摘要：本文為實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)程序開發(fā)的有效簡(jiǎn)化，借助PAR平臺(tái)和PAR方法，總結(jié)出一種虛擬現(xiàn)實(shí)程序開發(fā)的新方法。

關(guān)鍵詞：VR技術(shù);Unity 3D; PAR平臺(tái)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，各種高新技術(shù)不斷被研發(fā)出來(lái)并投入使用，其中以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）最受各行各業(yè)及技術(shù)研發(fā)人員的關(guān)注，可是在其實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的應(yīng)用均需要由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件尤為復(fù)雜，為此本文將PAR平臺(tái)及方法為基礎(chǔ)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)主要特征，對(duì)開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的新方法進(jìn)行探討。

1 概述

VR技術(shù)是集計(jì)算機(jī)、多媒體、傳感器、人工智能等多種先進(jìn)技術(shù)于一體進(jìn)而達(dá)成人機(jī)交互的一種技術(shù)手段，其可以將當(dāng)前存在的多種技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，以此模擬出各式各樣的真實(shí)世界，從而讓人們產(chǎn)生到身臨其境的感覺(jué)。以當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，VR技術(shù)在未來(lái)必定成為各行業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)，由于其具有較強(qiáng)的跨學(xué)科性，目前已經(jīng)成為科技探索中的第三種手段[1]。VR技術(shù)主要包含三個(gè)特征：其一，沉浸感，指人在虛擬環(huán)境和獲得與現(xiàn)實(shí)世界差距不大的感受;其二，交互性，指人處于虛擬環(huán)境中時(shí)，能與虛擬環(huán)境中的事物交互，同時(shí)可于人機(jī)操作界面反饋;其三，構(gòu)想性，人機(jī)交互時(shí)人可不受限制的選擇任一場(chǎng)景漫游，進(jìn)而讓人在各種虛擬環(huán)境中產(chǎn)生更多新想法[2]。

2 Unity 3D簡(jiǎn)介

Unity 3D是一款操作相對(duì)簡(jiǎn)單的游戲開發(fā)工具，是一個(gè)由Unity Technologies公司開發(fā)并進(jìn)行全面整合的專業(yè)游戲引擎[3]。Unity 3D編輯器在微軟公司開發(fā)Windows系統(tǒng)和蘋果公司專屬M(fèi)ac OS X系統(tǒng)中均能穩(wěn)定運(yùn)行，并可在Windows、Mac、iPhone、Android、Windows phone 8等系統(tǒng)平臺(tái)中發(fā)布游戲，同時(shí)也可在Unity web player插件輔助下進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)游戲發(fā)布。相比其他游戲引擎，Unity 3D具有更強(qiáng)的跨平臺(tái)性、交互性及可移植性，得到了許多游戲制作公司的青睞[4]。Unity 3D的最初設(shè)計(jì)目的并非虛擬現(xiàn)實(shí)，但在場(chǎng)景開發(fā)時(shí)開發(fā)者能實(shí)時(shí)預(yù)覽場(chǎng)景變化，致使其逐漸被VR所利用，物理碰撞器、網(wǎng)絡(luò)功能、燈光特效等功能都可由Unity 3D直接提供，從而可一定程度上降低開發(fā)者工作量，縮短場(chǎng)景渲染時(shí)間，進(jìn)而使得虛擬現(xiàn)實(shí)的開發(fā)效率大幅度提升。

3 Unity 3D開發(fā)VR程序基本過(guò)程

研究發(fā)現(xiàn)，開發(fā)一個(gè)典型VR程序通常要進(jìn)行需求分析、模型建立和C#腳本開發(fā)與測(cè)試三個(gè)步驟，本文以相對(duì)簡(jiǎn)單的VR球類游戲?qū)σ陨先齻€(gè)步驟進(jìn)行舉例說(shuō)明。

3.1 程序需求分析

游戲玩法介紹：在一個(gè)盒子中，存在n個(gè)普通小球、一個(gè)較大氣球及一個(gè)透明板，游戲過(guò)程中需借助VR設(shè)備吹動(dòng)氣球，VR設(shè)備與攝像頭在此過(guò)程中能對(duì)用戶嘴部和肢體動(dòng)作行動(dòng)態(tài)捕捉，以評(píng)定用戶吹氣球的動(dòng)作，從而將用戶吹氣球的過(guò)程模擬出來(lái)，游戲開始后透明板會(huì)以一定速度向氣球移動(dòng)，用戶吹動(dòng)氣球并撞到小球后得分，并使得透明板向遠(yuǎn)離氣球的方向移動(dòng)一段時(shí)間，此段時(shí)間過(guò)后透明板繼續(xù)向氣球移動(dòng)，直至透明板撞到氣球，游戲結(jié)束，游戲結(jié)構(gòu)詳見圖1。

