虚拟现实眼镜的三维场景漫游设计
本人签名： 日期： 摘 要随着3D显示行业的不断发展，人们对于3D的视觉体验要求越来越高，而在建筑场景漫游行业，3D立体显示技术已经成为必不可少的元素。本课题利用一款新型虚拟现实眼镜——Oculus Rift，将它与三维动画制作软件相结合，设计了一个别墅小区场景，让观看者头戴虚拟现实眼镜，犹如身临其境一般在场景中自由漫游，全面的了解场景各个方面。该眼镜技术突破了以往立体建筑漫游动画只能被动观看的局面，将它变成第一人称视角可以自由控制移动的方向和漫游目的，极大地丰富了视觉体验，让人更加真实、全面、直观的感受整个建筑场景。课题详细阐述了整个漫游项目的制作过程，运用3ds Max中建模与烘焙技术，建立场景模型，运用Unity3d中碰撞和环境系统与广告牌技术，在三维场景中设置可控的第一人称漫游视角，实现视角切换等交互功能，完成它与Oculus Rift 虚拟现实眼镜的兼容与调试，最后输出项目程序。
Key words: Oculus Rift, virtual reality, 3D glasses, Architectural scene roaming, 3ds Max, Unity3d 目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的目的 1
1.3 课题的研究方法 2
第2章 虚拟现实场景漫游项目方案的制定 3
2.1 虚拟漫游方案构思 3
2.2 项目开发环境 3
2.3 Oculus Rift虚拟现实眼镜技术 4
2.4 虚拟现实项目制作流程 7
第3章 虚拟现实环境下三维模型的创建方法及原则 8
3.1 3ds Max模型的建立 8
3.2 Max模型导入Unity3d引擎的关键技术 9
3.3 Unity3d环境系统的制作 12
第4章 虚拟现实引擎中漫游交互功能的实现 15
4.1 虚拟漫游简介 15
4.2 Oculus Rift第一人称漫游系统的制作 15
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4.3 交互功能的实现 20
4.4 片头动画的导入 22
4.5 程序优化与输出 23
第5章 结论 25
5.1 研究成果 25
5.2 研究的优势与不足 25
5.3 研究的发展 26
参考文献 27
致 谢 28
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
随着建筑行业的发展，建筑场景漫游成为了行业项目宣传的主要表现手段，这种手段指的是在城市规划、建筑设计、房地产开发等行业中利用“虚拟现实”技术在电脑中将建筑的虚拟场景制作出来，通过镜头画面的移动、拉升，让用户在电脑屏幕面前就能直观的感受到整个建筑的外观、结构、内部细节、周边场景等等。
而随着近几年3D技术的逐渐发展，所有影视、动画行业都迎来了一个新纪元——“3D时代”。以国外《阿凡达》为代表的3D电影刮起了3D影视的风潮，人们只需带上一副特制的眼镜即可观赏到立体的电影，这种真实的视觉体验使消费者们赞不绝口，而这种技术也带来了巨大的经济效益。虽然国外的3D技术成熟较早，但国内3D产业也早在2009就年开始兴起，经过几年的发展，国内3D技术水平已和国外差距不大，国内外立体显示行业都处在一个稳中求变的状态中，意在现有基础上做出更好的3D甚至4D效果。所以，将3D立体显示技术运用到建筑场景漫游中也已经成为必然的趋势。三维立体建筑场景漫游可以增强用户的漫游体验，它将以往平面的内容变得立体化，更加真实，这种立体显示技术将建筑漫游行业注入了一副新鲜的血液，对行业的发展有着不小的推动作用，而对于从事或将要从事动画行业制作者的人来说也是全新的挑战。
1.2 课题研究的目的
由于近年来房地产行业的竞争愈发激烈，各路开发商为了拼抢客户想尽了方法。但由于房地产开发的建筑户型、设计风格等等都已经大致成型，很难有较大的突破，所以，宣传手段变成了开发商们招揽客户的一个重要部分。
