基于虚拟现实应用环境的三维模型立体显示技术开发

李晓莹 郝腾飞 赵永强 刘晓 杨元浩

摘 要：文章重点研究的是基于VR眼镜的智能手机的设计，借助手机的虚拟系统，并且将Unity3D引擎作为整个软件开发的基础，在软件的设计与开发过程当中，通过立体的显示以及头部的跟踪来实现手机端口与互联网端口的数据交互，最终来形成一套有效的软件开发系统，因此文章的研究具有十分重要的实践价值。

关键词：虚拟现实；EAST；眼镜

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：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

这种技术主要是利用計算机图形渲染的方法来对三维空间进行虚拟，并且在虚拟的过程中综合利用各种技术来进行感官的模拟，通过对听觉、视觉自己触觉等进行模拟来让用户有身临其境的感受，并且用户在整个过程中能够相互之间进行互动。

在整个过程中可以利用虚拟现实的技术来让用户有真实体验的感觉，并且在虚拟技术的使用过程中，通过利用计算机图形科学技术、网络技术、传感器技术、语音识别技术等等来搭建一些有效的渠道，通过渠道之间来构建桥梁。本文在这种背景之下，将虚拟技术与现实应用技术进行融合，在此基础上提出一套有效的虚拟现实的技术，借助该套技术来完成整套系统的开发与应用。

2 虚拟现实的关键技术和基础设备

2.1 虚拟现实的关键技术

虚拟现实技术的核心和宗旨就是要不断加强人与机器之间的沟通和交流，并且通过沟通和交流提升用户的各种体验，在双目立体视觉技术当中通过各种高逼真的模仿来对现场进行再现。

2.2 三维立体技术

人类可以通过感官享受来获得外部信息，从而认识外部世界，在所有获得的信息当中，大约有80%到90%的信息是来自人的视觉信息，因此，在虚拟现实系统当中，用户可以通过视觉信息来虚拟系统提供数据源。

2.2.1 立体视觉在形成原理过程当中，主要是依赖人类的眼睛所观察到的景物，一般情况下人类眼睛所观测到的物体都是三维的，这种三维的图像可以通过形态、大小以及远近等信息进行很好的描述。因此，在整个过程中人脑可以对信息进行更加深刻的感知，从目前的技术发展来看，人脑所依赖的计算深度和方式主要有以下四种。

（1）静态深度

在实际的图像当中，通过物体的相对情况可以了解到不同物体之间的相关信息，并且上述信息能够通过计算各种深度信息来获得。

（2）运动深度

运动深度可以对物体的各种状态信息进行获取并且在此基础之上对其进行判断和分析，这样才可以感知汽车的行驶过程，并且对汽车行驶过程当中的距离进行感受。

（3）生理深度

在通常的情况之下，成年人眼的距离都有着严格的规定和要求，一般保持在55cm到68cm的范围之内，需要左右眼进行汇合并且聚集。当物体离人体较近的情况下，眼球才能观看到比较清晰的物体。当观看的物体在较远的距离情况下，那么这种效果就会相反。因此，在这种情况之下，人脑可以通过眼球的汇聚以及肌肉的收缩来对深度信息进行读取和判断。

（4）在这种双目的视觉的正常情况之下，物体之间的影像重叠与眼镜所观察的到影像之间还会存在着较大的差异，这种差异就是视觉差异。人的大脑可以将不同的视觉差异图像进行融合，并且通过融合来形成一幅立体化的图像。在双眼视差的过程当中还受到诸多因素的影响，因此需要根据虚拟现实系统的情况来进行仿真模拟，最终从视觉上来实现沉浸感。

2.2.2 当前各种图像的获取方式也比较特别，在某些情况之下根据视觉本身的视差原理还会形成不同的视觉感觉，并且在整个过程当中还可以获得不同的双目图像，这些分别来自左眼和右眼，上述两幅图像可以分别在左眼和右眼之间产生同样一幅投影图，随后对整个立体图像设备进行显示，最终确保用户能够感受到图像是三维立体的，这样容易产生空间感。

3 EAST装置内部的虚拟现实漫游

3.1 EAST装置及其虚拟三维模型

EAST装置中文全称是先进实验超导托卡马克装置，其中E代表Experimental（实验），A代表Advanced（先进）， S代表Superconducting（超导），T代表Tokamak（托克马克），同时具有“东方”的含意，位于我国安徽省合肥市科学岛。这个词语还具备“东方”的含义，EAST可以通过虚拟现实技术来实现整个过程的漫游模拟，首先第一步是要将EAST的三维模型通过Unity3D技术来导入到整个图形库当中，由于在导入的过程当中整个模型基数非常大，因此在通常情况之下，一个模型往往被分解成很多片，这样才能够确保保存的模型信息是比较完整的。除此之外，还需要根据需求将整个模型存为Prefab（预设），最终通过对内存的读取来提高整体的运行效率。

3.2 结合蓝牙手柄的虚拟功能开发

在实际程序的额实现过程当中，由于当前的EAST装置有着较为苛刻的运行要求，一般都是在高温环境之下，因此，这就对材料本身的维修有着比较高的标准和要求，需要采取合理有效的措施来对其进行维修和保养。

需要更换一些比较合理有效的金属贴片。这样在实际的EAST装置的虚拟现实开发过程中，还可以利用蓝牙技术来增加整个过程的互动。在实际检修的过程当中，通过蓝牙手柄还可以实现X按键的操作。

首选需要对虚拟场景进行渲染，并且保证整个材质的纹理是最新的，在这种情况之下，当前的用户主要是依靠虚拟世界的图片来进行模拟，并且在模拟的过程中还可以得到各种全新的设计图片，其具体的实现方法如下，用户在进行X按键操作的过程当中会出现以下的情况，整个屏幕当中都会出现一个人工绘制的图表，这样可以方便用户来进行选择。

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开始绘制， Worker主要是通过二维贴图来进行图标的显示，在整个过程当中，蓝牙手柄可以根据X按键来进行选择，在选择的过程当中还可以更换各种贴片，最终根据射线原理来更换相应的材质，具体的实现方法如下所示。具体的实现方法如下：

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

RaycastHit hit；

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

ray

在整个射线碰撞和发展的过程当中，new material主要表示的就是各种全新的材质，并且这种材质能够对整个维修的过程进行模拟，从而证明新材料的性能。這样就能够对整个维修工作进行全面的模拟。

4 结束语

在当前的VR眼镜漫游过程当中，当前的智能手机还能够选择合适的硬件系统，这种硬件系统主要是以Unity3D作为基本的开发框架，这种开发框架能够通过实际案例来进行展现，在整个开发过程当中，需要对模型的数据读取方式进行涉及，并且在这种情况之下需要引入一套有效的蓝牙手柄来进行硬件支撑。

参考文献：

[1]HSU K S. Application of a Virtual Reality Entertainment System with Human-Machine SensorDevice[J]. Journal of Applied Sciences， 2015，11（12）.

[2]梁羡荣.谈虚拟现实在数字娱乐游戏中的应用[J].品牌月刊， 2014，08.