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虚拟现实技术实验指导书计算机科学与工程学院数字媒体教研室2011年9月前言虚拟现实技术实验简介虚拟现实(VirtualReality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。虚拟现实旅游/虚拟城市漫游（观众融合模式）运用三维动画/3Dmax、虚拟现实引擎U3D、大屏幕显示、人机互动等先进技术，观众可以通过操纵杆在城市、厂区、建筑小区等三维模型场景中进行主动自主式漫游，从而了解企业、建筑小区乃至城市未来规划及发展方向。考虑到学时为24学时，让学生做大量涉及到艺术创作的实验显然也不太现实，因此，在实验设计时决定以单一内容，从简单练习到复杂场景过渡的培养方式为主，以培养学生最终能自己独立创作能力为主，力图培养学生举一反三的高素质能力。但至于如何变动更适合教学要求，这有待专家的指导和在实际实验过程中完善。也因此，以下实验内容仅为建议采用。一、实验课程任务与要求1.实验目的虚拟技术实验教学是为了将学生的计算机操作能力、艺术设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握虚拟现实场景的实现，让学生初步具备实际应用的虚拟现实技术场景制作的基础。2.实验基本要求（以作品为主要表现形式）(1)上机前应预习实验操作内容；(2)准备好作品操作步骤，上机调试、运行；(3)递交实验结果的作品并演示作品；(4)写出实验报告。二、实验学时安排(1)3Dmax基本体及扩展基本体的使用（4学时）(2)3Dmax二维转三维，布尔运算、修改图形（4学时）(3)3Dmax多边形建模场景合并（2学时）(4)3Dmax材质与贴图（2学时）(5)U3D导入模型、基本设置（2学时）(6)U3D烘焙光影贴图（2学时）(7)U3D植物、水面特效等（2学时）(8)连续加载场景漫游（2学时）(9)虚拟现实系统综合实例（2学时）(10)考试（2学时）三、实验报告格式实验报告姓名：________________学号：_______________实验日期：_______________实验题目：实验目的：实验内容：实验结果：四、实验考核(1)实验签到；(2)上机实际操作，验收；(3)实验设计报告。五、实验仪器设备要求(1)设备数量能适应学生人数；(2)有3DMAX、U3D等实验环境；六、教材及参考书[1].刘光然，虚拟现实技术，清华大学出版社，2011[2].网冠科技，3dmax9.0中文版基础培训百例，机械工业出版社，2007[3].3dsmax8立体造型触类旁通百例，机械工业出版社，2007[4].www.51zxw.com，3dmax基础建模网络教程实验一3Dmax基本体及扩展基本体的使用一．实验目的及要求1.熟悉并练习3dmax各种基本操作2.熟悉并练习3dmax标准基本体的使用3.熟悉并练习3dmax扩展基本体的使用二．实验内容1.认识3DSMAX的工作界面。2.熟悉3DSmax现成的三维物体(1)标准基本体：长方体、球体、圆柱体、圆环、茶壶、圆锥体、几何球体、管状体、四棱锥、平面。(2)扩展基本体：异面体、切角长方体、油罐，纺锤，油桶、球棱柱、环形波，软管，环形结、切角圆柱体、胶囊、L-Ext,C-Ext、棱柱。2.应用工具栏、命令面板、视图控制区。(1)工具栏选择工具移动工具渲染(2)命令面板：创建面板：用于创建对象。修改面板：对已创建的对象进行修改。(3)视图控制区缩放单个视图、缩放所有视图、显示全部、所有视图显示全部。放大框选区域、平移视图、视图旋转、单屏显示。3.小技巧(1)shift+移动————复制(2)视图的切换1.P—————透视图（Perspective)2.F—————前视图（Front)3.T—————顶视图（Top)4.L—————左视图（Left)(3)F9————渲染上一个视图(4)Shift+Q——渲染当前视图(5)W——移动(6)单位设置：[自定义]→[单位设置]三．