基于VR技術(shù)程序開發(fā)設計方法簡化研究

摘要：本文為實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實程序開發(fā)的有效簡化，借助PAR平臺和PAR方法，總結(jié)出一種虛擬現(xiàn)實程序開發(fā)的新方法。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);Unity 3D; PAR平臺

隨著我國科學技術(shù)水平的不斷提高，各種高新技術(shù)不斷被研發(fā)出來并投入使用，其中以虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）最受各行各業(yè)及技術(shù)研發(fā)人員的關(guān)注，可是在其實際應用當中，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的應用均需要由計算機軟件來實現(xiàn)，進而導致虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件尤為復雜，為此本文將PAR平臺及方法為基礎，結(jié)合虛擬現(xiàn)實軟件系統(tǒng)主要特征，對開發(fā)虛擬現(xiàn)實軟件的新方法進行探討。

1 概述

VR技術(shù)是集計算機、多媒體、傳感器、人工智能等多種先進技術(shù)于一體進而達成人機交互的一種技術(shù)手段，其可以將當前存在的多種技術(shù)進行合理應用，以此模擬出各式各樣的真實世界，從而讓人們產(chǎn)生到身臨其境的感覺。以當前科學技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，VR技術(shù)在未來必定成為各行業(yè)的發(fā)展基礎，由于其具有較強的跨學科性，目前已經(jīng)成為科技探索中的第三種手段[1]。VR技術(shù)主要包含三個特征：其一，沉浸感，指人在虛擬環(huán)境和獲得與現(xiàn)實世界差距不大的感受;其二，交互性，指人處于虛擬環(huán)境中時，能與虛擬環(huán)境中的事物交互，同時可于人機操作界面反饋;其三，構(gòu)想性，人機交互時人可不受限制的選擇任一場景漫游，進而讓人在各種虛擬環(huán)境中產(chǎn)生更多新想法[2]。

2 Unity 3D簡介

Unity 3D是一款操作相對簡單的游戲開發(fā)工具，是一個由Unity Technologies公司開發(fā)并進行全面整合的專業(yè)游戲引擎[3]。Unity 3D編輯器在微軟公司開發(fā)Windows系統(tǒng)和蘋果公司專屬Mac OS X系統(tǒng)中均能穩(wěn)定運行，并可在Windows、Mac、iPhone、Android、Windows phone 8等系統(tǒng)平臺中發(fā)布游戲，同時也可在Unity web player插件輔助下進行網(wǎng)頁游戲發(fā)布。相比其他游戲引擎，Unity 3D具有更強的跨平臺性、交互性及可移植性，得到了許多游戲制作公司的青睞[4]。Unity 3D的最初設計目的并非虛擬現(xiàn)實，但在場景開發(fā)時開發(fā)者能實時預覽場景變化，致使其逐漸被VR所利用，物理碰撞器、網(wǎng)絡功能、燈光特效等功能都可由Unity 3D直接提供，從而可一定程度上降低開發(fā)者工作量，縮短場景渲染時間，進而使得虛擬現(xiàn)實的開發(fā)效率大幅度提升。

3 Unity 3D開發(fā)VR程序基本過程

研究發(fā)現(xiàn)，開發(fā)一個典型VR程序通常要進行需求分析、模型建立和C#腳本開發(fā)與測試三個步驟，本文以相對簡單的VR球類游戲?qū)σ陨先齻€步驟進行舉例說明。

3.1 程序需求分析

游戲玩法介紹：在一個盒子中，存在n個普通小球、一個較大氣球及一個透明板，游戲過程中需借助VR設備吹動氣球，VR設備與攝像頭在此過程中能對用戶嘴部和肢體動作行動態(tài)捕捉，以評定用戶吹氣球的動作，從而將用戶吹氣球的過程模擬出來，游戲開始后透明板會以一定速度向氣球移動，用戶吹動氣球并撞到小球后得分，并使得透明板向遠離氣球的方向移動一段時間，此段時間過后透明板繼續(xù)向氣球移動，直至透明板撞到氣球，游戲結(jié)束，游戲結(jié)構(gòu)詳見圖1。

