基于虛擬現(xiàn)實應(yīng)用環(huán)境的三維模型立體顯示技術(shù)開發(fā)

李曉瑩 郝騰飛 趙永強 劉曉 楊元浩

摘 要：文章重點研究的是基于VR眼鏡的智能手機的設(shè)計，借助手機的虛擬系統(tǒng)，并且將Unity3D引擎作為整個軟件開發(fā)的基礎(chǔ)，在軟件的設(shè)計與開發(fā)過程當中，通過立體的顯示以及頭部的跟蹤來實現(xiàn)手機端口與互聯(lián)網(wǎng)端口的數(shù)據(jù)交互，最終來形成一套有效的軟件開發(fā)系統(tǒng)，因此文章的研究具有十分重要的實踐價值。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；EAST；眼鏡

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0145-02

Abstract： This paper focuses on the design of smart phone based on VR glasses， with the help of the virtual system of mobile phone， and takes the Unity3D engine as the basis of the whole software development. In the process of software design and development， through three-dimensional display and head tracking it is supposed to realize the data interaction between mobile phone port and Internet port， and finally form an effective software development system. Thus， the research in this paper has very important practical value.

Keywords： virtual reality； EAST； glasses

1 概述

這種技術(shù)主要是利用計算機圖形渲染的方法來對三維空間進行虛擬，并且在虛擬的過程中綜合利用各種技術(shù)來進行感官的模擬，通過對聽覺、視覺自己觸覺等進行模擬來讓用戶有身臨其境的感受，并且用戶在整個過程中能夠相互之間進行互動。

在整個過程中可以利用虛擬現(xiàn)實的技術(shù)來讓用戶有真實體驗的感覺，并且在虛擬技術(shù)的使用過程中，通過利用計算機圖形科學(xué)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)、語音識別技術(shù)等等來搭建一些有效的渠道，通過渠道之間來構(gòu)建橋梁。本文在這種背景之下，將虛擬技術(shù)與現(xiàn)實應(yīng)用技術(shù)進行融合，在此基礎(chǔ)上提出一套有效的虛擬現(xiàn)實的技術(shù)，借助該套技術(shù)來完成整套系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。

2 虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)備

2.1 虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心和宗旨就是要不斷加強人與機器之間的溝通和交流，并且通過溝通和交流提升用戶的各種體驗，在雙目立體視覺技術(shù)當中通過各種高逼真的模仿來對現(xiàn)場進行再現(xiàn)。

2.2 三維立體技術(shù)

人類可以通過感官享受來獲得外部信息，從而認識外部世界，在所有獲得的信息當中，大約有80%到90%的信息是來自人的視覺信息，因此，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)當中，用戶可以通過視覺信息來虛擬系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。

2.2.1 立體視覺在形成原理過程當中，主要是依賴人類的眼睛所觀察到的景物，一般情況下人類眼睛所觀測到的物體都是三維的，這種三維的圖像可以通過形態(tài)、大小以及遠近等信息進行很好的描述。因此，在整個過程中人腦可以對信息進行更加深刻的感知，從目前的技術(shù)發(fā)展來看，人腦所依賴的計算深度和方式主要有以下四種。

（1）靜態(tài)深度

在實際的圖像當中，通過物體的相對情況可以了解到不同物體之間的相關(guān)信息，并且上述信息能夠通過計算各種深度信息來獲得。

（2）運動深度

運動深度可以對物體的各種狀態(tài)信息進行獲取并且在此基礎(chǔ)之上對其進行判斷和分析，這樣才可以感知汽車的行駛過程，并且對汽車行駛過程當中的距離進行感受。

（3）生理深度

在通常的情況之下，成年人眼的距離都有著嚴格的規(guī)定和要求，一般保持在55cm到68cm的范圍之內(nèi)，需要左右眼進行匯合并且聚集。當物體離人體較近的情況下，眼球才能觀看到比較清晰的物體。當觀看的物體在較遠的距離情況下，那么這種效果就會相反。因此，在這種情況之下，人腦可以通過眼球的匯聚以及肌肉的收縮來對深度信息進行讀取和判斷。

（4）在這種雙目的視覺的正常情況之下，物體之間的影像重疊與眼鏡所觀察的到影像之間還會存在著較大的差異，這種差異就是視覺差異。人的大腦可以將不同的視覺差異圖像進行融合，并且通過融合來形成一幅立體化的圖像。在雙眼視差的過程當中還受到諸多因素的影響，因此需要根據(jù)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的情況來進行仿真模擬，最終從視覺上來實現(xiàn)沉浸感。

