虛擬現(xiàn)實技術導論 課件 第6章 Unity開發(fā)實例-VR電力仿真培訓系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實技術導論第6章Unity開發(fā)實例——VR電力仿真培訓系統(tǒng)本講大綱6.1Unity簡介6.2

VR電力仿真培訓系統(tǒng)設計6.3

VR電力仿真培訓系統(tǒng)實現(xiàn)6.1Unity簡介Unity3D優(yōu)勢及特點Unity一次開發(fā)即可針對iPhone、Android、Web、Windows、MacOSX、Wii、PS3、XBox360的平臺直接輸出產(chǎn)品，而無需進行二次開發(fā)和移植。Unity系統(tǒng)概述Unity系統(tǒng)組成系統(tǒng)由應用層、展示層、業(yè)務層、數(shù)據(jù)設計、數(shù)據(jù)層以及基礎層6部分組成。Unity開發(fā)流程Unity開發(fā)特點高逼真感渲染引擎延遲渲染內(nèi)置shader統(tǒng)一的著色系統(tǒng)全屏后處理效果表面著色渲染底層接管控制動態(tài)貼圖融合高效的光影圖、創(chuàng)建和控制全局照明、天空燈、以及自定義的發(fā)光材質(zhì)逼真的自然景觀。地形、樹木、灌木、巖石物理引擎NVIDIA?PhysX?次世代物理引擎，生動真實的模擬現(xiàn)實物理現(xiàn)象布料模擬互動性質(zhì)的布皮膚性質(zhì)的布柔體物理體剛體物理體關節(jié)模擬車輪運動模擬開發(fā)方式Unity3D操作極為簡單、直觀，操作基本上和主流的3D軟件一致。在程序方面使用自帶的MoNoDevelop編輯器，使用C#或者JavaScript等高級語言實現(xiàn)腳本功能，使作為開發(fā)者來說無需掌握底層復雜的腳本語言。即使不使用腳本開發(fā)也能快速的開發(fā)出具有高性能、高品質(zhì)的游戲以及虛擬現(xiàn)實的產(chǎn)品。工程向?qū)姘骞こ涛募篣nity工程文件中存儲了我們開發(fā)游戲所需要的資源、場景等相關資源。當我們打開Unity的時候，會出現(xiàn)ProjectWizad面板。這里是要求我們創(chuàng)建一個工程文件。工程文件存儲地址需要導入的資源包Unity編輯器結(jié)構編輯器中的5大視圖：Project視圖、Hierarchy視圖、Inspector視圖、Sence視圖Game視圖以及標題欄、菜單欄和工具欄。Sence視圖Game視圖Hierarchy視圖Project視圖Inspector視圖標題欄菜單欄工具欄Unity腳本Unity支持：JavaScript，C＃和PythonBOO。這三種語言的運行效率一樣的快速。并且都支持數(shù)據(jù)庫，正則表達式，XML，網(wǎng)絡函數(shù)庫的開發(fā)。腳本與Unity中其他組件相同，都必須綁定在游戲?qū)ο笾胁拍軋?zhí)行它的生命周期。Unity中默認使用的是MonoDevelop腳本編輯器，同時我們也可以選擇其他常用的腳本編輯器進行腳本編寫。例如：MicrosoftVisualStudio系列等。選擇Edit-Preferences-ExternalTools，點擊Browes即可選擇其他腳本編輯器。C#面向?qū)ο缶幊痰乃枷敫臃蟯nity引擎原理并且與大多流行插件、硬件可以進行完美對接。所以在日常開發(fā)過程中大多使用C#語言進行開發(fā)。接下來我們將以C#語言對unity腳本進行講解?；诶L制引擎的VR應用程序(漫游)構造過程場景數(shù)據(jù)庫模型加載模型控制面及控制參數(shù)非碰撞實體表面定義場景調(diào)度

碰撞檢測地形匹配實體操縱輸入映射與解釋

狀態(tài)設置

視點控制

交互設計

二維地圖

特殊效果外部輸入DOF實體約束

系統(tǒng)狀態(tài)控制機制外部輸入（包括各種傳感器輸入及可能的網(wǎng)絡命令等）狀態(tài)設置：用于定制漫游系統(tǒng)，在漫游過程中打開/關閉漫游引擎提供的某些功能，包括設置特殊效果以及是否使用二維地圖向?qū)?。視點控制：控制漫游系統(tǒng)中觀察相機的運動，在相機運動的過程中，完成場景調(diào)度控制、碰撞檢測與響應、地形匹配等功能。交互設計：在漫游過程中進行簡單的虛擬場景動態(tài)交互設計。實體操縱：對虛擬環(huán)境中的實體實施選擇、操縱。如開/關門窗等。漫游引擎的狀態(tài)機制通用漫游框架中定義的絕大多數(shù)功能都被定義為可選擇項，也就是說，漫游者可以根據(jù)自己的需要打開或關閉某些功能，如開/關霧化效果、開/關二維地圖、決定是否進行碰撞檢測、選擇透明處理方式等。另一方面，漫游者還可以對漫游系統(tǒng)的初始狀態(tài)進行設置，比如觀察相機的初始位置、相機行進的速度步長、轉(zhuǎn)角的步長、系統(tǒng)模擬的氣候條件（晴、多云、陰）、時段（早晨、中午、傍晚）等。輸入設備映射鍵盤鼠標游戲桿步行器傳感器用戶控制指令視點控制相機運動參數(shù)映射解釋視點控制模型walker_heighteye_height行走相機觀察相機v_p1v_p0v_p2w_p1w_p0w_p2step-step

