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基于3D和Virtools技术的虚拟实验开发方法研究
Virtools 设计
基于３Ｄ和Ｖｉｒｔｏｏｌｓ技术的虚拟实验开发方法研究
李昌国，朱福全，谭
（四川师范大学四川省软件重点实验室，成都６１００６６）
要：提出了一种基于３Ｄ和Ｖｉｒｔｏｏｌｓ技术的虚拟实验开发方法——ＶＶＥ，即用３ＤＭＡＸ构建３Ｄ实验场景、制作３Ｄ动
画；用Ｖｉｒｔｏｏｌｓ进行数据处理，交互控制。实验表明，该方法具有真实性、交互性、简单和易实现等特点。关键词：３Ｄ；Ｖｉｒｔｏｏｌｓ；虚拟实验
文章编号：１００２—８３３１（２００６）３１—００８４—０３
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＰ３９ｌ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＡｐｐｒｏａｃｈｅｓｏｆＶｉｒｔｕａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｂａｓｅｄ
（Ｓｏｆｔｗａｒｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｗｈｉｃｈｉｓ
ｃａｌｌｅｄ
３ＤａｎｄＶｉｒｔｏｏｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ
ＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６６，Ｃｈｉｎａ）
ｖｉｒｔｕａｌｔｈｅ３Ｄｗｉｔｈ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔＶｉｒｔｏｏｌｓ．Ｉｔ
ｂａｓｅｄ
ｓｃｅｎｅ
ＬＩＣｈａｎｇ－ｇｕｏ，ＺＨＵＦｕ－ｑｕａｎ，ＴＡＮＬｉａｎｇ，ＹＡＮＧＣｈｕｎ
ＫｅｙＬａｂｏｆＳｉｃｈｕａｎ，Ｓｉｃｈｕａｎ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ａｐｐｒｏａｃｈ
ｐａｐｅｒ，ａ
３ＤａｎｄＶｉｒｔｏｏｌｓｔｈｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，
ＶＶＥ，ｉｓ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｎａｍｅｌｙ，ＶＶＥ
ｉｎｔｅｒａｃｔｓ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓａｎｄｃｒｅａｔｅｓａｎｉｍａｔｉｏｎｔｈａｔ
３ＤＭＡＸ，ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ
ａｎｄｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
ｄａｔａｓｈｏｗｅｄ
ｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
ｉｍｐｒｏｖｅｆａｃｔｉｃｉｔｙ，ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄ；ｖｉｒｔｏｏｌｓ；ｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
实验是中学及高校教学中一个重要的教学环节，国内很多中学及高校实验课的开设普遍不足，在一定程度上影响了教学质量。虚拟实验弥补了这方面的缺陷。相比常规实验，虚拟实验具有的特点是：弥补了教学经费的不足；避免真实操作所带来的危险；彻底打破空间和时间的限制。随着虚拟现实技术的发展，虚拟实验在实验教学中的应用越来越受到重视。文［１—４］在这方面已做了一些工作：文『１，２１进行了相关实验容器的建模和网络体系结构的研究，文［３，４］研究了多用户虚拟实验相关技术。它们都有一个特点，就是基于ＶＲＭＬ（Ｖｉｒｔｕａｌ
ＲｅａｌｉｔｙＭｏｄｅｌ—
