CN106914018A - 基于ue4的交互式虚拟现实的实现方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其中方法包括：资源制作、资源组装、数据准备、功能制作、服务器配置以及智能模块制作；系统包括资源制作模块：用于进行模型制作、材质制作以及特效制作；资源组装模块；用于进行场景导入、地形制作、以及场景优化；数据准备模块：用于实现对所有数据的操控、对Excel表的操控与导出以及保存UE4中的.sav文件；功能制作模块：用于导航专用小地图的制作、增强真实感的DIY功能以及虚拟与现实的交互；服务器配置模块：用于实现家具数据与商城的同步、热门家具排名热推、以及数据库的更新；智能制作模块：用于实现智能吸附、智能家居模拟、以及人工智能。确保了画面质量，提高了VR+AR的体验。

Description

基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法及其系统

技术领域

本发明涉及计算机软件领域，尤其涉及基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法及其系统。

背景技术

游戏引擎：游戏引擎是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些交互式实时图像应用程序的核心组件。这些系统为游戏设计者提供各种编写游戏所需的各种工具，其目的在于让游戏设计者能容易和快速地做出游戏程式而不用由零开始。大部分都支持多种操作平台，如Linux、Mac OS X、微软Windows。游戏引擎包含以下系统：渲染引擎(即“渲染器”，含二维图像引擎和三维图像引擎)、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。

现有技术无法给予用户最直观的感受，视觉上，真正的引擎实时渲染才能模拟出真实的场景，效果图、全景图等模式已经无法满足用户的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法及其系统，解决了真正能够由用户自己DIY，由用户自己设计的功能，并且为设计师提供了平台，解放了设计师，建立了设计师、用户彼此之间沟通的桥梁。所有模拟的家具房子都是落地实施的，提供了专属商城，为用户解决了一切后顾之忧。

为了实现上述目的，本发明采用的方案是：

基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，包括步骤：

S1，资源制作，包括：

模型制作：以次时代标准进行模型制作，带有Normal Map；

材质制作：以3Dmax的标准材质为基础，采用Substance插件进行父类材质制作，并将父类材质通过继承关系获取子材质；

特效制作:在UE4中直接进行材质制作；

S2，资源组装，包括：

场景导入：在3Dmax中进行场景制作，并将制作完毕的场景统一一次性导入UE4中创建场景Level，UE4以Level的形式把所有的场景模型保存起来；

地形制作：利用UE4中的Brush进行参数设置；

场景优化：利用UE4中的BluePrintActor混合技术，将场景中面数5万三角形面的模型分解，再通过BluePrintActor组装起来；

S3，数据准备，包括步骤：

S31，利用自定义数据池技术，令所有数据均处于可控范围内，实现了DIY操作的“撤销”与“前进”功能，完成了虚拟场景中所有产品能够在相关联的网络商城中的购买；

S32，利用UE4中的PublicDependencyModule技术以及UE4对Excel表的支持，将Excel表制作为小型数据库，并对Excel表具有操控和导出功能；

S33，利用UE4中的slot技术，定义用户自定义的类型并以.sav文件格式保存在UE4中的；

S4，功能制作，包括：

导航专用小地图制作：利用多点映射，完成虚拟场景和小地图的等比缩放，对场景进行区域划分，并将场景的区域划分保存至数据库中，并搭载了实时定位系统，能够根据人的位置，定位人在小地图中的位置；

增强真实感的DIY功能：以物体到人的距离作为权重，影响3D模型和UI在人肉眼中的大小；

虚拟现实交互：利用HTC Vive硬件及其SDK，实现虚拟现实的基本体验，通过Vive的人体定位，判断人的相对运动事件，控制人在虚拟场景中漫游行走，人手部的动作也会触发相应的事件，当人在沉浸式的VR体验中，人的右手会有一条射线，人的左手有3D虚拟的UI，右手移动和点击Vive扳机上的按钮，通过射线与UI进行判断，从而达到交互的功能；

