基于VR技术的虚拟仿真生活体验馆设计与实现

崔萌

（山东第一医科大学（山东省医学科学院） 山东省泰安市 271016）

计算机技术的发展，推动了三维软件的进步，进而为虚拟仿真技术的开发和应用奠定了基础。对于当前的计算机技术应用而言，虚拟仿真技术与真实场景的结合不仅突破了时间和空间的限制，同时实现了信息的实时交互，将虚拟仿真技术应用在具体的行业产业中，其不仅能够让用户体会到更加真实的场景，实现产品和环境的交互，获得更真实的场景体验，对于行业产品的发展有着积极的促进作用。

1 VR技术概述

VR技术也就是虚拟现实技术，其是近年来新进涌现的高科技之一，也可以被称为幻真技术等。虚拟现实技术使利用现代技术人工建立一个虚拟环境，其能够模仿人的视听触等感觉，在此环境中，人的认知能力可以得到提升，同时也能够对人和环境之间的交流起到促进作用。该技术利用计算机控制系统构建三维立体空间，通过人机接口、跟踪、人工智能以及传感等技术营造虚拟真实环境，让用户从视觉上感受到环境的真实性[1]。

本文利用VR技术和相关软件设计虚拟仿真生活体验馆，其中涉及的软件为3dsMax软件、VRP软件以及Photoshop软件。其中，3dsMax软件具有强大的动画、渲染、建模以及材质等功能，是当前应用十分广泛的三维动画制作软件。VRP软件也就是虚拟现实平台，该软件具备三维模型导入、编辑、交互、特效、设计和打包发布等功能。Photoshop软件主要是用来处理和制作模型的贴画。

2 VR技术支持下虚拟仿真生活体验馆设计与实现

2.1 案例分析

某市区合作社是集垂钓、养殖、水产品专卖、品牌运营以及农超对接等内容为一体的专业经济合作组织，其主要构成分为三个养殖鱼塘和一个体验中心，养殖鱼类主要为鲫鱼，其建立的虚拟仿真生活体验馆帮助客户体验水产环境，为相关人员提供参观和学习渠道，以促进水产品的销售。

该虚拟仿真生活体验馆在开发过程中，首先根据Photoshop软件和数码相机获取模型贴画，其次利用3dsMax软件构建虚拟模型，最后在VRP中导入模型，以驱动场景，并建立交互和漫游，整个流程如图1所示。

2.2 设计与实现

2.2.1 场景分析

在建模前需要做场景分析工作，也就是对场景的建筑、环境、布局以及设施等进行分析，其中涉及的数据资料包括：

（1）纹理数据，利用数码相机拍摄现场场景，经由Photoshop处理制作三维贴画，使其与真实场景更为接近；

（2）建筑尺寸，根据提供的建筑物数据进行1：1的建模；

（3）其他数据，实地测量建模所需要的其他数据[2]。

图1：虚拟仿真生活体验馆的开发过程

图3：贴图平面栏杆模型

2.2.2 构建模型

虚拟仿真生活体验馆设计的基础就是建立模型，模型水平直接关系着整个虚拟环境，建模的常见方式有两种，其一是标准几何体建模方式，这种方式简单，便于贴图；其二是几何体模型组合建模方式，利用纹理来建立仿真模型，不仅能够简化过程，降低容量，同时能够保证模型效果。建模的时候需要在确保视觉对象真实的基础上建立简单的模型。

根据上述要求设计虚拟仿真生活体验馆场景模型，其主要分为两部分：

第一部分为鱼塘和房屋模型，该模型中包括三个养鱼塘和一个鲫鱼体验中心。体验中心的建模要按照数据来制作标准几何体模型，由几何体模型来构成体验中心模型[3]。鱼塘及其周围土壤建模利用“线”来绘制轮廓，之后利用挤压操作实现平面。

第二部分为场景栏杆和其他的模型，场景栏杆尽管不属于重点模型，但其所占比例较大，地位也比较重要。相较于其他模型而言，栏杆模型建立需要利用圆柱体来建立，圆柱体模型最少要具备14个侧面，本文的栏杆建模所需圆柱体大约为1500个，栏杆模型面数最少需要24000。根据栏杆和场景特征，实行高精度建模方案，如图2所示，将其保存和渲染为PNG图片形式。之后构建平面模型将PNG图片赋予到平面中，也就是利用贴图平面将栏杆模型表现出来，如图3所示。通过高精度建模，只要仅仅一个面就能够完成模型，效果也是等同的。这种表现手法所制作的栏杆尽管选三速度和实时性得到了提升，但是视觉对象真实性有所欠缺，也就是说其视图模型立体感不足。因此，栏杆模型仍然需要圆柱体来完成构建。此外，还需要采用几何体来表现自动投料机、马路等轮廓。

