Sürükleyici Sanal Kampüs Simülasyon Sisteminin Geliştirilmesi ve Anahtar Teknoloji Araştırması
Li Tingting, Liu Shi, Chen Falu
(Dijital Sanat Bölümü, Dalian Neusoft Bilgi Enstitüsü, Dalian 116023, Liaoning)
: Sanal gerçeklik teknolojisi insanlara sürükleyici bir his verebilir. Geleneksel sanal gerçeklik sistemlerinin çoğu, daldırma konusunda güçlü olmayan ve etkileşimi zayıf olan masaüstü sanal gerçeklik yöntemlerini kullanır ve deneyicinin sanal sisteme dalmasına izin veremez. Bu faktörlere dayanarak, makale, 3D sanal kampüs simülasyon sisteminin gereksinimlerine göre Unity3D platformuna dayalı, sürükleyici bir sanal kampüs dolaşım sistemi tasarlar ve uygular ve sürükleyici sanal kampüsün geliştirilmesinde kullanılan anahtar teknolojileri inceler. Deneyler, sistemin sanal dolaşıma dalma eksikliğinin eksikliklerinin üstesinden gelebileceğini göstermektedir.Kullanıcılar, gerçek kampüse benzer bir sanal ortam deneyimleyebilir ve sanal ortamla etkileşime girebilir. Sistem basit ve uygulaması kolaydır ve geniş uygulama olanaklarına sahiptir.
: Sanal kampüs; kampüs modelleme; sürükleyici dolaşım; insan-bilgisayar etkileşimi
: TP391.9 Belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.01.024
Alıntı biçimi : Li Tingting, Liu Shi, Chen Falu. Sürükleyici sanal kampüs simülasyon sistemi geliştirme ve anahtar teknoloji araştırması J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (1): 79-82.
0 Önsöz
Sanal gerçeklik teknolojisi (Sanal Gerçeklik, VR), üç boyutlu sanal sahneler oluşturmak için bilgisayarların kullanılmasıdır, insanları sanal ortama sokar, sürükleyici bir his verir ve sanal sahnedeki sahnelerle etkileşime girebilir ve eğlence ve askeri alanda yaygın olarak kullanılır. , Tıp, eğitim ve diğer alanlar [1]. Sanal gerçeklik teknolojisi iki kategoriye ayrılabilir: biri sürükleyici bir sanal gerçeklik sistemidir.Deneyleyici, sürükleyici sanal gerçeklik üretmek için özel sanal gerçeklik giyilebilir cihazlar (kasklar, veri eldivenleri vb.) Aracılığıyla sanal bir sahnede onunla etkileşime girebilir. Çevre duygusu. Sürükleyici olmayan bir sanal gerçeklik sistemi genellikle, sanal gerçeklik ekipmanı yardımı olmadan bilgisayar faresi, monitör ve klavye gibi standart çevre birimleri aracılığıyla bilgisayar masaüstünde pencere benzeri bir sanal ortamın oluşturulmasına atıfta bulunur. Bu yöntem ucuzdur ancak daldırma oranı düşüktür [2 ].
Son yıllarda, sanal gerçeklik teknolojisi ile ilişkili bazı sanal kampüslerin gelişimi giderek daha fazla ilgi çekmiştir [3]. Bunların arasında, sanal kampüs dolaşım sistemi her zaman yurtiçinde ve yurtdışında bir araştırma noktası olmuştur. Örneğin, Almanya'daki Stuttgart Üniversitesi sanal bir kampüs inşa etmeye uzun zaman önce başladı [4] ve kampüsün gerçek bir simülasyonunu sağladı. Daha sonra Zhejiang Üniversitesi, Tsinghua Üniversitesi, Shandong Üniversitesi vb. Dijital kampüslerin inşasını gerçekleştirdi [5]. Jilin Üniversitesi, 3DSMax'a dayalı kampüs sahneleri oluşturdu ve ardından grafikleri yeniden oluşturmak ve kampüs dolaşımını sağlamak için bunları görüntülemek için DirectX'te profesyonel bileşenler seçti [6] 'nın etkisi. Geleneksel sanal kampüslerin geliştirilmesi çoğunlukla Quick Time VR modunu benimser, doğruluk yüksek olmasına rağmen etkileşim zayıftır ve daldırma hissi güçlü değildir [7]. Buna dayanarak, bu makale, sanal kampüs sahnesini daha da iyileştirmek için Occlus dk2 ile birlikte Unity3D [8] tabanlı sanal bir kampüs geliştirmekte ve sistem tasarımı, 3D modelleme, sahne etkileşimi ve diğer ilgili teknolojileri tartışmaktadır.