实验步骤1.使用标准基本体制作凉亭(1)在标准基本体中选择Box按钮，在界面上画出长方形立方体：(2)适当的调整立方体的高度，并制作凉亭的的四根柱子：(3)用切角圆柱来制作柱子并利用复制来复制4根同样的柱子：(4)制作凉亭的屋顶：利用圆锥然后设置圆锥的边数即可：2.使用扩展基本体制作沙发：(1)利用切角长方体制作沙发的靠背(2)利用复制关系复制出其他切角长方体，并适当的调整的他们的长度和宽度的比例，还有切角：3.使用扩展基本体制作凉亭：(1)在样条曲线中选中线条并画出碗的边缘图形，注意调整轴心位置(2)选中需要调整的顶点集，调整位置，右键点击平滑(3)再选中车削命令：实验二3Dmax二维转三维，布尔运算、放样一．实验目的及要求1.练习二维物体转化为三维物体的文字、轮廓、倒角、可渲染样条线等2.练习布尔运算3.练习样条线的修改二．实验内容1.二维图形线、圆形、弧、多边形、文本、截面、矩形、椭圆形、圆环、星形、螺旋线2.线的控制(1)修改面板：可对线进行“移动”、“删除”等操作。(2)线条顶点的四种状态：Bezier角点、Bezier、角点、光滑。（如果控制杆不能动，按F8键）(3)编辑样条线：[修改器]—[面片/样条线编辑]—[编辑样条线]，其作用是对除了“线”以外的其它二维图形进行修改。3.线的修改面板(1)步数：控制线的分段数，即“圆滑度”。(2)轮廓：将当前曲线按偏移数值复制出另外一条曲线，形成双线轮廓，如果曲线不是闭合的，则在加轮廓的同时进行封闭。（负数为外偏移，正数为内偏移）。(3)优化：用于在曲线上加入节点。(4)附加：将两条曲线结合在一起。(5)圆角：把线的尖角倒成圆角。4.二维转三维的命令(1)挤出：使二维图形产生厚度。例子：桌子(2)车削：可使二维图形沿着一轴向旋转生成三维图形。例子：碗、杯子、(3)倒角：跟拉伸相似，但能产生倒角效果。例子：舒服椅(4)可渲染线条：使线条产生厚度，变成三维线条。例子：餐桌(5)倒角剖面：例子：马桶5.布尔运算：定义：先使两个模型重叠一部分，就可以求出这两个模型的差集、交集与并集这种方式叫做布尔运算。(1)三维物体：（创建面板—复合对象—布尔）并集、交集、差集A-B、例子：浴缸(2)多次布尔运算：同一如果进行多次布尔运算，很容易出错，因此需要把多个物体连接在一起，再进行一次布尔运算。例子：墙壁6.放样：定义：先绘出一个物体的横截面图形，再绘绘制这个横截面图形所穿越的路径曲线，就可以计算出这个物体的形状，这种建模方法叫做放样建模。创建面板—几何体—复合物体—放样(1)放样的一般操作：①获取图形、②获取路径杯子(2)放样的修改：①修改图形②修改路径例子：餐布(3)放样的变形：①缩放②扭转③倾斜例子：牙膏、(4)放样的图形的“居左、居中、居右”。例子：窗帘(5)多截面放样的操作及修改：筷子7.小技巧1、按shift键，可画直线。2、按ctrl键，可多选。4、镜像：将被选择的对象沿着指定的坐标轴镜像到另一个方向。5、角度捕抓按钮：用于控制对象的角度操作。三．实验步骤1、倒角命令制作立体字a)选择文本，在文本窗口中输入姓名。选择以一种字体，在前视图中点左键，生成文字。b)在修改器列表中选择倒角命令。在三个级别上分别设置参数，就可以得到了！2、沙发躺椅i.在自定义菜单中修改单位比例。在顶视图中创建一个常为1500mm的矩形。ii.然后画易弯曲的线，转为可编辑样条线，拉出轮廓。在修改面板中调整垫的位置，用圆角命令改轮廓的两端，使之平滑。iii.下面，选用轮廓，点选倒角命令，设置倒角值。第一步设置级别2，拉伸出中间部分，第二步，才是级别1和级别3。iv.最后做沙发的脚。选矩形工具。可编辑样条，倒角命令。复制一个，移动到合适位置，用镜像命令。经过调整，得到沙发。