3.2 模型建立與加載

以往軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互多是常通過(guò)等標(biāo)準(zhǔn)輸出入設(shè)備，VR軟件系統(tǒng)則無(wú)需這些硬件設(shè)施，用戶在使用VR設(shè)備期間，僅需要一臺(tái)設(shè)備就可以直接進(jìn)入VR軟件系統(tǒng)為其營(yíng)造的3D環(huán)境中，設(shè)備還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的動(dòng)作與表情，進(jìn)而達(dá)成人機(jī)交互，由此可見，3D建模在VR軟件系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用。通常情況下，3D建模需要首先使用3DS MAX等3D建模軟件進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，并將這些設(shè)計(jì)好的模型以.fbx或.obj格式存儲(chǔ)起來(lái)，隨后將這些模型文件導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D中行上色處理，此過(guò)程中，Unity 3D主要提供了Assetbundle.Load讀取和加載資源與Resources.Load動(dòng)態(tài)加載資源兩種加載方法。第一種加載方法主要是為了應(yīng)對(duì).fbx格式文件無(wú)法在Unity 3D中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的狀況，因此普通情況下，常會(huì)利用這種加載方法先將文件轉(zhuǎn)換為.prefab格式，隨后再導(dǎo)入U(xiǎn)nity 3D中進(jìn)行上色。第二種加載方法能夠從缺省打進(jìn)程序包中的AssetBundle里面行資源加載，但通常此類文件需要由用戶自建，運(yùn)行時(shí)為動(dòng)態(tài)加載，加載路徑與文件來(lái)源均能由用戶指定，所以利用這種方式進(jìn)行資源加載，可有效解決資源依賴問(wèn)題，以便于用戶制定路徑和來(lái)源對(duì)GameObject進(jìn)行快速加載[6]。

3.3 C#腳本開發(fā)與測(cè)試

C#腳本是一種以C#為主要編寫方式、以控制3D模型移動(dòng)和功能為主要目的的控制程序，在Unity 3D導(dǎo)入所有以.prefab格式儲(chǔ)存的3D模型后，需用進(jìn)行C#腳本編寫以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制。各個(gè)C#腳本相互制約、相互聯(lián)系，其能通過(guò)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集，進(jìn)而控制3D模型，從而完成人機(jī)交互，并達(dá)成多種功能。

4 VR程序開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 3D建模技術(shù)

研究表明，模型精細(xì)程度與用戶體驗(yàn)之間存在緊密聯(lián)系，因此在一般情況下，優(yōu)秀的VR作品都會(huì)伴隨精致的3D模型，想要構(gòu)建出更為精細(xì)的3D模型，則需要計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和立體顯示技術(shù)這兩種技術(shù)手段的幫助。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)完成圖形生成、顯示及繪制的技術(shù)，圖形在計(jì)算機(jī)中多以數(shù)據(jù)形式存在和表達(dá)，如果想要將對(duì)圖形進(jìn)行顯示、繪制、打印等操作，則需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成線條，此技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)大批量機(jī)械圖、電路圖等圖形的快速規(guī)范制作，同時(shí)還能通過(guò)其制作動(dòng)態(tài)圖形和三維圖形，從而將繪圖無(wú)法解決的問(wèn)題有效解決。立體顯示技術(shù)則是一種能實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)手段，現(xiàn)階段存在的方式主要包括雙色眼鏡、立體顯示器、真三維立體顯示器、主動(dòng)立體顯示等[7]。

4.2 C#腳本編寫技術(shù)

C#作為一款由微軟公司研發(fā)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，主要面向于.NETFramework和NET Core之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)。應(yīng)用Unity 3D開發(fā)VR程序的過(guò)程中，需要開發(fā)者對(duì)3D模型進(jìn)行腳本編寫才能使其運(yùn)作起來(lái)，富有生命力，因此在此期間難免會(huì)使用C#語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行腳本編寫，并且VR程序越大，需要編寫的C#腳本便會(huì)越多越復(fù)雜。

5 VR在已拓展PAR平臺(tái)中的實(shí)現(xiàn)

5.1 PAR平臺(tái)及方法

PAR平臺(tái)和PAR方法是一種綜合性較強(qiáng)的軟件開發(fā)環(huán)境。PAR平臺(tái)是一種由Apla代碼轉(zhuǎn)換至高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的自動(dòng)轉(zhuǎn)換工具，包含Radl轉(zhuǎn)換為Apla的自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、Apla轉(zhuǎn)換為Java的自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、Apla轉(zhuǎn)換為C++的自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等;PAR方法主要由一系列建模語(yǔ)言和形式化規(guī)則兩方面內(nèi)容組成。

5.2 PAR平臺(tái)拓展思路

框架選擇是軟件開發(fā)過(guò)程中十分重要的步驟之一，高性能框架可在軟件開發(fā)的后續(xù)工作中發(fā)揮出重要作用，但是并非所有軟件框架均可達(dá)到完美程度，比如利用Unity 3D進(jìn)行引擎開發(fā)時(shí)，就會(huì)存在許多需要使用C#編寫代碼的問(wèn)題，但針對(duì)這些問(wèn)題，合理使用PAR平臺(tái)及方法，便只需要進(jìn)行少量代碼編寫，即可將一些相對(duì)復(fù)雜的功能設(shè)計(jì)出來(lái)，進(jìn)而使編程效率得到大幅度提升[8]。