1 sistem tasarımı
Sürükleyici sanal kampüs simülasyon sistemi, sanal bir kapalı kampüs oluşturmak için geleneksel kampüs manzarasının modellenmesine dayanmaktadır. Sistem gereksinimlerinin analizine dayalı olarak, sanal gerçeklik teknolojisi, kullanıcı etkileşimiyle işbirliği yapmak için kullanılır, böylece kullanıcılar sanal kampüste dolaşmak için sanal gerçeklik ekipmanı giyebilir, kampüs iç binalarını ziyaret edebilir ve kampüs kültürü ve tarihi hakkında bilgi edinebilir. Bu makale, sürükleyici bir sanal kampüs dolaşım sistemi geliştirmek için Unity3D teknolojisini ve Occlus dk2 sanal gerçeklik kaskını kullanır. İlk olarak, 3DMAX modelleme araçlarına dayalı üç boyutlu bir kampüs modeli oluşturun; ardından sahne alanı oluşturmak için Arazi araçlarını kullanın; son olarak, kullanıcı etkileşimini, sanal dolaşımı ve diğer işlevleri gerçekleştirmek üzere çarpışma algılaması eklemek için kampüs modelini Unity'ye aktarın, böylece kullanıcılar kendilerini sürükleyici hissederler. Ve iyi bir etkileşime sahiptir. Sistem geliştirme süreci Şekil 1'de gösterilmektedir.
2 anahtar teknoloji
2.1 Kampüs modelleme
Kampüs 3D modelleme, sanal kampüs yapım sürecinin çok önemli bir parçasıdır.Sanal kampüs dolaşım sisteminin deneyim etkisi, kampüs 3D modelleme etkisi ile doğrudan ilişkilidir. Bu yazıda, tüm kampüs binaları 3DMAX modelleme yazılımı kullanılarak uygulanmaktadır.Yapı modelinin oluşturulması sürecinde bina 1: 5.000 ölçeğinde inşa edilmiş ve ardından dosya fbx formatında kaydedilmiş ve son olarak oluşturulan fbx dosyası Unity3D'ye aktarılmıştır. Sahneyi oluşturun.
Modelleme sürecinde hem modelin gerçekliği hem de sistemin hızı dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, üç boyutlu sanal bir kampüs peyzajı oluşturmak için ince modelleme ve basit modellemenin bir kombinasyonu kullanılır [9]. İki tür kampüs sahne modeli vardır: biri, binaları, yurtları, kütüphaneleri vb. Öğretmek gibi karmaşık bir modeldir. Bu modelin üretimi için gereksinimler çok ayrıntılıdır ve modelleme sırasında ayrıntılar uygun şekilde muhafaza edilmelidir; diğeri basit bir modeldir , Yollar, oyun alanları vb. Gibi, bu modelin üretimi çok basittir, sadece kaba bir taslak yapın, üç boyutlu efektler elde etmek için dokulara güvenebilirsiniz. Modelin oluşturulma sürecinde, modelin özgünlüğünü etkilemeden modelin yüz ve segment sayısı azaltılmalı ve modelin kesişme noktasındaki görünmez yüzlerin sayısı silinmelidir.Tek bir modelin yüz sayısı 1.000'i geçemez, aksi takdirde sistemi etkileyecektir. Nihai etki, modelin tüm sahnede optimize edilmesiyle elde edilir.