S5，服务器的配置，包括：

S51，利用服务器同步技术，实现家具数据与商城的同步，实现热门家具排名热推；

S52，服务器系统的更新以及下补丁，通过服务器的更新完成对数据库的更新；

S6，智能模块制作，包括：

智能吸附模块制作：通过定义物体的类型，模拟人工智能进行类型匹配，以达到不同类型的物体对墙体、天花、地面、地毯的“吸附”效果，始终让物体处于地面或者挂在墙上、天花上；

智能家居模拟模块制作：模拟人的触碰实现智能开关，虚拟人的身高体重，虚拟触发器去触发智能响应事件；

人工智能模块制作：包含飞禽走兽的行动路线，蝴蝶在花园里飞，碰到花花草草就会栖息，围绕相关的树做运动。

在步骤S1所述的材质制作中，利用Speed Tree制作风吹草动的森林树木模型。

所述步骤S2的参数包括自定义的笔刷与模型。

所述步骤S33中的.sav的文件通过二进制加密。

在步骤S1所述的特效制作中，天气系统是基于UE4粒子实现的，能够切换天气的气象状态。

在步骤S2所述的场景优化中，进行多层多级优化：从数据层、渲染层、网络层，层层优化，渲染层中，多每一个级别的模型都有优化，对静态、固定、可移动的光源的各类阴影级别进行处理。

在步骤S6所述的智能模块中，利用3D环绕音效模拟系统，通过UE4的Audio模块，获取每一个音乐音效的波形，通过判定声源和模拟人耳的距离，以及旁边的物体的遮挡，并以此计算出远小近大的声音效果。

在步骤S6所述的智能模块中，利用基于世界标准时间的随机算法：时间永不重复，以1毫秒为单位，以世界标准时间为基准，让世界标准时间作为线性同余法的随机数种子，然后进行rand算法和srand算法，同时该系统内还设定一个粗调值，该值影响了随机的程度，经过粗调值的影响得到的随机数作为场景内所有物体风格随机用到的值。

基于UE4的交互式虚拟现实系统，包括：

资源制作模块：用于进行模型制作、材质制作以及特效制作；

资源组装模块；用于进行场景导入、地形制作、以及场景优化；

数据准备模块：用于实现对所有数据的操控、对Excel表的操控与导出以及保存UE4中的.sav文件；

功能制作模块：用于导航专用小地图的制作、增强真实感的DIY功能以及虚拟与现实的交互；

服务器配置模块：用于实现家具数据与商城的同步、热门家具排名热推、以及数据库的更新；

智能制作模块：用于实现智能吸附、智能家居模拟、以及人工智能。

本发明的有益效果有：

1、该系统可快速的制作虚拟样板间：解决了实体样板间工期长、风格单一、搭配单一、质量把控难等问题，提供全方位不一样的房屋漫游体验。

2、为用户提供DIY服务：真正能够由用户自己DIY，由用户自己设计的功能，并且为设计师提供了平台，解放了设计师，建立了设计师、用户彼此之间沟通的桥梁。

3、提供了完备的后期服务：所有模拟的家具房子都是落地实施的，提供了专属商城，为用户解决了一切后顾之忧。

4、提供完备的虚拟漫游体验：通过各类优化和现实模拟，做到次世代级别的样板间场景，加入新颖的VR体验，达到真正的身临其境。

附图说明

图1本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。

在进行具体实施例陈述之前，需要解释一些专用名词：

Unreal：Unreal是UNREAL ENGINE的简写)中文：虚幻引擎(UNREAL ENGINE)是目前世界最知名授权最广的顶尖游戏引擎。

UE4：unreal Engine 4，虚幻4引擎。

U3D：全称Unity3D，Unity是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。

次世代技术：1.模型面数增加；2.采用法线贴图来描绘物体表面细节的凸凹变化；颜色贴图来表现物体的颜色和纹理；高光贴图来表现物体在光线照射条件下体现出的质感，增加贴图的大小；3.采用次世代游戏引擎创造特殊效果如发光、半透明、流动性等。

