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基于移動(dòng)端的VR 技術(shù)及在英語(yǔ)學(xué)習的運用論文
對VR在移動(dòng)終端的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了研究，基于unity游戲引擎，設計和開(kāi)發(fā)了一款運行在移動(dòng)終端上的VR應用，把對英語(yǔ)教學(xué)的學(xué)習融匯到VR環(huán)境中，極大提高了學(xué)習興趣和學(xué)習效率。
1 背景
虛擬現實(shí)(VR)是對真實(shí)世界的模擬，VR利用計算機生成一種三維模擬環(huán)境，通過(guò)多種傳感設備使用戶(hù)“投入”到該環(huán)境中，實(shí)現用戶(hù)與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互的技術(shù)[1] 。VR正從PC端向移動(dòng)端進(jìn)行擴展，在移動(dòng)端實(shí)現VR具有較大的市場(chǎng)價(jià)值。研究并設計基于移動(dòng)設備上的VR應用具有重要的意義。
2 VR原理和應用
VR是多種技術(shù)的綜合，包括實(shí)時(shí)三維計算機圖形技術(shù)，廣角(寬視野)立體顯示技術(shù)，對觀(guān)察者頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺(jué)/力覺(jué)反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò )傳輸、語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。
人看周?chē)氖澜鐣r(shí)，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來(lái)，就形成了一個(gè)關(guān)于周?chē)澜绲恼w景象，這個(gè)景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過(guò)其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。在VR系統中，雙目立體視覺(jué)起了很大作用。用戶(hù)的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統采用單個(gè)顯示器，但用戶(hù)帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。
VR有著(zhù)廣泛的應用領(lǐng)域，醫學(xué)中，可以建立虛擬的人體模型。娛樂(lè )方面，英國開(kāi)發(fā)了稱(chēng)為“Virtuality”的VR游戲系統。軍事中，模擬訓練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個(gè)重要課題， 美國高級研究計劃局DARPA自20世紀80年代起一直致力于研究稱(chēng)為SIMNET的虛擬戰場(chǎng)系統，在室內設計中，大大提高了設計和規劃的質(zhì)量與效率。北京航空航天大學(xué)在分布式飛行模擬方面的應用;浙江大學(xué)在建筑方面進(jìn)行虛擬規劃。
VR應用于教育是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。它營(yíng)造了“自主學(xué)習”的環(huán)境，由傳統的“以教促學(xué)”的學(xué)習方式代之為學(xué)習者通過(guò)自身與信息環(huán)境的相互作用來(lái)得到知識、技能的新型學(xué)習方式。
到2020年，全球增強現實(shí)(AR)與VR市場(chǎng)規模將達到1500億美元，其中增強現實(shí)市場(chǎng)將會(huì )達到1200億美元，而VR市場(chǎng)則為300億美元[2]。
3 開(kāi)發(fā)原理和過(guò)程。