2.2 Etkileşimli arayüz
Sürükleyici sanal kampüs dolaşım sisteminin arayüz tasarımının temel amacı basit, sezgisel ve kullanıcı dostudur. Esas olarak arayüz renk sıralama, yazı tipi birleştirme ve sayfa düzeni ve diğer faktörleri göz önünde bulundurun [10]. Deneyimcinin kampüsü gezmesini kolaylaştırmak için bu makale, okul sahnesinin açıklığını arttırmak için arayüz tasarımı ilkelerine uygun olarak deneyimleyiciye geniş bir ekran alanı ayırır, böylece sistemle etkileşime giren fonksiyon butonları sayfanın sol tarafında Button şeklinde çizilir. Sağdaki geniş alan, kampüs dolaşımı sırasında gezinme ekranlarını ve etkileşimli efektleri görüntülemek için kullanılır.
2.3 İletim işlevi
Sahnede dolaşım deneyimini kolaylaştırmak için, bu makale portal işlevini ayarlar. Gezici lens belirlenen aktarım konumuna ulaştığında, gerektiğinde sahnedeki diğer konumlara iletilebilen veya hızlı bir şekilde konumlandırılabilen ve navigasyon haritasında dolaşılabilen bir iletim iletişim kutusu görünecektir. Gitmek istediğiniz konum Şekil 2'de gösterilmektedir. Kodun bir kısmı aşağıdaki gibidir:
// Çarpışma algılama işlevi
function OnTriggerEnter (col: Collider) {
// Koşul, bir kişiye çarpıp vurmadığını belirler, çarpışma tetiklenirse portal açılır
if (col.gameObject.tag == "Player") {
Chuansongmen.ch = 0;}
}
2.4 Gündüz ve gece dönüştürme işlevi
Sanal kampüste etkileşimli dolaşımın gerçek etkisini artırmak için, sahne ortamını oluştururken kampüs modeline ek olarak gökyüzü, sis ve ışık efektleri de simüle ve kontrol edilir. Gündüz ve gece esas olarak gökyüzü kutusu, ışık ve güneş ışığı arasındaki farkta yansıtılır.Render Ayarında gökyüzü kutusu seçeneğini kontrol etmek için kodu kullanın ve gündüz ve gece arasındaki geçişi gerçekleştirmek için gökyüzü kutusunun resmini 6 yönde değiştirmek için düğmeye tıklayın. Kampüs sahnesindeki ışık, günün simülasyon etkisini elde etmek ve gerçek yaşam ortamını simüle etmek için zamanla artırılabilir veya azaltılabilir.Etki Şekil 3 ~ 4'te gösterilmektedir.
2.5 Navigasyon mini haritası
Kullanıcıların dolaşım sırasında sanal kampüsün gerçek zamanlı konum bilgisini elde etmelerini sağlamak için, olay yerine bir navigasyon fonksiyonu eklenmiştir.Sistem navigasyonu, kullanıcıların kampüsü ziyaret ederken gerçek zamanlı konum bilgisi elde etmesini, kampüse sezgisel olarak göz atmasını ve kullanıcıların sanal kampüse girmesini engellemesini sağlayabilir. Çevre alışılmadık ve şaşkın. Spesifik uygulamada, sırasıyla mini haritayı ve normal dolaşım sahnesini görüntülemek için iki kamera kullanılır Dolaşım sırasında karakterin belirli konumu, karakterin konumunun sahneye oranı hesaplanarak belirlenir ve ardından işaret noktası, onu mini haritada görüntülemek için kullanılır. Şekil 5'te gösterildiği gibi.
