基于U3D虛擬現實攝影模擬系統的設計與實現

薛鳴一

(常州劉國鈞高等職業技術學校,江蘇常州 213025)

0 引言

虛擬現實是虛擬軟件教學平臺的基本支撐理論,是搭建虛擬環境、重現實驗過程、模擬實驗步驟,最終實現高效虛擬的基礎[1]。所以,在本文的論述過程中,其重點將放在虛擬現實上面,對其進行深入的分析與研究。

虛擬現實(Virtual Reality)就狹義概念上來講,它主要是指用于構建人造世界的一種計算機系統,在此世界中,使用者能夠對其中的物體進行一系列操作,從而激發使用者的興趣[2]虛擬現實從定義看為“虛擬”與“現實”。“虛擬”的定義近在咫尺,而“現實”就是我們人類所經歷的,是人通過味覺、觸覺、氣味、視覺和聽覺等感知系統了解世界。因此,“虛擬現實”一詞基本上是指“近現實”。就目前而言,對于仿真教學系統平臺的構建過程中主要應用的U3D引擎。U3D支持將作品發布EXE、APK、IPA等多平臺應用程序。對于U3D引擎而言,其自身所具備的巨大優越性,可以實現3D互動[3],從而滿足了虛擬現實技術的要求。

1 U3D虛擬現實攝影模擬系統的功能模塊

(1)基本幾何體:就現階段所存在的所有3D引擎中,其基本的計算都是以基本幾何體的方式存在的。并且由于環境維度的差異導致其矩陣變化存在著較大的差異,并明確了幾種運算之間的關系。

(2)導入資源:在U3D中該模塊的主要功能是承擔著對各類型素材資源的導入工作。從而使得U3D引擎的延展性以及兼容性都得到了極大程度上的提高。

(3)腳本編程:腳本根據功能的不同劃分為許多類型,對于存在于U3D中的各種模型,其運動狀態的變化都是通過動作腳本來完成的。其內部動畫是否流暢主要由連續性腳本來控制,除此之外,還存在著許多類型的腳本承擔著不同的功能。

(4)網絡通訊:其主要功能是利用TCP/IP協議來溝通網絡中的各個模塊,增強其緊密性。

(5)輔助工具:其功能設計的必要性在于在項目開發過程中所需要的輔助工具。

(6)音樂音效:其主要功能就是對系統中的音效進行加工再處理。詳細如圖1。

圖1 U3D 引擎組成Fig.1 Composition of U3D engine

2 U3D虛擬現實攝影模擬系統的實現

2.1 真實模擬實現

在構建的虛擬拍攝平臺時,虛擬拍攝呈現出的真實效果對于攝影尤其重要。U3D通過內置引擎和腳本的編寫,可以模擬出相機操控,取景構圖,拍攝參數調整等效果,為仿真的真實性提供了有利的保證。

2.2 交互控制功能實現

在構建虛擬現實平臺時,通過U3D可以實現的交互控制功能主要分:介紹功能,答題功能,糾錯功能,調試功能,構圖功能,演示功能,拓展功能。交互控制功能圖如圖2所示:

圖2 交互控制功能圖Fig.2 Interactive control function diagram

(1)介紹功能:介紹功能分為文檔介紹和虛擬相機部件介紹兩部分。

文檔介紹:使用鼠標點擊主界面做左下角的“學習模塊”按鈕,頁面進入學習模塊。其中包括:相機發展史、工作原理、部件介紹、鏡頭介紹、鏡頭介紹、操作演示和攝影構圖七個單元,可以通過鼠標點擊進行模塊切換。通過點擊頁面右邊下角的“左右”翻頁按鈕,可以查看沒個模塊中介紹的文檔。

虛擬相機部件介紹:使用鼠標點擊主界面做左下角的“學習模塊”按鈕,頁面進入學習模塊。鼠標選擇“部件介紹”單元,點擊“點擊查看熱點”按鈕,通過鼠標點擊虛擬相機不同區域的黃色熱點,可以彈出該熱點位置相機的部件介紹,點擊部件窗口中“+”號按鈕,可以查看該熱點位置相機部件的功能。

通過介紹功能,可以提高學生學習理論知識的興趣。

(2)答題功能:使用鼠標點擊主界面左下角的“習題”模塊按鈕,頁面進入習題模塊。其中包括:選擇題、判斷題、操作題一和操作題二四個單元。可以通過鼠標點擊進行模塊切換。首先,通過鼠標選擇答案,進行答題,點擊頁面右側的“上下”翻頁按鈕,進行答題內容的切換。其次,在答題結束后,通過點擊頁面中間下方的“查看得分”按鈕,查看最終答題得分情況。答題功能讓學生更好的鞏固拍攝理論知識。

(3)糾錯功能:在進行回答習題和虛擬拍攝操控結束時,鼠標點擊“提交”按鈕,平臺系統自動檢測出問題所在,并進行糾錯提醒,顯示正確的答案,通過糾錯功能,可以讓學生更好掌握拍攝技法,拍攝更加完美的作品。

(4)調試功能:使用鼠標點擊主界面右上角的“仿真操作”模塊按鈕,頁面進入仿真操作模塊。鼠標點擊“點擊進入仿真操作”按鈕,進入仿真拍攝頁面。可以通過單擊鍵盤上“w、a、s、d”按鍵,操控拍攝者進行前后左右移動。使用鼠標上下左右移動,可以調整拍攝視角。通過單擊鍵盤上“p”按鍵,進入拍攝調試頁面。