5.2.1 PAR方法簡(jiǎn)化VR程序開發(fā)過(guò)程

通過(guò)對(duì)大量VR程序開發(fā)過(guò)程進(jìn)行研究，現(xiàn)己明確VR程序的開發(fā)過(guò)程，因此便可將由一系列建模語(yǔ)言和形式化規(guī)則組成的PAR方法拓展到VR領(lǐng)域，并通過(guò)使用效率驅(qū)動(dòng)的開發(fā)方法對(duì)程序進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化。因此簡(jiǎn)化VR程序開發(fā)過(guò)程時(shí)，首先可利用PAR方法中的建模語(yǔ)言對(duì)利用UML建模的VR程序進(jìn)行簡(jiǎn)化，其次利用Apla語(yǔ)言對(duì)C#腳本的編寫效率進(jìn)行全面提升，從而減少VR程序開發(fā)所需時(shí)間，并確保開發(fā)者無(wú)需熟悉C#語(yǔ)言，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜C#腳本的編寫，最后通過(guò)將Apla語(yǔ)言編寫代碼轉(zhuǎn)化成C#腳本，以便于Unity 3D程序隨時(shí)調(diào)用。

5.2.2 PAR平臺(tái)拓展數(shù)據(jù)庫(kù)

使用Unity 3D進(jìn)行VR程序開發(fā)時(shí)，大多數(shù)VR程序均要使用數(shù)據(jù)庫(kù)操作，但是利用Unity 3D本身提供的圖形化界面無(wú)法確保這些數(shù)據(jù)庫(kù)操作能夠有效實(shí)現(xiàn)，而是需要通過(guò)Visual Studio編寫以下程序來(lái)實(shí)現(xiàn)：

更新數(shù)據(jù)：

string s=“server=localhost： database=u3dproject; uid=sa;pwd=qwe”;

SqIConnection conn-new SqIConnection

conn.Open0;

SqICommandcmd=new SqICommand0;

cmd.Connection=conn;

cmd.CommandText=“INSERT INTO Userlnfo VALUES （Jom.Boy，1 7，Namchang）”;

SqID ataReader=sdFcmd.ExecuteReader0;

讀取數(shù)據(jù)：

string s=“server=localhost;database=u3dproj ect;uid=sa;pwd=qwe";

SqIConnection conn=new SqIConnection（s）;

conn.Open0;

SqICommandcmd=new SqICommand0;

cmd.Connection-conn：

cmd.CommandText=“select*from Table”：

SqIDataReadersdr =cmd.ExecuteReader（）;

while （sdr.Read0）{

print（sdr[O].ToString0）; ）

cmd.Dis pose（）;

6 結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬環(huán)境中的交互體驗(yàn)越來(lái)越受到關(guān)注，VR技術(shù)不僅改變了人機(jī)交互方式，同時(shí)也改變了人類的生活方式，致使基于VR技術(shù)的程序開發(fā)顯得極為重要，為有效應(yīng)對(duì)當(dāng)前VR程序開發(fā)方法復(fù)雜的現(xiàn)象，應(yīng)積極探索新方法以簡(jiǎn)化VR程序開發(fā)，其不僅有助于加快VR程序開發(fā)速度，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)我國(guó)VR技術(shù)發(fā)展也具有一定推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]馬寶忠，孫聰，趙連政等，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的變電站交直流電源操作仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2020，28 （19）：31-34+39.

[2]閆亞剛，劉恒，李中旗等，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高壓開關(guān)設(shè)備三維檢修系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2020，28 （17）：156-159+164.

[3]蔣寧，徐濟(jì)惠，基于可視化的VR編輯引擎[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2020，29 （5）：76-81.

[4]高偉，王昱霖，郭瑾.國(guó)外虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育研究熱點(diǎn)及啟示[J].開放學(xué)習(xí)研究，2020，25 （2）：47-54+62.

[5]彭亮，仲思東，李學(xué)鵬.基于真三維模型的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20 （13）：5205-5209.

[6]馮佳，安建強(qiáng).虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)內(nèi)教育中的運(yùn)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析[J].開放學(xué)習(xí)研究，2020，25 （1）：39-47.

[7]谷冰，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和智慧校園設(shè)計(jì)研究[J].電子測(cè)試，2020 （5）：135-136.

[8]周哲泓，薛錦云，黃捷文.虛擬現(xiàn)實(shí)軟件系統(tǒng)開發(fā)方法研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，201 9，41 （11）：1968-197 5.

作者簡(jiǎn)介

李傳志（1984-），男，吉林省吉林市人。碩士學(xué)位，講師。研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。