基于U3D虚拟现实摄影模拟系统的设计与实现

薛鸣一

(常州刘国钧高等职业技术学校,江苏常州 213025)

0 引言

虚拟现实是虚拟软件教学平台的基本支撑理论,是搭建虚拟环境、重现实验过程、模拟实验步骤,最终实现高效虚拟的基础[1]。所以,在本文的论述过程中,其重点将放在虚拟现实上面,对其进行深入的分析与研究。

虚拟现实(Virtual Reality)就狭义概念上来讲,它主要是指用于构建人造世界的一种计算机系统,在此世界中,使用者能够对其中的物体进行一系列操作,从而激发使用者的兴趣[2]虚拟现实从定义看为“虚拟”与“现实”。“虚拟”的定义近在咫尺,而“现实”就是我们人类所经历的,是人通过味觉、触觉、气味、视觉和听觉等感知系统了解世界。因此,“虚拟现实”一词基本上是指“近现实”。就目前而言,对于仿真教学系统平台的构建过程中主要应用的U3D引擎。U3D支持将作品发布EXE、APK、IPA等多平台应用程序。对于U3D引擎而言,其自身所具备的巨大优越性,可以实现3D互动[3],从而满足了虚拟现实技术的要求。

1 U3D虚拟现实摄影模拟系统的功能模块

(1)基本几何体:就现阶段所存在的所有3D引擎中,其基本的计算都是以基本几何体的方式存在的。并且由于环境维度的差异导致其矩阵变化存在着较大的差异,并明确了几种运算之间的关系。

(2)导入资源:在U3D中该模块的主要功能是承担着对各类型素材资源的导入工作。从而使得U3D引擎的延展性以及兼容性都得到了极大程度上的提高。

(3)脚本编程:脚本根据功能的不同划分为许多类型,对于存在于U3D中的各种模型,其运动状态的变化都是通过动作脚本来完成的。其内部动画是否流畅主要由连续性脚本来控制,除此之外,还存在着许多类型的脚本承担着不同的功能。

(4)网络通讯:其主要功能是利用TCP/IP协议来沟通网络中的各个模块,增强其紧密性。

(5)辅助工具:其功能设计的必要性在于在项目开发过程中所需要的辅助工具。

(6)音乐音效:其主要功能就是对系统中的音效进行加工再处理。详细如图1。

图1 U3D 引擎组成Fig.1 Composition of U3D engine

2 U3D虚拟现实摄影模拟系统的实现

2.1 真实模拟实现

在构建的虚拟拍摄平台时,虚拟拍摄呈现出的真实效果对于摄影尤其重要。U3D通过内置引擎和脚本的编写,可以模拟出相机操控,取景构图,拍摄参数调整等效果,为仿真的真实性提供了有利的保证。

2.2 交互控制功能实现

在构建虚拟现实平台时,通过U3D可以实现的交互控制功能主要分:介绍功能,答题功能,纠错功能,调试功能,构图功能,演示功能,拓展功能。交互控制功能图如图2所示:

图2 交互控制功能图Fig.2 Interactive control function diagram

(1)介绍功能:介绍功能分为文档介绍和虚拟相机部件介绍两部分。

文档介绍:使用鼠标点击主界面做左下角的“学习模块”按钮,页面进入学习模块。其中包括:相机发展史、工作原理、部件介绍、镜头介绍、镜头介绍、操作演示和摄影构图七个单元,可以通过鼠标点击进行模块切换。通过点击页面右边下角的“左右”翻页按钮,可以查看没个模块中介绍的文档。

虚拟相机部件介绍:使用鼠标点击主界面做左下角的“学习模块”按钮,页面进入学习模块。鼠标选择“部件介绍”单元,点击“点击查看热点”按钮,通过鼠标点击虚拟相机不同区域的黄色热点,可以弹出该热点位置相机的部件介绍,点击部件窗口中“+”号按钮,可以查看该热点位置相机部件的功能。

通过介绍功能,可以提高学生学习理论知识的兴趣。

(2)答题功能:使用鼠标点击主界面左下角的“习题”模块按钮,页面进入习题模块。其中包括:选择题、判断题、操作题一和操作题二四个单元。可以通过鼠标点击进行模块切换。首先,通过鼠标选择答案,进行答题,点击页面右侧的“上下”翻页按钮,进行答题内容的切换。其次,在答题结束后,通过点击页面中间下方的“查看得分”按钮,查看最终答题得分情况。答题功能让学生更好的巩固拍摄理论知识。

(3)纠错功能:在进行回答习题和虚拟拍摄操控结束时,鼠标点击“提交”按钮,平台系统自动检测出问题所在,并进行纠错提醒,显示正确的答案,通过纠错功能,可以让学生更好掌握拍摄技法,拍摄更加完美的作品。