一种强大的技术，有着完善的组成：一个创作应用程序、一个动作弓『擎、一个渲染引擎、一个Ｗｅｂ播放器、一个软件开发工具包。它除了自身的３Ｄ／ＶＲ开发平台ＶｉｒｔｏｏｌｓＤｅｖ以外，还有以下５个可选模块以适合不同的应用：ＰｈｙｓｉｃｓＰａｃｋ物理属性、
Ｐａｃｋ虚拟现实、ＡＩＰａｃｋ人工智能、ＸｂｏｘＫｉｔ游戏开发、
Ｓｅｒｖｅｒ服务器。
基于Ｖｉｒｔｏｏｌｓ虚拟实验开发结构图主要包括虚拟实验开发
Ｖｉｒｔｏｏｌｓ
平台、虚拟实验开发平台模组、建模软件、ＰＣ工作站、虚拟实验
Ｃｏｎｔｅｎｔ）和浏览器（ＶｉｒｔｏｏｌｓＷｅｂＨａｙｅｒ）等。虚拟实验开
Ｌａｎｇｕａｇｅ）。但基于ＶＲＭＬ的虚拟现实可视化工具还有待发平台是ＶｉｒｔｏｏｌｓＤｅｖ；虚拟实验开发平台模组包括Ｖｉｒｔｏｏｌｓ
ＰｈｙｓｉｃｓＰａｃｋ、ＶｉｒｔｏｏｌｓＡＩＰａｃｋ、ＶｉｒｔｏｏｌｓＶＲＰａｃｋ、ＶｉｒｔｏｏｌｓＸｂｏｘ
Ｋｉｔ、ＶｉｒｔｏｏｌｓＯｐｅｎＣＡＤ、Ｖｉｒｔｏｏｌｓ
进一步研究口，６１：以ＶＲＭＬ为基础的基于文本的虚拟场景生成工具存在不能提供可视化环境，用户必须有一定的背景知识和场景搭建人员必须从ＶＲＭＬ提供的基本集合形体出发搭建复杂场景等缺点：以ＶＲＭＬ为基础的基于Ｊａｖａ技术通过ＥＡＩ
（ＥｘｔｅｒｎａｌＡｕｔｈｏｒｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｅ）进行交互控制，要求用户必须熟
Ｓｅｒｖｅｒ；输入设备主要指控杆、
方向盘、３Ｄ滑鼠、３Ｄ手套、位置追踪器：输入设备指立体眼镜、立体荧幕、头盔式显示器、模拟机：展出系统包含立体剧院和展示系统。如图１所示。
悉Ｊａｖａ语言以及ＶＲＭＬ动画交互的编程。这样的结果是，对于实际开发难度大、复杂．不易实现。本文针对上述的不足，提出
了一种基于３Ｄ和Ｖｉｒｔｏｏｌｓ技术的虚拟实验开发方法——
ＶＶＥ．即用３ＤＭＡＸ构建３Ｄ实验场景、制作３Ｄ动画；用Ｖｉｒ—ｔｏｏｌｓ进行数据处理，交互控制。实验表明，该方法能克服上述方法的不足，具有真实性、交互性、简单和易实现等特点。
一说裂；ｖＣａＲｒｅ呲Ｓｙｓｔｅ“ＨＶ虚Ｒ拟Ｃ实ｍｔ验ｅｎ‘卜（立
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垂鳘Ｈ差攀茎陋嚆一固—匦酬工‰卜题
』扫描器］
Ｖｉｒｔｏｏｌｓ简介
Ｖｉｒｔｏｏｌｓ是由法国全球交互三维开发解决方案公司ＶＩＲ．
ＴＯＯＬＳ所开发，其三维引擎已经成为微软ＸＢｏｘ认可系统，其特点是方便易用．应用领域广。Ｖｉｒｔｏｏｌｓ在３Ｄ互动展示方面是
ＶＶＥ开发方法
基于３Ｄ和Ｖｉｒｔｏｏｌｓ技术的虚拟实验，以下简称为ＶＶＥ。
基金项目：四川省软件重点实验室课题资助项目（ＳＣＳＬ５０１４）；四川省教育厅重点项目（２００５Ａ１００）；四川省教育厅重点项目（２００５Ａ０９９）。
作者简介：李昌国（１９８０一），男，硕士，主要研究方向为图形图像处理；朱福全（１９８０一），男，硕士，主要研究方向为图形图像处理；谭良（１９７２一），男
博士，主要研究方向为信息安全、中间件；杨春（１９７０一），男，教授，博士，主要研究方向为信息安全，分布式计算，并行计算。
２００６．３１计算机工程与应用
万方数据　
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虚拟实验生成的数据是虚拟实验的重要组成部分。在开发基于3D和VIRTOOLS技术的虚拟实验过程中,使用了两种实验数据的分析方法:一种是外部程序实验数据分析方法.VEDA,即...基于3D和Virtools 技术的虚拟实验开发方法研究李昌国,朱福全,谭良,杨春( 四川师范大学 四川省软件重点实验室, 成都 610066)摘要: 提出了一种基于 3D和Virtools ...基于3D MAX和Virtools的虚拟实验的研究与设计_专业资料。基于 3D MAX 和 Virtools 的虚拟实验的研究与设计 摘要:构建基于 virtools 技术虚拟教学系统,有助于提高课堂...基于3D和VIRTOOLS技术的虚拟实验的实验据分析研究_物理_自然科学_专业资料。第 !...