初識(shí)三維設(shè)計(jì)軟件

王德貴

我在2019年山東武玉柱老師的培訓(xùn)課上初識(shí)了XRmaker，它讓3D設(shè)計(jì)的門檻降低了很多。2020年初，我設(shè)計(jì)了6節(jié)課程，對(duì)本市小學(xué)生做了直播。

通過我的學(xué)習(xí)和教學(xué)，感覺XRmaker非常適合中小學(xué)生學(xué)習(xí)編程知識(shí)，它擁有完善的積木塊程序，學(xué)生可以快速有效地制作出漂亮的3D或VR程序作品，并且支持在電腦、手機(jī)和各種VR設(shè)備等多平臺(tái)上運(yùn)行和程序輸出。

XRmaker以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、想象力和編程能力為重點(diǎn)，依托云端海量的教育資源和素材庫（無單機(jī)版），開展教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生們通過可視化、游戲化的方式進(jìn)行編程，既提高了學(xué)習(xí)編程的興趣，又增強(qiáng)了邏輯分析和獨(dú)立思考的能力。當(dāng)然，XRmaker也可以用于教師的3D課件制作、VR類產(chǎn)品設(shè)計(jì)等等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR），又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的實(shí)用技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)VR技術(shù)的需求日益旺盛。VR技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

XRmaker客戶端32/64位網(wǎng)盤鏈接：https：//pan.baidu.com/s/1g2eZKKM05HWeLq1YdgY3c

Q？pwd=XRMK 提取碼：XRMK。關(guān)注壹零社公眾號(hào)也可下載。

本軟件為綠色版，解壓后即可使用。

1.創(chuàng)建3D作品或VR作品

2.啟動(dòng)界面

啟動(dòng)界面有3個(gè)資源模型：攝像機(jī)、草原天空球和平行光。

3.菜單

4.界面布局

編輯視角和發(fā)布視角，可以通過按鈕進(jìn)行切換，方便編程和調(diào)試。

5.視圖導(dǎo)航工具

XRmaker 視圖導(dǎo)航工具，x軸紅色，y 軸綠色，z軸藍(lán)色，用鼠標(biāo)單擊xyz 軸和中間的小立方體可以進(jìn)行視圖切換。

6.資源選項(xiàng)卡

在資源商店里，可以對(duì)資源進(jìn)行搜索、圖標(biāo)尺寸縮放等資源庫操作。

公共資源里，可以找到各種庫，方便設(shè)計(jì)。

資源素材操作：

（1）右擊：在選擇的模型上右擊會(huì)彈出菜單可以對(duì)模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放、刪除等操作。

（2）狀態(tài)欄按鈕

（3）屬性區(qū)

（4）在當(dāng)前使用的資源列表中單擊圖標(biāo)會(huì)選中工作區(qū)中的模型，雙擊會(huì)縮放到合適的視圖。

7.編程選項(xiàng)卡

當(dāng)前資源的程序設(shè)計(jì)，資源的屬性均可看到。

1.兩個(gè)空間

在XRmaker的虛擬世界中，有兩種空間，一種叫作World空間，也就是我們?cè)诰庉嬈髦性O(shè)計(jì)編輯的空間；還有一種叫作Self空間，大家可以理解為每個(gè)場(chǎng)景中的物體模型自身。

在World空間中，方向是固定的?？梢岳斫鉃?，它是以地球（天空球）為參照系的。就像我們現(xiàn)實(shí)世界中的東南西北一樣，指定的是固定的方向，不隨物體模型的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。因此，一個(gè)物體模型無論怎么轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)我們編程讓它向某一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)（比如x方向），它都會(huì)朝著場(chǎng)景中這個(gè)方向移動(dòng)，即便它是歪的。

而Self空間，就像我們現(xiàn)實(shí)世界中的前后左右，每個(gè)人朝向不同，他的前后左右也是不同的?？梢岳斫鉃椋且阅Ｐ捅旧碜鰠⒄障档?。當(dāng)一個(gè)人朝向北邊時(shí)，前北，左西，右東，后南；而當(dāng)他朝向東邊時(shí)，就變?yōu)榱饲皷|，左北，右南，后西。

這里涉及的是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的知識(shí)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)是某一物體對(duì)另—物體而言的相對(duì)位置的連續(xù)變動(dòng)，即此物體相對(duì)于固定在第二物體上的參考系的運(yùn)動(dòng)。絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是指宇宙中沒有不動(dòng)的物體，一切物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的。

為什么要設(shè)置兩種空間、兩種方向呢？當(dāng)然是為了我們更方便地控制物體模型在場(chǎng)景中的移動(dòng)。當(dāng)我們需要平移時(shí)，可以直接用在World空間移動(dòng)的語句，這樣可以保證在場(chǎng)景中朝某一方向移動(dòng)。