3.2 模型建立與加載

以往軟件系統(tǒng)實現(xiàn)人機交互多是常通過等標準輸出入設備，VR軟件系統(tǒng)則無需這些硬件設施，用戶在使用VR設備期間，僅需要一臺設備就可以直接進入VR軟件系統(tǒng)為其營造的3D環(huán)境中，設備還能實時監(jiān)測用戶的動作與表情，進而達成人機交互，由此可見，3D建模在VR軟件系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用。通常情況下，3D建模需要首先使用3DS MAX等3D建模軟件進行模型設計，并將這些設計好的模型以.fbx或.obj格式存儲起來，隨后將這些模型文件導入Unity 3D中行上色處理，此過程中，Unity 3D主要提供了Assetbundle.Load讀取和加載資源與Resources.Load動態(tài)加載資源兩種加載方法。第一種加載方法主要是為了應對.fbx格式文件無法在Unity 3D中實現(xiàn)穩(wěn)定運行的狀況，因此普通情況下，常會利用這種加載方法先將文件轉(zhuǎn)換為.prefab格式，隨后再導入Unity 3D中進行上色。第二種加載方法能夠從缺省打進程序包中的AssetBundle里面行資源加載，但通常此類文件需要由用戶自建，運行時為動態(tài)加載，加載路徑與文件來源均能由用戶指定，所以利用這種方式進行資源加載，可有效解決資源依賴問題，以便于用戶制定路徑和來源對GameObject進行快速加載[6]。

3.3 C#腳本開發(fā)與測試

C#腳本是一種以C#為主要編寫方式、以控制3D模型移動和功能為主要目的的控制程序，在Unity 3D導入所有以.prefab格式儲存的3D模型后，需用進行C#腳本編寫以實現(xiàn)對模型的控制。各個C#腳本相互制約、相互聯(lián)系，其能通過對用戶數(shù)據(jù)進行全面收集，進而控制3D模型，從而完成人機交互，并達成多種功能。

4 VR程序開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 3D建模技術(shù)

研究表明，模型精細程度與用戶體驗之間存在緊密聯(lián)系，因此在一般情況下，優(yōu)秀的VR作品都會伴隨精致的3D模型，想要構(gòu)建出更為精細的3D模型，則需要計算機圖形技術(shù)和立體顯示技術(shù)這兩種技術(shù)手段的幫助。計算機圖形技術(shù)是一種利用計算機完成圖形生成、顯示及繪制的技術(shù)，圖形在計算機中多以數(shù)據(jù)形式存在和表達，如果想要將對圖形進行顯示、繪制、打印等操作，則需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成線條，此技術(shù)不僅可以實現(xiàn)大批量機械圖、電路圖等圖形的快速規(guī)范制作，同時還能通過其制作動態(tài)圖形和三維圖形，從而將繪圖無法解決的問題有效解決。立體顯示技術(shù)則是一種能實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的技術(shù)手段，現(xiàn)階段存在的方式主要包括雙色眼鏡、立體顯示器、真三維立體顯示器、主動立體顯示等[7]。

4.2 C#腳本編寫技術(shù)

C#作為一款由微軟公司研發(fā)的程序設計語言，主要面向于.NETFramework和NET Core之上的高級程序設計。應用Unity 3D開發(fā)VR程序的過程中，需要開發(fā)者對3D模型進行腳本編寫才能使其運作起來，富有生命力，因此在此期間難免會使用C#語言來進行腳本編寫，并且VR程序越大，需要編寫的C#腳本便會越多越復雜。

5 VR在已拓展PAR平臺中的實現(xiàn)

5.1 PAR平臺及方法

PAR平臺和PAR方法是一種綜合性較強的軟件開發(fā)環(huán)境。PAR平臺是一種由Apla代碼轉(zhuǎn)換至高級程序設計語言的自動轉(zhuǎn)換工具，包含Radl轉(zhuǎn)換為Apla的自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、Apla轉(zhuǎn)換為Java的自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、Apla轉(zhuǎn)換為C++的自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等;PAR方法主要由一系列建模語言和形式化規(guī)則兩方面內(nèi)容組成。