数据分析 方法 7 Ε2& , 即 使用 # , Α技 , 技术 开发虚 拟实验 。 ...//.cn 基于 3D MAX 和 Virtools 的虚拟实验的研 究与设计 作者:张建美 来源:《科技探索》2012 年第 11 期 摘要:构建基于 Virtools 技术虚拟...基于3D和VIRTOOLS技术的... 7人阅读 4页 2.00 基于Virtools的虚拟实验.....最后列举了伏安法测电阻的...基于Virtools的虚拟实验室的构建方法研究_专业资料。虚拟现实技术是当今世界最前沿的技术之一,虚拟实验室是虚拟现实技术在教育领域的应用。本文首先介绍了几种构建虚拟...利用Virtools开发三维虚拟实验研究_互联网_IT/计算机_专业资料。 201 3年第 2期...基于virtools的虚拟实验... 12人阅读 3页 1.00 Virtools底层开发技术在.....基于Maya与Virtools技术的骨构造虚拟实验的设计与实现_机械/仪表_工程科技_专业资料。基于 Maya 与 Virtools 技术的骨构造虚拟实验的设计与实现 摘要:maya 作为世界顶...『I ’+孳 场景、制作3D动画;以Virtools技术为 平台将3D模型转化为可用键盘和...[4]李昌国,朱福全,谭良等.基于5D和Virt,00ls技术的虚拟实验开发方法研究【J...> 优秀动漫游戏系列教材--交互式漫游动画----Virtools+3ds Max 虚拟技术整合
优秀动漫游戏系列教材--交互式漫游动画----Virtools+3ds Max 虚拟技术整合
价 格：49.00元
所属类别：
所属学科：
出 版 社 ：中国科学技术出版社
本书系统讲解了交互式漫游动画开发流程中的模型、贴图、烘焙以及虚拟交互制作过程，结合业界应用的实用理论，在教授学生制作的过程中逐步讲述各种问题，精确讲述了交互式漫游动画的各种要领。
　　本书讲述的每一个关键步骤，力图使读者完全理解制作过程，迅速切人关键点；强调交互式漫游动画产品开发的综合资源利用，使读者熟悉制作的来龙去脉。
　　本书结构清晰，内容丰富，适合从事三维动画设计、游戏设计的广大从业人员阅读，也可作为大专院校三维设计、虚拟动画设计相关专业的培训教材。
第一篇　工具的基本操作说明　第一章　3ds max9 　1.1　3ds max9简介　1.2　3ds max9用户界面　1.2.1 菜单栏　1.2.2　主工具栏　1.2.3　命令面板　1.2.4　视口　1.2.5　底部界面栏　第二章　virtools　2.1　什么是virtools　2.2　virtools软件界面介绍　2.2.1　世界编辑器(3d layout)　2.2.2　bb----行为模块(building blocks)　2.2.3　素材库(data) 　2.2.4　脚本编辑区(schematic)　2.2.5　层级管理器(level manager) 　2.3　资源整合及导入virtools中　2.3.1　从3ds max中导入到virtools注意事项　2.3.2　导入模型.　2.3.3　初始状态　2.3.4　素材库的创建　　2.3.5　作品发布　　2.4　虚拟交互设计流程展示：打开扇门第二篇　动画场景横型的准备　第三章　动画场景中建筑模型的制作流程　　3.1　分析cad图纸　　3.2　cad文件导入max　　3.3　制作规范　　3.3.1　基本制作规范　　3.3.2　几个原则　　3.4　3ds max模型的建立过程　　3.4.1　主建筑模型的制作方法　　3.4.2　场景设施的制作方法　　3.4.3　绿化带的制作方法　第四章　动画场景中烘焙贴图的制作　　4.1　建筑模型的材质贴图制作　　4.2　漫游动画场景环境材质的创建方法　　4.2.1　天空和远景材质的制作　　4.2.2　地面、草坪无缝贴图的制作　　4.3　灯光的架设　　4.4　贴图烘焙　　4.5　场景输出　　4.5.1　max exporter的***　　4.5.2　模型的输出第三篇 虚拟交互设计　第五章　virtools摄像机的互动设计　5.1　camera setup简介　5.2　第三人称摄像机的创建　5.3　第人称摄像机的创建　5.4　切换摄像机　　……　第六章　碰撞检测　第七章　小地图的制作　第八章　喷泉的制作　第九章　声音的设定　第十章　键鼠互动与游戏手柄的操作附件一：***3ds max exporter.exe附件二：virtools dev的***后记游戏场景的概念
