高中的虛擬現實科技論文2000字(2)
高中的虛擬現實科技論文2000字篇二
Blender在虛擬現實領域中的應用
摘要：本文介紹了開源三維軟件Blender在虛擬現實領域中的主要優(yōu)點及性能優(yōu)化方法，并通過Blender自帶Python API函數調用Blender建模引擎，從而實現虛擬場景三維模型的自動生成。實驗證明，該方案簡單易行，開發(fā)效率高并且具有良好的跨平臺特性。
關鍵詞：虛擬現實;3D引擎;Blender
中圖分類號：TP391.9
虛擬現實(Virtual Reality，簡稱VR)是20世紀末發(fā)展起來的一項集微電子技術、傳感與測量、計算機仿真于一體，利用計算機生成的一種虛擬環(huán)境，通過視、聽、觸覺，使用戶身臨其境，并能夠與之發(fā)生交互作用的技術。其實時性、沉浸性和交互性是VR技術的3個重要特征。交互性是指用戶與虛擬場景中各種對象相互作用的能力，是VR技術的基礎，交互是否自然、實時，決定了虛擬環(huán)境的真實程度和用戶置身其中的認知能力。[1,2]目前，大多數虛擬現實是通過3Ds Max等建模軟件結合Vega Prime等仿真軟件來實現，但其缺點是需要設計人員有很強的編程能力，不便于虛擬現實產品的快速開發(fā)。而Blender則很好的解決了這個難題。相較于其它虛擬現實軟件，Blender采用了模塊化的搭建過程，通過簡單的連線設置即可實現復雜的交互功能，非常方便對大型項目的快速開發(fā)。并且，Blender軟件自帶強大的建模功能，在模型和3D引擎的結合上具有更好的兼容性。
1Blender三維軟件簡介
與那些昂貴的3D軟件相比，Blender是款完全免費而且開源的3D制作軟件。用戶可以隨意下載并可在多臺計算機上運行。還可以下載Blender的源代碼，對程序進行修改，將它應用于各種領域，作為一款應用軟件，Blender集成了用于制作各種3D內容的工具套件，包括建模、渲染、動畫、后期處理、游戲制作以及跨平臺3D交互制作等全方面的功能。它自帶的虛擬現實開發(fā)工具為Blender Game Engine(BGE)，其集成了實時物理運算和邏輯運算引擎，可以開發(fā)手機游戲、PC游戲及虛擬現實展示產品，并且所有代碼均開源，方便編程能力強的人員進行二次開發(fā)。BGE擁有十分強大的兼容性和可移植性，經過了多次的版本更新，BGE目前可提供以下幾項主要功能[3]：(1)多平臺兼容性，包括CNU/Linux、Windows和Ma.OS等。(2)Logic Brick邏輯系統(tǒng)。(3)支持Python腳本系統(tǒng)。(4)支持CLSL2.0著色器規(guī)范。(5)支持Bullel等物理系統(tǒng)。(6)支持WAV等音頻文件。(7)支持實時陰影計算。(8)支持網絡通信和進程節(jié)點設計。
2虛擬現實開發(fā)流程及注意事項
虛擬現實的開發(fā)流程主要可以分為以下幾個步驟：
虛擬現實的制作主要可分為虛擬場景的建立和在3D引擎中實現漫游。虛擬場景建?？稍贐lender中完成，其自帶有強大的建模和材質貼圖功能，與BGE的兼容性使得三維虛擬現實制作變得簡單輕松。
2.1前期準備
為使虛擬場景效果逼真，前期的準備工作要認真進行。首先需要繪制出盡量詳細的實際尺寸，并在現場拍攝收集高質理的照片素材，以利于后期貼圖制作。
2.2模型制作
運用Blender的可交互的多邊形建模及紋理應用工具可以快速構造高逼真的三維實體模型，并能夠對模型進行實時優(yōu)化。從嚴格意義上說，程序中采用三角形模型能較快地提升3D引擎的計算速度。因為3D引擎在讀取網格后，CPU將只計算三角形的數量，所以即使使用了四邊形模型，運行中單個四邊形也會被轉換為兩個三角形來參與計算，這就增加了雙倍的運算負擔。
據測試，Blender能承受一個500000左右網格面的辨戲場景。在建模的過程中，應盡可能地減少模型上點線面的數量，建議不要嘗試通過細分網格來為模型添加細節(jié)。
2.3材質貼圖