沉浸式VR在英語(yǔ)的學(xué)習中也起到了重要的作用。由于在沉浸式VR中，學(xué)習者佩戴上了有感應設備的頭盔，更加能投入到逼近真實(shí)的虛擬環(huán)境中，所以更加提升了英語(yǔ)的學(xué)習效果。但當前的VR設備中，大部分還是和計算機搭配使用，這樣的不足之處是固化了學(xué)習者的學(xué)習地點(diǎn)，學(xué)習者無(wú)法靈活的在其它地方進(jìn)行學(xué)習。另外沉浸式的VR設備價(jià)格還比較昂貴，學(xué)習者很多時(shí)候只是在多媒體課室才能進(jìn)行學(xué)習，下課后，就又只有回到普通的學(xué)習環(huán)境中。為了解決以上缺點(diǎn)，基于unity游戲引擎，在移動(dòng)終端上設計和開(kāi)發(fā)了VR英語(yǔ)學(xué)習軟件。Unity 是一款跨平臺的游戲開(kāi)發(fā)工具，從一開(kāi)始就被設計成易于使用的產(chǎn)品。用 Unity 作為VR開(kāi)發(fā)平臺，開(kāi)發(fā)效率高，效果逼真，交互能力強，數據量小[3]。Unity引擎提供了對occulus眼鏡的支持，其需要連接計算機，才能運行。Google公司提出的cardboard眼鏡，極大的簡(jiǎn)化了沉浸式VR眼鏡，制作方便。國內的暴風(fēng)影音公司推出的暴風(fēng)魔鏡在價(jià)格和使用方便性上進(jìn)行了折中，推出了暴風(fēng)魔鏡產(chǎn)品，把VR內容放到了移動(dòng)終端的同時(shí)，還提供了方便的調節功能和操作手柄，給體驗者提供了更加親切的感覺(jué)。比較了上述幾款產(chǎn)品后，選擇了基于暴風(fēng)魔鏡的硬件和unity平臺來(lái)開(kāi)發(fā)此款英語(yǔ)學(xué)習軟件。魔鏡VR開(kāi)發(fā)平臺為基于unity引擎開(kāi)發(fā)VR應用提供了開(kāi)發(fā)包。
開(kāi)發(fā)流程如下：
從魔鏡開(kāi)發(fā)平臺下載開(kāi)發(fā)包mojing.unitypackage。
在unity開(kāi)發(fā)引擎里面導入魔鏡VR開(kāi)發(fā)包。每一個(gè)VR開(kāi)發(fā)包都對應了相應的unity引擎版本。由于VR開(kāi)發(fā)包里面的函數是根據一定的unity引擎版本編寫(xiě)的，所以如果unity引擎的版本不對，會(huì )讓這些函數無(wú)法執行，導致在unity的編譯階段就會(huì )報錯。具體每一個(gè)VR開(kāi)發(fā)包所對應的unity版本，在VR開(kāi)發(fā)包手冊里面能夠查到。
VR開(kāi)發(fā)包中主要包含了用于顯示的函數，藍牙手柄控制函數和幾個(gè)案例以及幾個(gè)預制體。其中VR服務(wù)的函數主要分為以下幾類(lèi)：
1) 陀螺儀頭部跟蹤函數;
2) 圖像抗鏡片畸變函數;
3) 魔鏡藍牙手柄適配及交互控制函數，其中主要包含：藍牙連接檢測，藍牙斷開(kāi)檢測，藍牙設備按鍵按下響應函數。
預制體主要有第一人稱(chēng)角色控制器和第三人稱(chēng)角色控制器
在第一人稱(chēng)角色控制器中，附加了三個(gè)組件：
n Character Controller組件，是unity自帶的組件，用來(lái)定制角色的參數。
n Mojing1stController 腳本組件，控制第一人稱(chēng)角色漫游，跳躍、慣性、碰撞檢測等參數。
n MojingInputManager 腳本組件，接收藍牙外設輸入，并響應。
VR開(kāi)發(fā)和普通游戲開(kāi)發(fā)的區別有以下兩點(diǎn)：
1) 普通的游戲畫(huà)面的輸出沒(méi)有特殊要求，而VR由于要形成立體視覺(jué)，所以要模擬人的雙眼視覺(jué)，因此必須將同一個(gè)游戲畫(huà)面進(jìn)行適當的分配，形成好似人的左右眼進(jìn)行觀(guān)看的左右兩個(gè)畫(huà)面，最后利用雙目視差的成像原理形成立體視覺(jué)。
在unity中，默認的只有一個(gè)照相機物體，而且只能呈現一個(gè)畫(huà)面，在VR開(kāi)發(fā)包中，利用圖1的游戲物體組合來(lái)模擬人的雙眼：