BP：全称Blue Print，中文：蓝图，是特殊类型的资源，提供一种直观的、基于节点的界面，以用于创建新类型的Actor及关卡脚本事件；它为关卡设计师和游戏开发人员提供了一种在虚幻编辑器中快速创建及迭代游戏可玩性的工具。

VR：全称Virtual Reality，中文：虚拟现实；AR：全称Augmented Reality中文：增强现实。

如图1所示，基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，包括以下步骤：

一、资源制作：

1.模型制作：以次时代标准建立模型，即在模型方面要求达到次世代水准，带有Normal Map，让模型的轮廓更加清晰，突出细节感。特别地，制作风吹草动的森林树木模型，采用Speed Tree，让树木更加有动感。

2.材质制作：UE4支持3Dmax的标准材质，在UE4中，对标准材质进行其他的节点处理，得到UE4能用的材质。特别地，让材质涉及到很多金属、塑料、多维子材质，采用Substance插件单独进行材质的制作，制作成材质父类导入UE4，通过继承的关系，得到一系列可用的子材质，而我们用到的，就是子材质。

3.特效制作：是在UE4中直接制作，这些具有特定AI和材质特效的物体是其他人无法完全仿照出来的。在该步骤中，利用UE4粒子系统实现了天气系统，可以切换雨、晴、雪等天气。

二、资源组装：

1.场景导入：场景在3Dmax中制作完毕，统一一次性导入到UE4中，创建场景Level，UE4以Level的形式，把所有的模型保存起来，包括它们的位置、缩放、旋转等。

2.地形制作：采用UE4的Brush，设置相应的参数，设置自定义的笔刷、模型等，把地形刷出来。

3.场景优化：利用UE4的BluePrintActor混合技术，利用UE4中的BluePrintActor混合技术，将场景中面数5万三角形面的模型分解，再通过BluePrintActor组装起来；降低单个模型的面数，提高了UE4场景的质量，达到优化的效果。

场景优化采用多层多级优化，从数据层、渲染层、网络层，层层优化，渲染层中，多每一个级别的模型都有优化，对静态、固定、可移动的光源的各类阴影级别进行处理，对模型分了层级，确保了地图的多级加载，优化了地图加载的速度和渲染的速度。

三、数据准备

DIY功能需要大量数据支持，用户做了何种操作，操作了哪个物体，物体能做如何的模型替换、材质替换，物体在商城中是什么价格，购买链接等，主要准备阶段如下：

1.利用自定义数据池技术，允许了所有数据在可控范围内，达到了DIY操作的“撤销”功能和“前进”功能，并确保了大量数据交互的安全性和稳定性，虚拟场景中的所有产品都可以在实际软件中的网络商城购买。

2.利用UE4的PublicDependencyModule技术，附加UE4对Excel软件的支持，从而达到了软件可利用Excel表作为小巧数据库的能力，操控和导出Excel表的功能。

3.利用UE4的slot技术，定义了用户自定义的类型，通过保存在UE4中的.sav文件，比通过xml等外部存储数据速度更快、性能更优，从而实现加载回档等功能，而且.sav文件通过二进制加密，更加不容易被解密。

四、功能制作

1.导航专用小地图制作：利用多点映射，完成虚拟场景和小地图的等比缩放，通过数据库保存了场景的区域划分，保证了点击小地图进行区域“传送”的功能，并且搭载了实时定位系统，根据人的位置，定位人在小地图中的位置。

2.独特的DIY功能，具有强烈的真实感，以物体到人的距离作为权重，影响3D模型和UI的在人肉眼中的大小，让用户有更好的操作体验。

3.虚拟现实交互系统，利用HTC Vive硬件及其SDK，实现虚拟现实的基本体验，通过Vive的人体定位，判断人的相对运动事件，控制人在虚拟场景中漫游行走，人手部的动作也会触发相应的事件，当人在沉浸式的VR体验中，人的右手会有一条射线，人的左手有3D虚拟的UI，右手移动和点击Vive扳机上的按钮，通过射线与UI进行判断，从而达到交互的功能。