3、轮廓倒角制作马桶i.在顶视图建一个矩形，调整圆角。在前视图建一个剖面，选中矩形在修改器列表中，将其转为可编辑样条并选中。选倒角剖面命令点击选择剖面，点画好的马桶轮廓。在调整轮廓线上的点，得到马桶形。ii.马桶盖制作。复制马桶，把上面一个倒角删除，再用挤出命令，得到盖子。iii.接下来做水箱。在顶视图建一个矩形，并用圆角命令，在复制一个，将其中一个倒角删除，和做马桶盖一样，得到水箱盖。4、使用布尔运算制作浴缸i.分别用倒角长方体和胶囊制作浴缸外部和浴缸内部凹陷部分ii.选取复合对象，操作为差集，再选取需要减去的拾取操作对象B5、使用样条制作拉手实验三3DMAX多边形建模一．实验目的及要求使用前述挤出、变形、倒角等多种建模方法，进行复杂多边形建模二．实验内容1、电视机建模2、使用挤出和涡轮平滑制作飞机实验四3DMAX合并场景、材质与贴图一．实验目的及要求1、练习3dmax中的复杂场景的对象合并2、练习复杂墙体的建立3、练习材质与贴图，UVW贴图4、赋给建筑材质二．实验内容1、场景合并2、复杂墙体的建立3、UVW贴图、4、赋给建筑材质实验五U3D基本设置、简单漫游一．实验目的及要求1、练习U3D简单漫游所需的基本设置2、导入模型3、烘焙光影设置4、简单植物设置二．实验注意事项1、建模中使用的图片、文件、文件夹等以及模型中物体、材质等的名称都不能使用中文或者特殊符号，可以使用英文字母、数字、下划线等2、调整Max的单位为米3、模型的中的植物效果，第一种是单面片植物，需要设置其轴心为其物体的对称中心；第二种是十字交叉的植物效果；第三种则是到Unity3D编辑器中通过地形编辑器系统添加三．实验步骤a)Fbx导出插件下载地址：)将Max文件中用到的图片都拷贝到Textures目录下，如c)再打开Max文件，导出为FBX文件，使用默认设置，FBX文件也放置在和Max文件相同的目录下，如导出的时候，可以将模型简单的分类，如地面、植被、楼房等，也可以将模型分为几个区域，如小区1，小区2，学校等等分开导出d)将包含Max文件、Fbx文件和Textures文件夹的文件夹拷贝到Unity3D项目的Assets目录下，如下图中红圈在下一次用Unity3D编辑器开启本项目的时候，编辑器将自动导入/更新该文件夹中的信息，并生成Materials文件夹，如e)启动Unity3D编辑器f)选择刚才拷贝进来的文件中的Fbx文件，如修改其中的Meshes下的ScaleFactor和GenerateColliders，如点击其他Fbx文件或者单击其他区域将弹出如下的对话框点击Apply即可，类似的方式设置其他Fbx文件注意，其中植物/植被类的Fbx文件不需要设置GenerateColliders项g)将Fbx文件直接拖放到Hierarchy区域，如h)点击Hierarchy区域中的对象，同时将鼠标移动三维显示区域，同时点击键f，则该对象自动适配显示到三维区域中心，如i)将全部fbx添加完成后，提高场景亮度如下单击AmbientLight，如下调整为即可设置完成j)设置第一人称浏览删除场景中MainCamera将Project区域的StandardAssets下的Prefabs下的FirstPersonController拖到Hierarchy区域中点选FirstPersonController，调整FirstPersonController的位置到场景中合适的位置，并设置其高度为1.37到2.1左右设置FirstPersonController的高度在场景中地面之上k)点击运行，即可测试实验六烘培光影贴图一．实验目的及要求1、学习U3D烘焙光影贴图方法2、UVW贴图3、标准材质贴图4、多重子材质贴图二．实验步骤1.Unity3D光影烘培的要求U3D的光影贴图使用的是3Dmax中的标准材质的自发光贴图通道来存储光影贴图相关参数，如2.给每个物体都附上贴图，如果是纯色物体，也付给纯色贴