一种基于虚拟现实的移动科普车载平台系统的制作方法

本发明涉及移动通信技术领域和虚拟交互技术领域，具体说就是集实验教学、科学普及、展览展示功能于一体的移动科普车载平台。

背景技术：

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术(vr)丰要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设各等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的vr应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入作出实时响应，并分别反馈到用户的五官。传感设备是指三维交互设备。

目前，虚拟现实技术飞速发展，其在各领域的应用也越来越广泛，大量的虚拟现实技术被应用于科学研究，工业生产和3d游戏领域。近年随着科学事业的发展，大众对科学普及的需求越来越多，科普的方式也发生了翻天覆地的变化，vr技术的使用也起到了一定的作用，提高了用户的参与程度，使得科学知识更加具有穿透力，但是目前的科普工作主要还是集中在科学中心以及科技馆内，辐射范围有限，更多偏远地区的科学教育事业也是明显匮乏，在移动互联网时代科普的程度还是跟不上科学发展的速度。例如中国专利申请号cn200910194983.6所公开的技术方案提出了一种用于网上博览会的带有3d虚拟要素动态拖建模块系统。网络服务器内储存有博览会可动态拖建的3d虚拟要素，所述的可动态拖建的3d虚拟要素为一套基于x3d标准的web3d制作的三维虚拟模型，针对虚拟对象的类型将模型分解为不同的x3d子程序体，形成模块图标库，利用图标拖动三维模型快速搭建场景，自动生成个性化三维虚拟空间。解决了现有网上博览会建设方法单一、独立、效率较低等问题，逼真地再现了实体博览会丰富形象的优点，并有效形成人机互动、人网互动、虚实互动。

但上述技术因为需要昂贵的计算机和固定的网络环境，所以无法适应偏远地区对于科学技术学习的要求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于虚拟现实的移动科普车载平台系统，其特征在于：集实验教学、科学普及、展览展示功能于一体的移动科普车载平台，包括车主体部分和车厢拓展架构；而整个移动平台生态体系包括云数据端、移动数据端以及vr功能区，其中vr功能区又含有个人vr穿戴设备和动作捕捉设备，通过局域网和互联网分别与移动数据端和云数据端相互连通，实现虚拟交互。

所述发明使得vr设备、动作捕捉设备与本地和互联网数据端紧密连接，结合车载结构建立了一个移动虚拟科普实验平台，通过前台数据交换获取vr内容，并将用户数据存储在前端；通过收集vr用户指令数据，捕捉动作数据传递给服务器进行运算，运算结果返回到vr设备进行呈现。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了虚拟现实设备与软件在移动科普车载平台上的应用。

优选的，所述虚拟现实设备包括htcvive、ouclusrift和playstationvr。

优选的，所述虚拟现实软件技术平台为unity、3dsmax和c4d。首先要广泛收集媒体素材包括图片、文字、声音、视频和动画等。收集到的素材不一定合适，这就需要用多媒体软件如ps、ai等对素材做进一步的处理，使其符合设计要求；然后对对象进行特征提取，使用3dsmax建立三维模型，导出fbx格式文件；接着使用unity引擎优化模型、调节动画，编写c#脚本实现智能控制。最后对系统进行优化并发布，调试完善并提交。

unity作为一个优秀的3d开发工具和游戏引擎套件，其中涵盖了图形、音频、物理、网络等多方面的引擎支持，并且有一个非常强大的编辑器来整合这一切。unity5.1为vr和增强现实设备增添了“高度优化”渲染管道，同时也增添了对vr头显设备的原生支持，使得我们制作的视频场景可以输入外部设备并能够立即使用。unity自身将处理一些设备本身的特定功能，将头部追踪和“适当的视野”技术应用于用户的摄像头。unity使用了mono作为脚本引擎的虚拟机，并且以c#或者一种类似javascript的语言为脚本语言。用unity作为虚拟现实开发平台，开发效率高，效果逼真，交互能力强，数据量小。完美的光影效果，能生动表现科学概念，体现建构主义思想。可以逼真再现地理知识、历史事件、自然现象等内容，为体验者设置情景，以人为中心，通过经验获得知识的建构。相对于过去的vrml/x3d来说，unity采用组件化设计思想，减轻了复杂的编程工作，便于高效的开发；通过javascript，c#，boo脚本设计，可以实现任何智能交互工作，体验者可以像在真实世界中一样操纵物体，与视频内容互动；另外，unity文件数据量小，可实现网页传输，为三维立体远程教育网站的出现创造了条件。

基于unity引擎的虚拟现实开发，对于场景环境的设置可以充分利用unity的资源。若要创建较为复杂的场景、模型或角色，一般利用高效建模的软件进行制作(本项目采用3dsmax)，然后导出扩展名为fbx文件在unity中，我们可以通过物理引擎或者程序脚本的方法来创建动画，然而某些比较复杂且不参与实时交互的动画单元也可以利用其它软件进行辅助设计。在虚拟现实设计中，要求模型几何形态充分接近实物，同时能还原模型表面的质感。对于模型的材质制作可分为前期和后期，前期是指在3dsmax中布光，调材质球，烘焙贴图；后期是指在unity中布光，调节材质的shader参数。而前期的布光烘焙我们又可以采取3dsmax默认的扫描线方案或者是效果更好的vray方案。

优选的，所述移动科普车载平台包括依维柯(柴油)ii型、依维柯(柴油)iv型和全顺(汽油)iv型等车辆型号，除虚拟现实设备与系统外，车内应包括车载设备包括手持式北斗/gps双模定位终端、倒车影像、外挂平板电视、笔记本电脑、数码相机、无线麦克风、ups电源、线缆盘、发电机、车载逆变器、车载扬声器和遮阳篷等基础设施。

另一方面，本发明提供了体验者、vr设备、计算机与云端服务器之间的连接方式。将海量的vr内容资源储存在云端，通过局域网和互联网分别与移动数据端和云数据端相互连通，并将用户数据存储在前端，通过收集vr用户指令数据，捕捉动作数据传递给服务器进行运算，运算结果返回到vr设备进行呈现。

体验者主要包括幼儿园、中小学生和青少年，尤其以中西部偏远地区居多。

优选的，海量的vr内容包括科普视频、科学杂志、科技论文、科学虚拟实验。根据体验者资料、使用数据和建议，这种基于虚拟现实的移动科普车载平台系统可以进行数据挖掘和科普vr内容的更新迭代。

与现有技术相比，本发明的有益效果是首次建立了一个移动虚拟科普实验平台，极大丰富地还原科学理论，形象生动地传播了文化知识，传播过程又不受场地、环境或者网络束缚，有利于提高欠发达地区科普程度，满足各地域科普推广要求。

附图说明

图1为移动虚拟科普实验平台的组成结构图；

图2为vr功能实现模块数据交互流程图。

指定图2为本发明摘要附图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。