2.2.2 當前各種圖像的獲取方式也比較特別，在某些情況之下根據(jù)視覺本身的視差原理還會形成不同的視覺感覺，并且在整個過程當中還可以獲得不同的雙目圖像，這些分別來自左眼和右眼，上述兩幅圖像可以分別在左眼和右眼之間產(chǎn)生同樣一幅投影圖，隨后對整個立體圖像設(shè)備進行顯示，最終確保用戶能夠感受到圖像是三維立體的，這樣容易產(chǎn)生空間感。

3 EAST裝置內(nèi)部的虛擬現(xiàn)實漫游

3.1 EAST裝置及其虛擬三維模型

EAST裝置中文全稱是先進實驗超導(dǎo)托卡馬克裝置，其中E代表Experimental（實驗），A代表Advanced（先進）， S代表Superconducting（超導(dǎo)），T代表Tokamak（托克馬克），同時具有“東方”的含意，位于我國安徽省合肥市科學(xué)島。這個詞語還具備“東方”的含義，EAST可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)整個過程的漫游模擬，首先第一步是要將EAST的三維模型通過Unity3D技術(shù)來導(dǎo)入到整個圖形庫當中，由于在導(dǎo)入的過程當中整個模型基數(shù)非常大，因此在通常情況之下，一個模型往往被分解成很多片，這樣才能夠確保保存的模型信息是比較完整的。除此之外，還需要根據(jù)需求將整個模型存為Prefab（預(yù)設(shè)），最終通過對內(nèi)存的讀取來提高整體的運行效率。

3.2 結(jié)合藍牙手柄的虛擬功能開發(fā)

在實際程序的額實現(xiàn)過程當中，由于當前的EAST裝置有著較為苛刻的運行要求，一般都是在高溫環(huán)境之下，因此，這就對材料本身的維修有著比較高的標準和要求，需要采取合理有效的措施來對其進行維修和保養(yǎng)。

需要更換一些比較合理有效的金屬貼片。這樣在實際的EAST裝置的虛擬現(xiàn)實開發(fā)過程中，還可以利用藍牙技術(shù)來增加整個過程的互動。在實際檢修的過程當中，通過藍牙手柄還可以實現(xiàn)X按鍵的操作。

首選需要對虛擬場景進行渲染，并且保證整個材質(zhì)的紋理是最新的，在這種情況之下，當前的用戶主要是依靠虛擬世界的圖片來進行模擬，并且在模擬的過程中還可以得到各種全新的設(shè)計圖片，其具體的實現(xiàn)方法如下，用戶在進行X按鍵操作的過程當中會出現(xiàn)以下的情況，整個屏幕當中都會出現(xiàn)一個人工繪制的圖表，這樣可以方便用戶來進行選擇。

GUI.DrawTexture（new Rect（Screen.width/2，Screen.height/2，worker）；其中Screen.width/2，Screen.height/2表示在屏幕的正中心開始繪制， Worker主要是通過二維貼圖來進行圖標的顯示，在整個過程當中，藍牙手柄可以根據(jù)X按鍵來進行選擇，在選擇的過程當中還可以更換各種貼片，最終根據(jù)射線原理來更換相應(yīng)的材質(zhì)，具體的實現(xiàn)方法如下所示。具體的實現(xiàn)方法如下：

Ray ray=Camera.main.ScreenPointToRay（Screen.width/2，Screen.height/2，0.0f）；

RaycastHit hit；

hit.collider.gameObject.renderer.material=new material；

ray

在整個射線碰撞和發(fā)展的過程當中，new material主要表示的就是各種全新的材質(zhì)，并且這種材質(zhì)能夠?qū)φ麄€維修的過程進行模擬，從而證明新材料的性能。這樣就能夠?qū)φ麄€維修工作進行全面的模擬。

4 結(jié)束語

在當前的VR眼鏡漫游過程當中，當前的智能手機還能夠選擇合適的硬件系統(tǒng)，這種硬件系統(tǒng)主要是以Unity3D作為基本的開發(fā)框架，這種開發(fā)框架能夠通過實際案例來進行展現(xiàn)，在整個開發(fā)過程當中，需要對模型的數(shù)據(jù)讀取方式進行涉及，并且在這種情況之下需要引入一套有效的藍牙手柄來進行硬件支撐。

參考文獻：

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