當(dāng)我們需要物體模型保持向前移動(dòng)時(shí)，則可以讓它在Self空間向z方向移動(dòng)（某些模型也可能是其他方向），那么無論它怎么轉(zhuǎn)向，都能保持向前移動(dòng)。

也就是說，不管模型的初始狀態(tài)如何，它們的運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)各自的參照系運(yùn)動(dòng)的。有時(shí)效果相同，有時(shí)效果不同，這就取決于當(dāng)前的狀態(tài)。

2.三維坐標(biāo)系

XRmaker程序設(shè)計(jì)主要用到了三維立體坐標(biāo)系，即有三個(gè)坐標(biāo)軸：x，y，z，并且遵守右手螺旋法則。

在World空間和Self空間都有各自的三維坐標(biāo)系，但它們的標(biāo)度（單位長(zhǎng)度）是一樣的。

一個(gè)模型在World空間的坐標(biāo)就是它的當(dāng)前位置，例如坐標(biāo)為（10，10，0），角度（0，0，0）。在Self空間里，它的坐標(biāo)是（0，0，0） ，角度（0，0，0）。如果在Self空間沿x軸向前運(yùn)動(dòng)10，在Self空間里它的坐標(biāo)還是（0，0，0），但在World空間的坐標(biāo)就是（20，10，0），因?yàn)槟Ｐ偷慕嵌榷际?，如果角度不是0，即模型的朝向不同，那運(yùn)動(dòng)后就可能影響到在World空間的三個(gè)坐標(biāo)值。

在三維空間，一個(gè)模型有六個(gè)自由度，即x軸、y軸、z軸、x角度、y角度和z角度。角度即是模型的朝向，模型既可以沿三個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，也可以沿三個(gè)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)，這就是六個(gè)自由度。這些知識(shí)點(diǎn)，需要在學(xué)習(xí)中慢慢理解。

1.下載模型

因?yàn)橘Y源數(shù)據(jù)太大，XRmaker客戶端無法在本地保存資源庫和相關(guān)資料，也正是因?yàn)槿绱耍艣]有單機(jī)版，那么就需要先下載，再使用。

點(diǎn)擊“資源”選項(xiàng)卡，然后依次點(diǎn)擊“公共資源→動(dòng)物園→雕像01”。

2.添加模型

把剛才下載的“雕像01”模型拖拽到綠色“草原”上，然后看到右側(cè)的屬性設(shè)置界面。將位置屬性的x，y，z值修改為（0，0，5）。

3.添加“開始”事件

點(diǎn)擊“編程”選項(xiàng)卡，找到“事件”模塊，將“開始”事件模塊拖動(dòng)到右側(cè)編碼區(qū)。

4.添加“重復(fù)執(zhí)行”控制模塊

點(diǎn)擊“編程”選項(xiàng)卡，找到“控制”模塊，將“重復(fù)執(zhí)行”模塊拖動(dòng)到右側(cè)編碼區(qū)，并放在“開始”的下方。注意，拖動(dòng)時(shí)一定要看到下方有陰影，方可松開鼠標(biāo)，表示已經(jīng)連接正確。否則程序不會(huì)運(yùn)行。

5.添加顯示文字模塊

點(diǎn)擊“編程”選項(xiàng)卡，找到“外觀”模塊，將“雕像01顯示文本……”模塊拖動(dòng)到右側(cè)編碼區(qū)，并放在“重復(fù)執(zhí)行”模塊的中間。

注意，一定要拖動(dòng)到中間，并且看到“重復(fù)執(zhí)行”模塊顏色變亮，方可松開鼠標(biāo)，如果位置正確，在“開始”的下方有陰影。即是說，哪里出現(xiàn)陰影，就是放置拖動(dòng)模塊的位置。

修改參數(shù)，顯示文字“Hello World！”，尺寸0.2，（x0，y3，z0），顏色（r1，g0，b0）。

6.運(yùn)行

點(diǎn)擊上方的“開始”按鈕，在編輯視角和發(fā)布視角均可看到“Hello World”。在編輯視角如果無法看到效果，則按住鼠標(biāo)右鍵，同時(shí)按S鍵，或是A、D鍵調(diào)整位置即可。

7.停止

點(diǎn)擊“停止”按鈕，即可停止運(yùn)行，以便進(jìn)行其他操作（運(yùn)行狀態(tài)無法修改代碼或模型屬性）。

關(guān)于XRmaker，本文就簡(jiǎn)單介紹到這，其他相關(guān)知識(shí)將陸續(xù)發(fā)布，敬請(qǐng)關(guān)注。

具體問題可以咨詢作者公眾號(hào)“鑰匙編程入門”（備注：VR）。