場景模型建立完成之后，即可對模型賦予材質。盡量使用標準材質，避免使用Vray、Mental Ray等高級材質。在這里，物體的貼圖只允許使用：jpg、bmp、tga、png、dds這個幾種格式，不支持如tif、psd等類型的貼圖。
在制作紋理圖片時，應嘗試使用較小尺寸的紋理文件，以減小系統(tǒng)載入紋理時的內存消耗，尺寸最好是2的n次方，例如512 x512。在表現物體細節(jié)時，應盡量使用法向貼圖，利用法向運算來豐富模型的細節(jié)，而不是使用網格模型。同理，高光貼圖也可直接替代著色器，完成物體表面的實時高光效果。BLender最大的優(yōu)勢在于它強大的材質貼圖功能，使得模型更加逼真。因此在前期對圖片進行搜集是必要的，
2.4燈光的設定
由于虛擬現實產品中的實時光影計算會消耗大量的資源，所以在制作環(huán)境物體時應盡量利用陰影烘焙，以及AO烘焙。對于場景中人物的照明，則可以利用圖層來實現對單獨對象的照明，而不要嘗試去照亮整個場景。
同時，還應盡量調低陰影的緩沖值，利用Only Shadow屬性的燈光做實時的陰影渲染，并關閉燈光的高光照明，這樣就可以將資源節(jié)省下來，分配給其他運算。[3]
2.5物理與邏輯
對于物體的Physics(物理)屬性設置，如果類型為Dynamic的物體過多，虛擬現實程序的運行會變得令人驚訝的慢。同時在重力設計中，也應盡量使用合適的重力值，如果重力設置過大將有可能使BGE的運行結果超乎預料。
在Logic(邏輯)編輯中，還應盡可能少用Collision和Touch類的觸發(fā)器，它們將極大地降低虛擬現實程序的運算速度，可以通過添加一個不可見的Collision面來完成同樣的效果。同時，對于一些無需碰撞計算的面或物體，一定要去掉其Collision屬性。要多利用Add Background Scene和Add Overlay Scene兩種場景促動器，因為合理地場景分配可以有助于避免大量的麻煩。
2.6Python程序代碼
在Python代碼設計中，盡量少使用Drot和Dloc參數來調用運動促動器，因為它們是按幀計算的。[4]也就是說，同樣的虛擬現實程序在性能好的電腦上運行得很快，而在性能較差的電腦上運行會加倍的慢。
系統(tǒng)提供的結點可以滿足大多數邏輯運算的要求，但不一定是性能最優(yōu)化的制作方案。再復雜的邏輯功能設計都可以用Python程序來簡化完成，而同樣的邏輯功能，使用Python代碼般都會比結點的運行性能更快。
3Blender在虛擬現實中的應用前景
隨著計算機硬件與軟件技術的不斷發(fā)展，虛擬現實必將越來越多的地方得到應用。而Blender三維開源軟件平臺和Python編程語言可快速生成虛擬三維場景的特點，也為Blender在虛擬現實領域的發(fā)展起了良好的推動作用。再加上Python語言擁有眾多的數學分析、工程仿真等模塊，借助這些模塊編程可以實現多種仿真計算的優(yōu)化，更增強了Blender在虛擬現實開發(fā)中的功能。由于Blender三維軟件即可快速開發(fā)虛擬現實產品，又可提供強大擴展性的特點，其在虛擬現實領域必將獲得更多的應用，具有很好的市場前景。
參考文獻：
[1]汪成為,高文,王行仁.靈境(虛擬現實)技術的理論、實現及應用[M].北京:清華大學出版社,1996.
[2]沈殊璇,薄亞明.適合于科學計算的腳本語言Python[J].微計算機應用,2002,9:289-291.
[3]羅聰翼.Blender權威指南[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011,4.
[4]朱權潔.基于Blender引擎的礦山虛擬現實自動建模與運輸仿真研究[D].武漢:武漢科技大學,2010.
作者簡介：張斌(1981-)，男，碩士，主要研究方向為組合導航、非線性濾波和三維數字仿真技術。
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