基于Unity3D虚拟空间交互系统.pdf
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1、信息记录材料 年 月 第 卷第 期基于 虚拟空间交互系统高 强(山西职业技术学院 山西 太原)【摘摘要要】针对 、等计算机辅助设计软件缺乏交互性功能的问题基于 开发引擎的虚拟现实技术应用展开了深入研究并设计了一个/架构的虚拟空间交互系统对三维场景实时渲染、碰撞检测等核心功能的实现方法进行了探讨为虚拟现实技术在虚拟空间交互系统中的应用提供了一定的参考经验【关关键键词词】虚虚拟拟空空间间 虚虚拟拟现现实实技技术术 软软件件【中中图图分分类类号号】【文文献献标标识识码码】【文文章章编编号号】()作者简介:高强()男山西五台硕士讲师研究方向:计算机辅助设计技术 引言随着计算机技术的发展借助 、等计算机
2、辅助设计软件已经可以构建出十分逼真的三维虚拟空间并将其广泛应用于工业制造、建筑设计等专业领域 但是采用上述方法所构建的三维虚拟空间都是静态空间不具有交互功能用户只能通过固定视角对局部空间进行观测且不能对数据进行动态查询和处理因此在实际应用中用户还需要辅助人工操作进行图像拼接和数据采集 针对这一技术缺陷本研究结合虚拟现实技术基于 开发引擎设计了一个虚拟空间交互系统在构建好的三维虚拟空间基础上增加了场景漫游、模型编辑、数据管理等动态交互功能 关键技术概述 三维建模三维建模用于虚拟现实场景中所有三维素材的设计与制作常用软件有 、等三维建模的主要方法有 种 第一种是人工建模也就是通过人工操作上述软件进
3、行模型的设计构建、材质绘制等 的模型构建方法是先通过图形绘制命令生成准确尺寸的二维图形再依据高度标注等参数转换为三维模型适用于建筑模型、工业零配件模型的制作、软件是基于几何体方式直接进行三维模型的制作通过几何面片的拼接、编辑生成各种形态的模型体并提供有材质管理器、粒子特效、场景光源等工具适用于大场景、人体等复杂模型的构造 第二种是通过三维扫描实现模型重构利用三维扫描设备对真实物体进行数据采集再通过模型重构算法转换为数字化模型适用于仿真要求度高的模型制作 虚拟现实技术虚拟现实技术是一种计算机仿真技术通过三维建模、计算机编程等方式实现对真实世界的数字化模拟用户可以配合相应的虚拟产品对数字环境进行虚
4、拟体验和交互如虚拟场景漫游、光源变化、虚拟物品操作等 虚拟现实技术主要由硬件部分与软件系统两部分组成 硬件部分主要指的是 眼镜、手柄等设备它是虚拟软件系统运行的物理载体通过左右眼分开成像的光学原理在人眼中呈现出立体的视觉效果同时配合传感器、手柄就可以与虚拟场景进行人机交互 软件系统又分为前端与后端系统两部分前端系统负责三维场景渲染、用户交互和业务逻辑处理等功能的实现后端系统负责三维场景的图形运算和数据库管理 引擎 引擎是虚拟现实软件系统开发的核心工具负责场景搭建、交互程序设计、业务逻辑控制、前后端数据通信等功能的实现主流的常用软件为、这两款 引擎软件最初主要用于三维游戏的设计、开发其中 具有跨
5、平台部署、多种编程语言的程序库支持、物理属性模拟、粒子特效等技术优势且匹配有丰富的第三方资源库和多种第三方软件工具的通信接口使其在虚拟现实技术领域也快速得到了广泛应用此外针对数据通信 还提供了 与 两类数据库接口 虚拟空间交互系统的开发需求分析 功能需求()交互性功能需求 允许用户对虚拟空间进行各种交互操作包括二维/三维视图切换、场景漫游、建筑元素的移动/编辑、建筑材质更换、光照效果切换、视角切换等()动态数据管理需求 包括用户数据管理、系统数据管理、专业数据管理等用户数据管理指的是系统用户的基本信息管理系统数据管理包括系统设置参数、通知消息、日志以及系统备份恢复记录等数据的管理专业数据管理是
6、指虚拟建筑空间规划的测量数据、用户标注数据等信息的管理()粒子效果与物理属性的动态模拟需求 允许用户通过粒子效果切换实现对自然环境的风、光、雷、电、火等效果的模拟通过物理属性设置实现虚拟空间中物体碰撞、摩擦等物理效果的模拟()文件格式的解析需求 虚拟空间系统涉及了大量的三维场景、模型、贴图等素材资源还涉及了不同软件开发平台下多种文件格式的数据交互与转换 所支持的音频类文件格式有原生音频、压缩音频信息记录材料 年 月 第 卷第 期、等模型类资源的文件存储格式为 贴图文件存储格式有、等 因此系统还需要具备文件格式的解析功能以实现各种数据文件格式的动态交互 性能需求()系统实时性 由于系统涉及大量三
7、维数据的可视化处理特别是在空间动态变换的情况下场景、模型的实时渲染需要消耗大量的运算资源一旦资源调度不合理就会产生明显的延时甚至宕机因此保障系统的实时性是十分必要的()数据安全性 虚拟空间交互系统应用于专业领域时相关数据多属于商业数据在数据的安全性方面要求要高于一般的用户数据因此在数据安全性方面需要具有完善的保障机制包括用户数据合法性验证、数据操作日志管理机制、数据安全备份与恢复机制等()系统的稳定性 系统稳定性是对系统综合性能的一种客观评价评价指标包括系统的平均无故障时间、平均故障修复时间、平均故障间隔时间等 系统稳定性越高系统的有效使用时间就越长相对的技术投入成本也就越低 因此在系统应用过
8、程中应建立相应的故障检测、用户反馈、设备维护等机制以保障系统的稳定运行 基于 的虚拟空间交互系统构建 系统架构与功能设计基于 的虚拟空间交互系统的架构设计主要采用了客户端/服务器(/)模式 建筑空间规划设计 系统架构设计如图 所示图 建筑空间规划设计 系统架构设计 客户端功能设计客户端主要负责用户验证界面、界面、可视化场景界面的动态效果显示与业务逻辑管理 用户验证界面用于采集用户的登录信息并通过服务器请求完成信息的合法性验证 界面负责各类交互控件的 动态显示 提供的 控件包括文本控件、按钮控件、图像控件、滑动杆、富文本等同时 还为这些控件配置了各种外观属性如颜色、透明度、描边、阴影等通过程序控
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