此外，对于场景贴图和烘焙工作而言，建模贴图效果直接决定了场景质量，本文建设的虚拟仿真生活体验馆建筑重点是鱼塘和体验中心，根据贴图不可重复使用和对应性原则来进行贴图工作。而为确保场景渲染和后期交互是流畅的，对于非重点建筑物的贴图可以不用过于清晰[4]。同时，整个场景的贴图背景要与其本身颜色类似，降低在UVW展开中存在的白边、黑边以及匹配不准等问题。最后，在完成建模后，需要在场景中加入灯光，对场景进行烘焙，整个体验馆的三维模型最终呈现效果如图4所示。

2.3 交互驱动

2.3.1 导入模型

在使用3dsMax软件的时候需要考虑其与VRP软件之间的兼容程度，在导入模型前必须要按照相应的插件，之后将完成烘焙的场景经由插件导入到VRP软件中。

2.3.2 设计交互动画

为了保证体验馆的实时漫游和逼真效果，要在VRP系统中建立飞行、行走、动画等功能，并加入天空盒等，同时在建筑物及植物中简历物体碰撞规则。交互动画的具体设计工作包括以下几方面：

（1）设计交互运动模式。体验馆主要设计了两种游览模式，漫游模式无需引导自动游览。而游客模式是为了在场景中利用任务行走的形式来达到游览的目的，其是通过VRP建立行走相机，由键盘或鼠标控制方向，完成交互。这种交互动画需要先建立目标任务的骨骼动画，并调整其比例，之后将其放置在合适位置，利用动画库来添加动作，最终利用相机来绑定任务，这就使得人物游览的时候能够由鼠标或是键盘来操作控制，游览整个体验中心[5]。此外，场景中的目标人物若只有一个就显得过于单一，因此需要增加骨骼动画以丰富场景。

（2）设计特效。浏览模式设置完成后，需要模拟室外场景，选择天空盒，并调整角度，使其光线摄入和场景投影二者的方向是相同的，之后增加光晕效果，其角度、高度与天空盒光线、太阳光的方向要融合，提高场景的逼真度。

（3）设计交互按钮。体验中心使利用鼠标来触发事件控制的内容，例如音乐开关、模式切换、文字添加等等功能，进而实现场馆介绍的目的，利用VRP初级和高级界面将控制按钮加入到场景中，之后利用脚本程序完成按钮控制。

（4）设计浏览按钮。体验中心利用按钮转换、交替控制相机，其中设计的动画相机漫游分为行走动画也就是游客模式和环绕动画，还有漫游模式将场馆的虚拟表现出来[6]。

（5）设计介绍鲫鱼种类。鲫鱼种类的介绍是利用服务控制平台完成的，其通过添加图片、动画、文字等制作介绍程序，由按钮和脚本程序共同控制触发。

图4：体验馆的三维模型效果

（6）设计背景音乐。为了增强视听感觉，提高场景渲染力，需要在体验中心加入背景音乐，并对其属性进行相应的设计，利用音乐开关进行控制，实现暂停和播放，同时，其中增加了音乐大小滑杆控制，其与脚本语言相结合对音量大小进行控制。

2.4 系统发布

整个设计完成后，需要将其设置为独立的可执行文件，或是输出网络发布文件形式，通过考虑，本设计的发布形式为EXE执行文件，但是需要注意，该系统在使用时需要配置相匹配的环境，例如显卡、屏幕等，以便确保整个系统的展示效果[7]。

3 结束语

综上，随着计算机技术的发展，VR技术在各行各业中的应用越来越广泛，其在农渔产业中的应用推动了农业的现代化发展，逼真的场景不仅满足了虚拟仿真生活体验中心消费者的需求，同时对农业信息化的发展也提供了新的发展方向。因此，在未来的发展中，农业及其他行业需要加快VR技术的应用，建立仿真模拟体验中心，提高行业信息化和现代化水平。