本文将介绍一款全新的头戴式立体眼镜——Oculus Rift，它是美国Oculus VR公司开发的新型3D眼镜，利用传感装置在以往的3D眼镜显示技术上增加了可控性的第一人称视角。将这款眼镜的技术运用到建筑场景漫游可以大大增强用户在观看场景漫游时的现场感及沉浸感，对于建筑行业宣传手段的创新有着极大的增强意义。所以本课题以《基于虚拟现实眼镜的三维场景漫游设计》为研究目标，将Oculus Rift虚拟现实眼镜技术与建筑场景漫游相结合，研究创作出一项区别于以往被动式的漫游视觉体验，让人们以一种全新的方式感受场景漫游的魅力。
1.3 课题的研究方法
完成该课题的研究要求我们在自身所学知识的基础上，拓展出新的知识，需要用到的方法大致如下：
第一，通过查阅文献及网上相关资料的方法，对整体项目的制作流程有清晰的了解，以资料中的理论为依据，结合项目实际情况，设计出一套完整的制作方案。
第二，采用对比法，将以往建筑场景漫游视频与虚拟现实眼镜案例中的漫游项目进行对比，分析其中两种形式各自的特点，总结优势与劣势，在项目制作过程中发扬虚拟现实眼镜的优势，以达到突出主题的研究为目的。
第2章 虚拟现实场景漫游项目方案的制定
2.1 虚拟漫游方案构思
一.前期构思
在项目开始前，笔者首先在网上进行了相关资料的查阅，了解到建筑场景漫游分为大型的城市建筑漫游，中型的小区、广场漫游以及小型的室内空间漫游。结合自身能力以及虚拟现实眼镜的特性，笔者认为中型场景漫游最适合此次项目，而别墅小区能够兼顾室内和室外，在漫游内容上更加丰富，所以课题最后将方案定为中型的别墅小区场景漫游。
在漫游项目中，观看者带上虚拟现实眼镜后，可以在别墅小区范围内模拟人的视角自由移动，并实现部分简单的交互功能，例如在椅子、沙发、轿车等物件周围时可将视角切换成坐在椅子上或者轿车内，但在超出小区范围或无法进入的地方则需要设置空气墙（碰撞系统），以阻止第一人称视角的进入。观看者可以不受时间限制，随时开始或结束观看过程。
二.场景组成
在本次课题项目中，场景由室外场景与室内场景组成，场景物件可以分为静态物件与动态物件（表2.1.1）。
表2.1.1 场景组成
场景组成
静态物件
动态物件
室外
别墅、躺椅、凳子、遮阳伞、轿车、石墩等等
游泳池（水面）、喷泉、植物、动态天空盒等等
室内
沙发、桌椅、电视、书籍、酒瓶、装饰品等等
灯光等等
2.2 项目开发环境
一. 3ds Max 2012
课题采用3ds max软件进行建模，3ds Max是Autodesk公司推出的一款三维动画建模软件，与其他同类型建模软件相比，3ds Max在场景建筑建模方面表现优秀，因为它拥有规范的建模尺寸以及各种功能强大的插件。在模型制作过程中，我们可以用插件来增加工作的效率，也能增强模型的质量，3ds Max是当今场景建筑建模中最流行的一款软件，所以经过分析，课题选择这款软件进行物件的建模。
Key words: Oculus Rift, virtual reality, 3D glasses, Architectural scene roaming, 3ds Max, Unity3d 目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的目的 1
1.3 课题的研究方法 2
第2章 虚拟现实场景漫游项目方案的制定 3
2.1 虚拟漫游方案构思 3
2.2 项目开发环境 3
2.3 Oculus Rift虚拟现实眼镜技术 4
2.4 虚拟现实项目制作流程 7
第3章 虚拟现实环境下三维模型的创建方法及原则 8
3.1 3ds Max模型的建立 8
3.2 Max模型导入Unity3d引擎的关键技术 9
3.3 Unity3d环境系统的制作 12
第4章 虚拟现实引擎中漫游交互功能的实现 15
4.1 虚拟漫游简介 15
4.2 Oculus Rift第一人称漫游系统的制作 15
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4.3 交互功能的实现 20
4.4 片头动画的导入 22
4.5 程序优化与输出 23
第5章 结论 25
5.1 研究成果 25
5.2 研究的优势与不足 25
5.3 研究的发展 26
参考文献 27
致 谢 28
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
随着建筑行业的发展，建筑场景漫游成为了行业项目宣传的主要表现手段，这种手段指的是在城市规划、建筑设计、房地产开发等行业中利用“虚拟现实”技术在电脑中将建筑的虚拟场景制作出来，通过镜头画面的移动、拉升，让用户在电脑屏幕面前就能直观的感受到整个建筑的外观、结构、内部细节、周边场景等等。
