基于移動端的VR 技術及在英語學習的運用

秦宇

摘要：對VR在移動終端的開發進行了研究，基于unity游戲引擎，設計和開發了一款運行在移動終端上的VR應用，把對英語的學習融匯到VR環境中，極大提高了學習興趣和學習效率。

關鍵詞：VR；英語學習；移動終端

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0191-02

1 背景

虛擬現實（VR）是對真實世界的模擬，VR利用計算機生成一種三維模擬環境，通過多種傳感設備使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術[1] 。VR正從PC端向移動端進行擴展，在移動端實現VR具有較大的市場價值。研究并設計基于移動設備上的VR應用具有重要的意義。

2 VR原理和應用

VR是多種技術的綜合，包括實時三維計算機圖形技術，廣角（寬視野）立體顯示技術，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網絡傳輸、語音輸入輸出技術等。

人看周圍的世界時，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，就形成了一個關于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。當然，距離信息也可以通過其他方法獲得，例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。在VR系統中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，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生了立體感。

VR有著廣泛的應用領域，醫學中，可以建立虛擬的人體模型。娛樂方面，英國開發了稱為“Virtuality”的VR游戲系統。軍事中，模擬訓練一直是軍事與航天工業中的一個重要課題， 美國國防部高級研究計劃局DARPA自20世紀80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統，在室內設計中，大大提高了設計和規劃的質量與效率。北京航空航天大學在分布式飛行模擬方面的應用；浙江大學在建筑方面進行虛擬規劃。

VR應用于教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了“自主學習”的環境，由傳統的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。

到2020年，全球增強現實（AR）與VR市場規模將達到1500億美元，其中增強現實市場將會達到1200億美元，而VR市場則為300億美元[2]。

3 開發原理和過程。

沉浸式VR在英語的學習中也起到了重要的作用。由于在沉浸式VR中，學習者佩戴上了有感應設備的頭盔，更加能投入到逼近真實的虛擬環境中，所以更加提升了英語的學習效果。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習者的學習地點，學習者無法靈活的在其它地方進行學習。另外沉浸式的VR設備價格還比較昂貴，學習者很多時候只是在多媒體課室才能進行學習，下課后，就又只有回到普通的學習環境中。為了解決以上缺點，基于unity游戲引擎，在移動終端上設計和開發了VR英語學習軟件。Unity 是一款跨平臺的游戲開發工具，從一開始就被設計成易于使用的產品。用 Unity 作為VR開發平臺，開發效率高，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，極大的簡化了沉浸式VR眼鏡，制作方便。國內的暴風影音公司推出的暴風魔鏡在價格和使用方便性上進行了折中，推出了暴風魔鏡產品，把VR內容放到了移動終端的同時，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。比較了上述幾款產品后，選擇了基于暴風魔鏡的硬件和unity平臺來開發此款英語學習軟件。魔鏡VR開發平臺為基于unity引擎開發VR應用提供了開發包。

開發流程如下：

從魔鏡開發平臺下載開發包mojing.unitypackage。

在unity開發引擎里面導入魔鏡VR開發包。每一個VR開發包都對應了相應的unity引擎版本。由于VR開發包里面的函數是根據一定的unity引擎版本編寫的，所以如果unity引擎的版本不對，會讓這些函數無法執行，導致在unity的編譯階段就會報錯。具體每一個VR開發包所對應的unity版本，在VR開發包手冊里面能夠查到。

VR開發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案例以及幾個預制體。其中VR服務的函數主要分為以下幾類：

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，藍牙斷開檢測，藍牙設備按鍵按下響應函數。

預制體主要有第一人稱角色控制器和第三人稱角色控制器

在第一人稱角色控制器中，附加了三個組件：

n Character Controller組件，是unity自帶的組件，用來定制角色的參數。

n Mojing1stController 腳本組件，控制第一人稱角色漫游，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開發和普通游戲開發的區別有以下兩點：

1） 普通的游戲畫面的輸出沒有特殊要求，而VR由于要形成立體視覺，所以要模擬人的雙眼視覺，因此必須將同一個游戲畫面進行適當的分配，形成好似人的左右眼進行觀看的左右兩個畫面，最后利用雙目視差的成像原理形成立體視覺。

在unity中，默認的只有一個照相機物體，而且只能呈現一個畫面，在VR開發包中，利用圖1的游戲物體組合來模擬人的雙眼：

其中，mojingmain帶有位置組件，用來包含所有攝像機，模擬了人的頭部，其子物體mojingvrhead用來控制移動終端顯示的開關以及VR功能的開關，VR camera left攝像機用來模擬人的左眼，VR camera right攝像機用來模擬人的右眼，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面，右眼只能看到右半邊顯示屏的畫面，這樣就在人腦中形成了立體視覺。

2） 普通游戲可以用移動終端的觸摸屏作為輸入設備，在移動VR游戲中，由于為了產生沉浸感，用戶帶上了VR頭盔，無法再使用觸摸屏作為輸入。作為替代產生了以下的輸入設備：

l 基于動作捕捉的 VR 輸入設備，如慣性導航和光學捕捉設備。

l 動作感側VR設備，如kinet，采用光線飛行時間法技術。

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方向鍵，確認鍵，返回鍵。和藍牙手柄的通信通過相關的藍牙控制函數完成。具體通過附加在mojinginputmanager游戲對象上的mojinginputmanager.cs腳本中的onDeviceAttached（）等手柄控制函數實現。其中，OnButtonDown（string currentBtn） 函數用來接收無線手柄的輸入，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，MojingKeyCode.KEYCODE_BUTTON_A 代表了手柄的跳躍按鍵，在軟件的開發中，相應的移動和跳躍的邏輯代碼放在相應的函數中。

本英語軟件設計的總體框架是把學習者置身在一個模擬真實世界的虛擬環境中，軟件中的主角經歷了從出生，到慢慢長大的過程。在剛剛學會講話，看到很多新鮮的事物，說出第一個英語單詞等學習過程中，學習者可以從最基本的英語單詞開始學習，以比較感性的方式進行英語的學習。整個故事分為多集，學習者也可以依據自己的英語水平，選擇從相應的故事情節開始學習。

場景中的各種游戲物體，用3dmax，maya等3d建模軟件制作而成，導出為帶有動畫效果的FBX文件，然后導入到unity中。

4 結束語

VR技術在近幾年得到了快速的發展，各個國際巨頭紛紛投入巨資到VR的開發中。本文對VR在移動端中的開發進行了分析，并且基于移動終端VR，開發了英語學習軟件，在學習者的英語學習過程中，起到了較大的作用。

參考文獻：

[1] CHRIS DEDE.The evolution of constructivist learning environments： immersion in distributed ，virtual word[J] .Education Tech-nology ， 1998， 35（5）： 46-52.

[2] 白利倩. 虛擬現實中的真金白銀[J]. 理財， 2016（1）： 48-49

[3] 曾林森. 基于 Unity3D 的跨平臺虛擬駕駛視景仿真研究[D]. 長沙： 中南大學， 2013.