游戏场景是游戏中的环境、建筑、机械、道具、植物等。游戏场景通常可以理解为根据企划的要求还原出游戏中的建筑物、树木、天空、道路等可用元素（包含武器道具等）。
在网络游戏这个虚拟娱乐世界里，一个制作细腻、精美的游戏场景能烘托整体游戏的气氛，将快速将玩家带到游戏剧情中，使游戏玩家能感悟到游戏策划者所想传递的游戏内涵与游戏文化。
游戏场景的功能
游戏场景在游戏中起很大作用，假如一个游戏中没有场景，就会是黑呼呼的一片，也就没有人玩了!反之，场景越好就会让人觉得越逼真，玩起来就会有身临其境的感觉。
制作游戏场景的软件
Autodesk Maya、 3DMax、 Photo shops、Crazybump、VUE、VIRTOOLS DEV、Paint等软件。
游戏角色的概念
角色，即玩家扮演的人物。在游戏中，玩家扮演虚拟世界中的一个或者几个特定角色，在特定场景下进行游戏。角色根据不同的游戏情节和统计数据（例如力量、灵敏度、智力、魔法等）具有不同的能力，而这些属性会根据游戏规则在游戏情节中改变。
游戏角色的功能
不同的游戏角色可以让玩家根据自己的喜好自由选择角色，让玩家在虚拟世界中得到满足感和成就感。
制作游戏场景的软件
maya、3Dmax、 zbrush、Photo shops、Crazybump、VUE等软件。
游戏动作的概念
在游戏里面具有一定动机和目的，具备一定规律的运动。比如人物的走路，跑步，攻击，待机等具备功能性的运动。
游戏动作的功能
好的游戏动作创意，能够契合游戏背景和角色性格特点；流畅的游戏动作能够很好的讨好玩家的视觉感受，使动作更具连贯性和观赏性；符合基本的物理运动规律可以让玩家更好的接受；合理的夸张度可以让玩家在游戏中得到满足感和成就感；而好的游戏动作打击感则可以给玩家更爽快的游戏体验。
制作游戏场景的软件
Maya 、3Dmax 、photoshop等软件。
游戏特效的概念
游戏特效指被应用于电脑游戏中的特殊效果的地方，通常是由电脑软件制作出的现实中一般不会出现的特殊效果。例如游戏中人物的刀光、对打产生的火花、爆炸的烟雾、燃烧的火苗、水流的质感这些都是特效范畴。
游戏特效的功能
游戏特效起着提高产品美术水准，烘托大作氛围；吸引玩家眼球，增加战斗体验，拉进玩家互动作用；同时在产品的宣传推广中有推波助澜的效果。
制作游戏场景的软件
After Effects、Photo shop、3DS Max、Particle Illusion、Emitter等二维、三维特效软件。
游戏武器的概念
游戏武器可通过玩家购买，也可以通过打到武将获得。在游戏中，武器一般包括手持武器、法宝、暗器三种类型，比如有***、剑、刀、弓、飞刀等等。
游戏武器的功能
武器由人物角色操控用于攻击消灭敌人，游戏中不同的武器有不同的杀伤力！游戏中武器可以让玩家在战斗中有着不少的优势，可以增加玩家和减少玩家的输出益智让玩家在战场中存活更久。
制作游戏武器的软件
MAYA、3DSmax 、Photoshop等软件。
游戏装备的概念
游戏中装备是指配备的一些设备，引申指游戏中的非消耗性道具。装备又可分为攻击类和防御类装备。武器、项链、戒指为攻击类装备;衣服、头盔、盾牌、护心镜、腰带、护腕、鞋子为防御类装备。一般游戏将装备根据属性分成多种，用不同的颜色来区分;玩家可能用其他的属性道具来强化装备，提升装备品质，品质提升时装备的实力将有一个突进式的飞跃。
游戏装备的功能
游戏中不同的装备有不同的作用，头饰、衣服、护手、腰带、护腿和鞋子等可以美化人物形象，增强角色的防御和生存能力；而项链、护符、戒指一般增强角色的攻击能力；游戏中玩家还可以根据自己的职业不同，驾驭各种奇兽坐骑在不同的游戏地图穿梭；武器类的装备则可以增加人物的攻击力度。
制作游戏装备的软件
MAYA、3DSmax 、Photoshop等软件。
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