而随着近几年3D技术的逐渐发展，所有影视、动画行业都迎来了一个新纪元——“3D时代”。以国外《阿凡达》为代表的3D电影刮起了3D影视的风潮，人们只需带上一副特制的眼镜即可观赏到立体的电影，这种真实的视觉体验使消费者们赞不绝口，而这种技术也带来了巨大的经济效益。虽然国外的3D技术成熟较早，但国内3D产业也早在2009就年开始兴起，经过几年的发展，国内3D技术水平已和国外差距不大，国内外立体显示行业都处在一个稳中求变的状态中，意在现有基础上做出更好的3D甚至4D效果。所以，将3D立体显示技术运用到建筑场景漫游中也已经成为必然的趋势。三维立体建筑场景漫游可以增强用户的漫游体验，它将以往平面的内容变得立体化，更加真实，这种立体显示技术将建筑漫游行业注入了一副新鲜的血液，对行业的发展有着不小的推动作用，而对于从事或将要从事动画行业制作者的人来说也是全新的挑战。
1.2 课题研究的目的
由于近年来房地产行业的竞争愈发激烈，各路开发商为了拼抢客户想尽了方法。但由于房地产开发的建筑户型、设计风格等等都已经大致成型，很难有较大的突破，所以，宣传手段变成了开发商们招揽客户的一个重要部分。
本文将介绍一款全新的头戴式立体眼镜——Oculus Rift，它是美国Oculus VR公司开发的新型3D眼镜，利用传感装置在以往的3D眼镜显示技术上增加了可控性的第一人称视角。将这款眼镜的技术运用到建筑场景漫游可以大大增强用户在观看场景漫游时的现场感及沉浸感，对于建筑行业宣传手段的创新有着极大的增强意义。所以本课题以《基于虚拟现实眼镜的三维场景漫游设计》为研究目标，将Oculus Rift虚拟现实眼镜技术与建筑场景漫游相结合，研究创作出一项区别于以往被动式的漫游视觉体验，让人们以一种全新的方式感受场景漫游的魅力。
1.3 课题的研究方法
完成该课题的研究要求我们在自身所学知识的基础上，拓展出新的知识，需要用到的方法大致如下：
第一，通过查阅文献及网上相关资料的方法，对整体项目的制作流程有清晰的了解，以资料中的理论为依据，结合项目实际情况，设计出一套完整的制作方案。
第二，采用对比法，将以往建筑场景漫游视频与虚拟现实眼镜案例中的漫游项目进行对比，分析其中两种形式各自的特点，总结优势与劣势，在项目制作过程中发扬虚拟现实眼镜的优势，以达到突出主题的研究为目的。
第2章 虚拟现实场景漫游项目方案的制定
2.1 虚拟漫游方案构思
一.前期构思
在项目开始前，笔者首先在网上进行了相关资料的查阅，了解到建筑场景漫游分为大型的城市建筑漫游，中型的小区、广场漫游以及小型的室内空间漫游。结合自身能力以及虚拟现实眼镜的特性，笔者认为中型场景漫游最适合此次项目，而别墅小区能够兼顾室内和室外，在漫游内容上更加丰富，所以课题最后将方案定为中型的别墅小区场景漫游。
在漫游项目中，观看者带上虚拟现实眼镜后，可以在别墅小区范围内模拟人的视角自由移动，并实现部分简单的交互功能，例如在椅子、沙发、轿车等物件周围时可将视角切换成坐在椅子上或者轿车内，但在超出小区范围或无法进入的地方则需要设置空气墙（碰撞系统），以阻止第一人称视角的进入。观看者可以不受时间限制，随时开始或结束观看过程。
二.场景组成
在本次课题项目中，场景由室外场景与室内场景组成，场景物件可以分为静态物件与动态物件（表2.1.1）。
表2.1.1 场景组成
场景组成
静态物件
动态物件
室外
别墅、躺椅、凳子、遮阳伞、轿车、石墩等等
游泳池（水面）、喷泉、植物、动态天空盒等等
室内
沙发、桌椅、电视、书籍、酒瓶、装饰品等等
灯光等等
2.2 项目开发环境
一. 3ds Max 2012
课题采用3ds max软件进行建模，3ds Max是Autodesk公司推出的一款三维动画建模软件，与其他同类型建模软件相比，3ds Max在场景建筑建模方面表现优秀，因为它拥有规范的建模尺寸以及各种功能强大的插件。在模型制作过程中，我们可以用插件来增加工作的效率，也能增强模型的质量，3ds Max是当今场景建筑建模中最流行的一款软件，所以经过分析，课题选择这款软件进行物件的建模。
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