(4)调试功能:使用鼠标点击主界面右上角的“仿真操作”模块按钮,页面进入仿真操作模块。鼠标点击“点击进入仿真操作”按钮,进入仿真拍摄页面。可以通过单击键盘上“w、a、s、d”按键,操控拍摄者进行前后左右移动。使用鼠标上下左右移动,可以调整拍摄视角。通过单击键盘上“p”按键,进入拍摄调试页面。

拍摄调试页面中包括:手动控制按钮、光圈优先按钮、快门优先按钮、焦距滑块、光圈滑块、ISO滑块、对焦滑块、快门滑块、曝光补偿滑块、自动对焦按钮、拍摄按钮、查看照片菜单和设置菜单。

手动控制按钮:鼠标点击选择“手动控制按钮”,可以进行手动拍摄调试。

光圈优先按钮:鼠标点击选择“光圈优先按钮”,可以进行光圈优先拍摄调试。在此按钮激活时,“快门”没法进行调试。

快门优先按钮:鼠标点击选择“快门优先按钮”,可以进行光圈优先拍摄调试。在此按钮激活时,“光圈”没法进行调试。

焦距滑块:通过鼠标拖动焦距滑块条,可以调试焦距参数,焦距调试范围从18mm到55mm。

光圈滑块:通过鼠标拖动“光圈”滑块条,可以调试光圈参数,光圈调试范围从3.5到36。在快门优先按钮激活时,“光圈”没法进行调试。

ISO滑块:通过鼠标拖动“ISO”滑块条,可以调试ISO参数,ISO调试范围从100到6400。

对焦滑块:通过鼠标拖动“对焦”滑块条,可以调试拍摄效果的模糊与清晰。

快门滑块:通过鼠标拖动“快门”滑块条,可以调试快门参数,快门调试范围从30sec到1/4000sec。在光圈优先按钮激活时,“快门”没法进行调试。

曝光补偿滑块:通过鼠标拖动“曝光补偿”滑块条,可以调试曝光补偿参数,曝光补偿范围从-2.0EV到+2.0EV。

自动对焦按钮:鼠标点击“自动对焦”按钮,可以模拟真实的自动对焦效果。

拍摄按钮:鼠标点击“拍摄”按钮,可以就调试好的拍摄参数,进行作品拍摄,并自动保存。

查看照片菜单:鼠标点击“查看照片”菜单,可以查看拍摄好的照片效果。

设置菜单:鼠标点击“设置”菜单,可以对拍摄场景进行景深效果、景深观察、运动模糊、噪点效果和曝光效果的设置。

通过调试功能,学生可以进行完全还原真实拍摄手法的虚拟操作。这样,学生可以借助虚拟平台这个功能,反复进行训练,从而,使学生的拍摄能力有所提高。

(5)构图功能:使用鼠标点击主界面左下角的“学习模块”按钮,鼠标点击“摄影构图”模块,进入数码摄影构图页面。其中包括:画幅的选择和摄影构图基本模式两个单元,点击“画幅选择”中的“竖幅”按钮,会弹出竖幅构图的相关范例。点击“摄影构图基本模式”中的三分法构图,会弹出三分法构图的要求和范例

(6)演示功能:演示功能分为操作演示和视频演示两部分。

操作演示:使用鼠标点击主界面左下角的“功能模块”按钮,进入“光圈”模块。鼠标点击“点击查看光圈演示”按钮,进入“光圈演示”单元,点击单元中不同的光圈参数按钮,可以查看光圈在不同参数中的变化效果。

视频演示:使用鼠标点击主界面做左下角的“学习模块”按钮,页面进入学习模块。鼠标选择“操作演示”单元,点击“语言设定”菜单,可以弹出相机语言设定的演示视频,通过视频可以了解相机语言设定的步骤和方法。

通过演示功能,学生可以进行反复查看视频教程,从而做到相机操控知识的积累和储备。

(7)拓展功能:使用鼠标点击主界面左下角的“拓展训练”模块按钮,页面进入拓展训练模块。其中包括:经典教材、后期处理和摄影网站三个单元。可以通过鼠标点击“后期处理”单元,查看Photoshop的视频教程。可以通过鼠标点击“摄影网站”单元,查看大师的摄影作品和参加国内外相关摄影赛事,通过拓展功能,可以让学生在课余期间拓展思维,掌握美化拍摄作品的方法和增加作品的含金量。

2.3 多平台的发布

U3D是一款融合性很强的开发工具,软件可以发布多平台的格式。

摄影虚拟现实软件在系统的主要功能实现之后,开发者不仅可以发布学生常规使用的EXE格式,同样可以发布其他格式,如安卓系统的APK、IOS系统的IPA和、网页浏览的WEB等。

3 结语

本文把虚拟现实技术当作了一类新型教育技术方式,以教育技术学的视角进行思考,同时利用摄影技术课程教学积累的经验,想到了将虚拟现实技术加入至摄影技术课程里面。利用根据虚拟现实技术展开的分析和若干研发手段的掌握,同时利用实践构建了虚拟摄影构图。能够在浏览器中实行多角度,多景别的观看,能方便的控制场景里面的对象,给予摄影技术课堂教学很大的助力。