2.6 Çarpışma algılama
Sanal dolaşım sürecinde giriş cihazının hareketi ile deneycinin bakış noktası değişmeye devam edecektir.Ağaç, bina, sokak lambası gibi binalar için çarpışma işlemi gereklidir.Aksi takdirde bakış açısının bina içerisinden geçmesine ve yanlış duygulara neden olması kolaydır. Bu sistem, çarpışma algılama işlevini tasarlarken tetik çarpışma algılama işlevini kullanır, yani tetiklenen durumda bir çarpıştırıcıyı belirtir ve gerçek algılama çarpışma nesnesini tetikleyiciye dahil eder, böylece karakter ve nesne arasındaki çarpışma algılaması karaktere ve tetikleyiciye dönüştürülür. Aralarındaki çarpışma tespiti, çarpışma sürecindeki ani ve gerçek dışı hissi çözer ve Şekil 6'da gösterildiği gibi sistem performansını ve gerçeklik derecesini iyileştirir. Kodun bir kısmı aşağıdaki gibidir:
// Çarpışma işlevini tetikle
function OnTriggerEnter (col: Collider)
// Bir kişi tespit edilirse, tetik çarpışmasını girin
{if (col.gameObject.tag == "Oyuncu")}
2.7 Sanal Tur
Sanal dolaşım, sistemin önemli bir modülüdür.Deneyleyicilerin 3B kampüsün güzelliğini tam olarak deneyimlemelerini sağlamak için, bu makale otomatik dolaşım ve otonom dolaşımın bir kombinasyonunu kullanır. Deneyimci okulun yol koşullarına aşina olmadığında, otomatik bir dolaşım yöntemi kullanılabilir.Sistem, deneyciyi önceden belirlenen tarama rotasına göre gezmeye yönlendirecek ve tüm 3D kampüsü otomatik olarak gözlemleyecektir. Otomatik dolaşımda, rota önceden tanımlandığı için, katılımcılar tüm harici müdahalelerden kurtulabilir ve tabii ki bu aynı zamanda katılımcının perspektifinin genişliğini de sınırlar ve daha az esnektir. Otonom dolaşım, otomatik dolaşımı tamamlayan başka bir yoldur Deneyci hareket etmek için WASD düğmesini kullanabilir ve fare veya dk2 kulaklık, dolaşım perspektifini değiştirebilir.
Sanal bir dolaşım sistemi tasarlarken, deneyciyi, kullanıcılara daha iyi bir deneyim sağlamak için koşma veya yürüme gibi çeşitli eylemler seçecek şekilde ayarlayın. Spesifik uygulama kodu aşağıdaki gibidir:
// Arayüz işlevi seçimi
function OnGUI {
// Koşu moduna girmek için koşu düğmesine tıklarsanız ve ilgili koşu hızını ayarlarsanız
eğer (GUI.Button (Rect (100,100,100,40), "çalışıyor"))
{CharacterMotorMovement.maxForwardSpeed = 8;
p = 1;}
// Yürüme düğmesine tıklarsanız, yürüme moduna girecek ve ilgili yürüme hızını ayarlayacaksınız
eğer (GUI.Button (Rect (100,150,100,40), "yürüme"))
{CharacterMotorMovement.maxForwardSpeed = 4;
p = 2;}
}
2.8Occlus dk2 sürükleyici sanal dolaşım gerçekleştirme
Oculus dk2, Şekil 7'de gösterildiği gibi Temmuz 2014'te piyasaya sürülen bir sanal gerçeklik cihazıdır. İki göz merceğine sahiptir ve her bir göz merceğinin çözünürlüğü 640 × 800'e ulaşabilir. Kullanıcının kullanımı sırasında, iki göz merceği üç boyutlu bir sanal daldırma oluşturmak için üst üste bindirilir. Genel çözünürlük 1280 × 800'e ulaşarak kullanıcıları kampüste gezdirebilir Zamana daldırma büyük ölçüde geliştirildi.
Oculus için Unity Free entegrasyonu, Unity Pro kullanıcıları ile aynı Oculus özelliklerini sağladığından, Unity4.6 ve Oculus entegrasyon paketlerini kullanarak Rift'te sürükleyici bir sanal gerçeklik dolaşım sistemi geliştirmek mümkündür. Öncelikle Unity 4 Oculus entegrasyon paketini Unity'ye aktarmanız, ardından OVRPlayerController prefabrik yapısını bulmanız ve MainCamera'nın yerini almak için Hierarchy paneline sürüklemeniz gerekir. Şekil 8 ~ Şekil 9, kampüsü gezmek için sanal gerçeklik kaskı takıldığında elde edilen test sonuçlarını göstermektedir.