漫游引擎的狀態(tài)機制場景調(diào)度控制碰撞檢測與響應地形匹配技術二維地圖漫游向?qū)б勒沼嬎銠C圖形學正投影的原理，將三維場景模型“壓縮”到一個平面上，然后運用相機資源，實現(xiàn)地圖的顯示、縮放以及二維與三維視點的同步運動基于霧化效果的恒定幀頻技術6.2VR電力仿真培訓系統(tǒng)設計應用層及展示層應用層采用主流PC主機和HTC或HP主流VR頭顯產(chǎn)品。主要完成以下功能：培訓人員通過學習模式觀看視頻、文檔資料學習電力知識，通過訓練模式在VR虛擬場景中進行電力操作培訓，同時具有對培訓人員進行電力知識及操作考核的功能，所有信息均載入數(shù)據(jù)庫，以方便管理員及教練實時查詢信息并管理。展示層采用Unity渲染管線技術和PBR（PhysicallyBasedRendering）物理渲染流程，構建一種高度沉浸式的體驗，使培訓人員置身于虛擬環(huán)境中進行虛擬訓練。業(yè)務層和數(shù)據(jù)表單設計業(yè)務層由以下6個模塊構成。教員端。供教練或培訓導師使用，用于創(chuàng)建、管理和監(jiān)控培訓課程；學員端。供學員學習、培訓、考試使用；VR培訓端。VR培訓的主要內(nèi)容和學習體驗；VR考試端。通過VR考試評估學員的知識和技能；系統(tǒng)后臺。用于管理整個平臺的運行和配置；系統(tǒng)日志。用于記錄系統(tǒng)操作、用戶活動和錯誤日志。數(shù)據(jù)層和基礎層數(shù)據(jù)層采用MySQL數(shù)據(jù)庫以及UnityRPC（RemoteProcedureCall）技術。MySQL是一種流行的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，適用于中小規(guī)模應用程序和項目。Unity中，RPC允許不同的游戲?qū)ο笤诰W(wǎng)絡上進行通信和交互。通過使用Unity的網(wǎng)絡功能，可以在多個客戶端之間發(fā)送RPC消息?；A層采用SteamVR和VRTK（VirtualRealityToolkit）工具包。SteamVR是由ValveCorporation開發(fā)，支持多種虛擬現(xiàn)實頭顯和控制器。VRTK是使用Unity進行VR交互開發(fā)的工具，它包含交互組件、導航工具、事件系統(tǒng)和多平臺支持。Unity資源主要包括UI、場景、模型、貼圖、材質(zhì)、動畫、特效、字體等。場景與模型首先，使用3D建模工具（如Blender、Maya、3dsMax等）創(chuàng)建場景，在建模前應設置好單位，確定模型比例，同時場景搭建還應考慮燈光、陰影效果、渲染管線等因素，使場景更真實。其次，創(chuàng)建斗臂車、檢測儀、絕緣手套等需要進行交互的3D模型，模型應包括所有必要的部件和細節(jié)，模型的紋理、貼圖和材質(zhì)需符合制作規(guī)范，參考現(xiàn)實模型，以便在虛擬現(xiàn)實中逼真地展示。動畫創(chuàng)建斗臂車控制動畫，以實現(xiàn)其運動和操作。使用3D動畫軟件（如Blender、Maya、3dsMax等）或Unity動畫系統(tǒng)實現(xiàn)動畫效果。6.3VR電力仿真培訓系統(tǒng)實現(xiàn)動畫創(chuàng)建Unity項目，導入VR開發(fā)工具包，設置工程導入美術資源并進行分類管理搭建程序框架進行開發(fā)“斷分支引流線作業(yè)”仿真模塊開發(fā)需求分析：模擬電力操作人員在戶外環(huán)境下通過控制電力專用絕緣斗臂車完成斷分支線路引流線作業(yè)。連接絕緣斗臂車地線。培訓人員走進絕緣斗臂車的控制臺，撥動斗臂車控制臺上相應開關，緩慢放下腳撐，直到所有腳撐全部撐住地面；培訓人員走進斗臂車地線放置點，拉拽地線的插入端，將其插入附近樹旁邊的土壤里面。防護工具絕緣性測試及穿戴防護工具。培訓人員走進放置工具的絕緣布，拿起絕緣性測試儀左右兩個測試端，依次檢測防護手套、防護服、防護鞋、測距桿、遮蔽罩、操縱桿、線夾桿等工具的絕緣性，確認是否滿足絕緣性需求；穿戴防護服、防護靴，然后檢查防護手套氣密性，確認合格后穿戴防護手套。在指定環(huán)境下進行斷分支引流線操作。培訓人員拿起剝線器，在分路位置用剝線器進行剝線，剝線完成后放回剝線器；拿取線夾，夾在剝線的位置；拿一根導線，完成分支路引流線的安裝。開發(fā)過程根據(jù)需求選擇Unity版本，設置為3D模式，輸入項目名稱和保存位置，單擊Createproject按鈕創(chuàng)建Unity項目。開發(fā)過程右擊Project面板，依次單擊ImportPackage、CustomPackage選項，導入VR開發(fā)工具包，或在Unity商店下載、導入VR開發(fā)工具包。開發(fā)過程單擊菜單欄Edit->ProjectSetting->Player打開設置面板，設置項目基本信息，根據(jù)需求勾選VirtualRealitySupported。使用UGUI系統(tǒng)搭建UI界面搭建程序框