5.2 PAR平臺拓展思路

框架選擇是軟件開發(fā)過程中十分重要的步驟之一，高性能框架可在軟件開發(fā)的后續(xù)工作中發(fā)揮出重要作用，但是并非所有軟件框架均可達到完美程度，比如利用Unity 3D進行引擎開發(fā)時，就會存在許多需要使用C#編寫代碼的問題，但針對這些問題，合理使用PAR平臺及方法，便只需要進行少量代碼編寫，即可將一些相對復雜的功能設計出來，進而使編程效率得到大幅度提升[8]。

5.2.1 PAR方法簡化VR程序開發(fā)過程

通過對大量VR程序開發(fā)過程進行研究，現(xiàn)己明確VR程序的開發(fā)過程，因此便可將由一系列建模語言和形式化規(guī)則組成的PAR方法拓展到VR領域，并通過使用效率驅(qū)動的開發(fā)方法對程序進行簡化，從而實現(xiàn)程序自動化。因此簡化VR程序開發(fā)過程時，首先可利用PAR方法中的建模語言對利用UML建模的VR程序進行簡化，其次利用Apla語言對C#腳本的編寫效率進行全面提升，從而減少VR程序開發(fā)所需時間，并確保開發(fā)者無需熟悉C#語言，即可實現(xiàn)復雜C#腳本的編寫，最后通過將Apla語言編寫代碼轉(zhuǎn)化成C#腳本，以便于Unity 3D程序隨時調(diào)用。

5.2.2 PAR平臺拓展數(shù)據(jù)庫

使用Unity 3D進行VR程序開發(fā)時，大多數(shù)VR程序均要使用數(shù)據(jù)庫操作，但是利用Unity 3D本身提供的圖形化界面無法確保這些數(shù)據(jù)庫操作能夠有效實現(xiàn)，而是需要通過Visual Studio編寫以下程序來實現(xiàn)：

更新數(shù)據(jù)：

string s=“server=localhost： database=u3dproject; uid=sa;pwd=qwe”;

SqIConnection conn-new SqIConnection

conn.Open0;

SqICommandcmd=new SqICommand0;

cmd.Connection=conn;

cmd.CommandText=“INSERT INTO Userlnfo VALUES （Jom.Boy，1 7，Namchang）”;

SqID ataReader=sdFcmd.ExecuteReader0;

讀取數(shù)據(jù)：

string s=“server=localhost;database=u3dproj ect;uid=sa;pwd=qwe";

SqIConnection conn=new SqIConnection（s）;

conn.Open0;

SqICommandcmd=new SqICommand0;

cmd.Connection-conn：

cmd.CommandText=“select*from Table”：

SqIDataReadersdr =cmd.ExecuteReader（）;

while （sdr.Read0）{

print（sdr[O].ToString0）; ）

cmd.Dis pose（）;

6 結(jié)束語

大數(shù)據(jù)時代的到來，以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬環(huán)境中的交互體驗越來越受到關(guān)注，VR技術(shù)不僅改變了人機交互方式，同時也改變了人類的生活方式，致使基于VR技術(shù)的程序開發(fā)顯得極為重要，為有效應對當前VR程序開發(fā)方法復雜的現(xiàn)象，應積極探索新方法以簡化VR程序開發(fā)，其不僅有助于加快VR程序開發(fā)速度，同時對于促進我國VR技術(shù)發(fā)展也具有一定推動作用。

參考文獻

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[2]閆亞剛，劉恒，李中旗等，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的高壓開關(guān)設備三維檢修系統(tǒng)設計[J].電子設計工程，2020，28 （17）：156-159+164.

[3]蔣寧，徐濟惠，基于可視化的VR編輯引擎[J].計算機系統(tǒng)應用，2020，29 （5）：76-81.

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作者簡介

李傳志（1984-），男，吉林省吉林市人。碩士學位，講師。研究方向為計算機科學與技術(shù)。