其中，mojingmain帶有位置組件，用來(lái)包含所有攝像機，模擬了人的頭部，其子物體mojingvrhead用來(lái)控制移動(dòng)終端顯示的開(kāi)關(guān)以及VR功能的開(kāi)關(guān)，VR camera left攝像機用來(lái)模擬人的左眼，VR camera right攝像機用來(lái)模擬人的右眼，VR camera left相對于頭部中心在水平方向向左偏移0.03單位，VR camera right相對于頭部中心在水平方向向右偏移0.03單位，左攝像機顯示圖像到屏幕的左半邊，右攝像機顯示圖像到屏幕的右半邊，當把移動(dòng)終端放置到VR頭盔中以后，左眼只能看到左半邊顯示屏的畫(huà)面，右眼只能看到右半邊顯示屏的畫(huà)面，這樣就在人腦中形成了立體視覺(jué)。
2) 普通游戲可以用移動(dòng)終端的觸摸屏作為輸入設備，在移動(dòng)VR游戲中，由于為了產(chǎn)生沉浸感，用戶(hù)帶上了VR頭盔，無(wú)法再使用觸摸屏作為輸入。作為替代產(chǎn)生了以下的輸入設備：
l 基于動(dòng)作捕捉的 VR 輸入設備，如慣性導航和光學(xué)捕捉設備。
l 動(dòng)作感側VR設備，如kinet，采用光線(xiàn)飛行時(shí)間法技術(shù)。
l 手套式VR設備。
l 手勢識別VR設備。
l 手柄VR設備。
本項目采用了手柄式VR輸入設備，魔鏡藍牙手柄。藍牙手柄配備了一個(gè)方向鍵，確認鍵，返回鍵。和藍牙手柄的通信通過(guò)相關(guān)的藍牙控制函數完成。具體通過(guò)附加在mojinginputmanager游戲對象上的mojinginputmanager.cs腳本中的onDeviceAttached()等手柄控制函數實(shí)現。其中，OnButtonDown(string currentBtn) 函數用來(lái)接收無(wú)線(xiàn)手柄的輸入，MojingKeyCode.KEYCODE_DPAD_UP ，MojingKeyCode.KEYCODE_DPAD _DOWN，
MojingKeyCode.KEYCODE_DPAD_LEF， MojingKeyCode.KEYCODE_DPAD_RIGHT 分別表示了手柄上下左右方向的搖動(dòng)，MojingKeyCode.KEYCODE_BUTTON_A 代表了手柄的跳躍按鍵，在軟件的開(kāi)發(fā)中，相應的移動(dòng)和跳躍的邏輯代碼放在相應的函數中。
本英語(yǔ)軟件設計的總體框架是把學(xué)習者置身在一個(gè)模擬真實(shí)世界的虛擬環(huán)境中，軟件中的主角經(jīng)歷了從出生，到慢慢長(cháng)大的過(guò)程。在剛剛學(xué)會(huì )講話(huà)，看到很多新鮮的事物，說(shuō)出第一個(gè)英語(yǔ)單詞等學(xué)習過(guò)程中，學(xué)習者可以從最基本的英語(yǔ)單詞開(kāi)始學(xué)習，以比較感性的方式進(jìn)行英語(yǔ)的學(xué)習。整個(gè)故事分為多集，學(xué)習者也可以依據自己的英語(yǔ)水平，選擇從相應的故事情節開(kāi)始學(xué)習。
場(chǎng)景中的各種游戲物體，用3dmax，maya等3d建模軟件制作而成，導出為帶有動(dòng)畫(huà)效果的FBX文件，然后導入到unity中。
4 結束語(yǔ)
VR技術(shù)在近幾年得到了快速的發(fā)展，各個(gè)國際巨頭紛紛投入巨資到VR的開(kāi)發(fā)中。本文對VR在移動(dòng)端中的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了分析，并且基于移動(dòng)終端VR，開(kāi)發(fā)了英語(yǔ)學(xué)習軟件，在學(xué)習者的英語(yǔ)學(xué)習過(guò)程中，起到了較大的作用。
【基于移動(dòng)端的VR 技術(shù)及在英語(yǔ)學(xué)習的運用論文】相關(guān)文章：
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