拍攝調試頁面中包括:手動控制按鈕、光圈優先按鈕、快門優先按鈕、焦距滑塊、光圈滑塊、ISO滑塊、對焦滑塊、快門滑塊、曝光補償滑塊、自動對焦按鈕、拍攝按鈕、查看照片菜單和設置菜單。

手動控制按鈕:鼠標點擊選擇“手動控制按鈕”,可以進行手動拍攝調試。

光圈優先按鈕:鼠標點擊選擇“光圈優先按鈕”,可以進行光圈優先拍攝調試。在此按鈕激活時,“快門”沒法進行調試。

快門優先按鈕:鼠標點擊選擇“快門優先按鈕”,可以進行光圈優先拍攝調試。在此按鈕激活時,“光圈”沒法進行調試。

焦距滑塊:通過鼠標拖動焦距滑塊條,可以調試焦距參數,焦距調試范圍從18mm到55mm。

光圈滑塊:通過鼠標拖動“光圈”滑塊條,可以調試光圈參數,光圈調試范圍從3.5到36。在快門優先按鈕激活時,“光圈”沒法進行調試。

ISO滑塊:通過鼠標拖動“ISO”滑塊條,可以調試ISO參數,ISO調試范圍從100到6400。

對焦滑塊:通過鼠標拖動“對焦”滑塊條,可以調試拍攝效果的模糊與清晰。

快門滑塊:通過鼠標拖動“快門”滑塊條,可以調試快門參數,快門調試范圍從30sec到1/4000sec。在光圈優先按鈕激活時,“快門”沒法進行調試。

曝光補償滑塊:通過鼠標拖動“曝光補償”滑塊條,可以調試曝光補償參數,曝光補償范圍從-2.0EV到+2.0EV。

自動對焦按鈕:鼠標點擊“自動對焦”按鈕,可以模擬真實的自動對焦效果。

拍攝按鈕:鼠標點擊“拍攝”按鈕,可以就調試好的拍攝參數,進行作品拍攝,并自動保存。

查看照片菜單:鼠標點擊“查看照片”菜單,可以查看拍攝好的照片效果。

設置菜單:鼠標點擊“設置”菜單,可以對拍攝場景進行景深效果、景深觀察、運動模糊、噪點效果和曝光效果的設置。

通過調試功能,學生可以進行完全還原真實拍攝手法的虛擬操作。這樣,學生可以借助虛擬平臺這個功能,反復進行訓練,從而,使學生的拍攝能力有所提高。

(5)構圖功能:使用鼠標點擊主界面左下角的“學習模塊”按鈕,鼠標點擊“攝影構圖”模塊,進入數碼攝影構圖頁面。其中包括:畫幅的選擇和攝影構圖基本模式兩個單元,點擊“畫幅選擇”中的“豎幅”按鈕,會彈出豎幅構圖的相關范例。點擊“攝影構圖基本模式”中的三分法構圖,會彈出三分法構圖的要求和范例

(6)演示功能:演示功能分為操作演示和視頻演示兩部分。

操作演示:使用鼠標點擊主界面左下角的“功能模塊”按鈕,進入“光圈”模塊。鼠標點擊“點擊查看光圈演示”按鈕,進入“光圈演示”單元,點擊單元中不同的光圈參數按鈕,可以查看光圈在不同參數中的變化效果。

視頻演示:使用鼠標點擊主界面做左下角的“學習模塊”按鈕,頁面進入學習模塊。鼠標選擇“操作演示”單元,點擊“語言設定”菜單,可以彈出相機語言設定的演示視頻,通過視頻可以了解相機語言設定的步驟和方法。

通過演示功能,學生可以進行反復查看視頻教程,從而做到相機操控知識的積累和儲備。

(7)拓展功能:使用鼠標點擊主界面左下角的“拓展訓練”模塊按鈕,頁面進入拓展訓練模塊。其中包括:經典教材、后期處理和攝影網站三個單元。可以通過鼠標點擊“后期處理”單元,查看Photoshop的視頻教程。可以通過鼠標點擊“攝影網站”單元,查看大師的攝影作品和參加國內外相關攝影賽事,通過拓展功能,可以讓學生在課余期間拓展思維,掌握美化拍攝作品的方法和增加作品的含金量。

2.3 多平臺的發布

U3D是一款融合性很強的開發工具,軟件可以發布多平臺的格式。

攝影虛擬現實軟件在系統的主要功能實現之后,開發者不僅可以發布學生常規使用的EXE格式,同樣可以發布其他格式,如安卓系統的APK、IOS系統的IPA和、網頁瀏覽的WEB等。

3 結語

本文把虛擬現實技術當作了一類新型教育技術方式,以教育技術學的視角進行思考,同時利用攝影技術課程教學積累的經驗,想到了將虛擬現實技術加入至攝影技術課程里面。利用根據虛擬現實技術展開的分析和若干研發手段的掌握,同時利用實踐構建了虛擬攝影構圖。能夠在瀏覽器中實行多角度,多景別的觀看,能方便的控制場景里面的對象,給予攝影技術課堂教學很大的助力。