fù)及展示中的應(yīng)用研究——以徽州石雕為例階段性成果；安徽省高校人文社科研究一般項(xiàng)目：新媒體環(huán)境下徽州漆藝傳承性研究階段性成果；安徽省高校人文社科研究一般項(xiàng)目：基于徽州竹文化下的現(xiàn)代竹木家具設(shè)計(jì)研究階段性成果；安徽高校人文社科研究重大項(xiàng)目《基于設(shè)計(jì)美學(xué)的徽派建筑傳承與創(chuàng)新研究》（SK2015ZD23）項(xiàng)目階段性成果；安徽省高等教育振興計(jì)劃重大教研項(xiàng)目《基于徽文化的應(yīng)用型設(shè)計(jì)學(xué)專業(yè)教學(xué)改革研究》（2014zdjy121）階段性成果