3 Sistem çalışma etkisi
Yukarıda bahsedilen sürükleyici sanal kampüs dolaşım sisteminin geliştirilmesi ve çalıştırılması Windows7 işletim sistemi üzerinde gerçekleştirilmiştir, donanım ortamı CPU Intel (R) Core (TM) i5-3230M, saat 2,6 GHz, bellek 4 GB, grafik kartı AMD Radeon'dur. HD7500M, yazılım ortamı Unity3D4.6 ve 3DS Max2014'tür, çalışma efekti Şekil 10 ~ Şekil 12'de gösterilmiştir. Sistem, PC ve Web gibi birden fazla platformda yayınlanabilir ve sorunsuz çalışabilir, iyi sonuçlar alabilir. Bu, sistemin iyi bir taşınabilirliğe sahip olduğunu ve çeşitli yazılım ve donanım platformlarında çalışabileceğini kanıtlıyor.
4. Sonuç
3DS Max modelleme teknolojisi ve Unity3D sanal gerçeklik teknolojisine dayanan bu makale, kampüs sahne bilgilerini toplar ve düzenler ve sürükleyici bir 3D sanal kampüs dolaşım sistemi geliştirmek için sanal gerçeklik kaskı Occulus dk2 ile birleştirilen eksiksiz bir üç boyutlu simülasyon modeli oluşturur. Operasyon sonuçları, bu yöntemle oluşturulan sanal kampüsün geleneksel iki boyutlu dijital kampüs düzlemi temsilini kırdığını ve sezgisel, canlı ve gerçekçi kampüs sahneleri elde edebileceğini göstermektedir.Kullanıcı, kaskı taktıktan sonra güçlü bir dalma hissine sahiptir ve bu çok sezgisel olabilir , Tüm kampüs manzarasını her yönden görüntüleyin ve dolaşım, iletim ve otomatik göz atma gibi bir dizi işlemi gerçekleştirin.İnsan-bilgisayar etkileşimi etkisi iyidir ve sürükleyici bir hissi vardır. Bu makale, sürükleyici sanal kampüslerin inşası için yeni fikirler sağlar ve müzeler ve park manzaraları gibi sanal gerçeklik uygulamalarına genişletilebilir. Gelecekte, sanal gerçeklik teknolojisinin sürekli olgunlaşmasıyla, sürükleyici sanal kampüs, daha zengin içerik ekleyerek, daldırma ve gerçekçilik yönünde gelişmeye devam edecek.
Referanslar
[1] Zhang Dianhua, Chen Yimin. Çok platformlu sanal kampüs tasarımı ve uygulaması Unity3D J. Bilgisayar Teknolojisi ve Geliştirme, 2014, 24 (2): 127130.
2 Liu Hang, Wang Jizhong, Wang Chunshui Sanal kampüs 3D simülasyon sisteminin anahtar teknolojisi üzerine araştırma J Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2007, 28 (6): 2934-2936.
[3] Zhang Ronghua Sanal kampüs geçiş sisteminin geliştirilmesinde geometrik modelleme teknolojisinin uygulanması J Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2008,29 (28): 6146-6148.
4 SCHANKRC. Sanal üniversite J. Cyberpsychology and Behavior, 2000,3 (1): 120123.
[5] Zhang Xiaoyu Sanal kampüs dolaşım sisteminin tasarımı ve uygulaması D Changchun: Jilin Üniversitesi, 2013.
[6] Liang Shaogang Konum hizmetlerine dayalı üç boyutlu sanal kampüs sisteminin tasarımı ve uygulaması D. Chongqing: Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, 2015.
7 Zhong Yushan. Unity D 'ye dayalı 3B sanal kampüs dolaşım sisteminin geliştirilmesi Kunming: Yunnan Üniversitesi, 2015.
[8] Liu Zhu, UNITY WEB3D [D] 'ye dayalı sanal kampüs tasarımı ve uygulaması Dalian: Dalian University of Technology, 2014.
[9] Liu Dongjiang, GIS D 'ye dayalı sanal kampüs tasarımı ve gerçekleştirilmesi Pekin: Pekin Jiaotong Üniversitesi, 2014.
10 Li Yuping, Xu Maoqi Multimedya insan-bilgisayar etkileşimi arayüz tasarımının uygunluğu J. Journal of East China University of Science and Technology (Social Science Edition), 2006, 21 (2): 112-114.