五、服务器配置

1.服务器同步技术，实现家具数据与商城的同步，实现热门家具排名热推。

2.服务器提供系统的更新，下补丁的功能，通过服务器的更新，可以对数据库进行更新，比如价格的变动，新户型风格的加入等等。

六、智能模块制作

1.智能吸附系统，通过定义物体的类型，模拟人工智能进行类型匹配，以达到不同类型的物体对墙体、天花、地面、地毯的“吸附”效果，始终让物体处于地面或者挂在墙上、天花上。

2.智能家居模拟系统，模拟人的触碰实现智能开关，虚拟人的身高体重，虚拟触发器去触发智能响应事件。

3.人工智能系统，包含飞禽走兽的行动路线，蝴蝶在花园里飞，碰到花花草草就会栖息，围绕某些树运动等。

在智能模块制作中，采用3D环绕音效模拟系统，通过UE4的Audio模块，可获取每一个音乐音效的波形，通过判定声源和模拟人耳的距离，以及旁边的物体的遮挡，计算出远小近大的声音效果，墙体等物体也会对音乐音效的声波造成一定权重的削弱效果；采用基于世界标准时间的随机算法，时间永不重复，以1毫秒为单位，以世界标准时间为基准，让世界标准时间作为线性同余法的随机数种子，然后进行rand算法和srand算法，同时该系统内还设定一个粗调值，该值影响了随机的程度，经过粗调值的影响得到的随机数，将作为场景内所有物体风格随机用到的值。

基于UE4的交互式虚拟现实系统，包括：

资源制作模块：用于进行模型制作、材质制作以及特效制作；

资源组装模块；用于进行场景导入、地形制作、以及场景优化；

数据准备模块：用于实现对所有数据的操控、对Excel表的操控与导出以及保存UE4中的.sav文件；

功能制作模块：用于导航专用小地图的制作、增强真实感的DIY功能以及虚拟与现实的交互；

服务器配置模块：用于实现家具数据与商城的同步、热门家具排名热推、以及数据库的更新；

智能制作模块：用于实现智能吸附、智能家居模拟、以及人工智能。

制作模块用于组装模块，每一个资源小模块都在数据准备模块中有体现，同时有部分数据准备模块是在服务器模块里，功能制作模块需要资源、数据、服务器的共同支持，智能制作模块依赖于以上所有模块。

场景效果达到次世代级别，DIY过程中随心所欲，开创了“撤销”“前进”。实现了报价单Excel表的导出，实时小地图+小地图传送功能也是行业创新，智能家居、3D音效处于行业领先，采用多层多级优化，确保画面质量和软件运行的速度，VR+AR体验效果达到照片级渲染。该步骤令UE4实现了Excel表的导出，报价单Excel表只是Excel表中的一种形式。

现有技术无法给予用户最直观的感受，视觉上，真正的引擎实时渲染才能模拟出真实的场景，效果图、全景图等模式已经无法满足用户的需求。本发明结合VR硬件与相关技术，让用户有身临其境的感觉，能够有真正的互动，画面跟随着人的摇头行走而发生改变，这才是用虚拟现实技术实现了模拟真实用户体验的功能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，包括步骤：

S1，资源制作，包括：

模型制作：以次时代标准进行模型制作，带有Normal Map；

材质制作：以3Dmax的标准材质为基础，采用Substance插件进行父类材质制作，并将父类材质通过继承关系获取子材质；

特效制作:在UE4中直接进行材质制作；

S2，资源组装，包括：

场景导入：在3Dmax中进行场景制作，并将制作完毕的场景统一一次性导入UE4中创建场景Level，UE4以Level的形式把所有的场景模型保存起来；

地形制作：利用UE4中的Brush进行参数设置；

场景优化：利用UE4中的BluePrintActor混合技术，将场景中面数5万三角形面的模型分解，再通过BluePrintActor组装起来；

S3，数据准备，包括步骤：

S31，利用自定义数据池技术，令所有数据均处于可控范围内，实现了DIY操作的“撤销”与“前进”功能，完成了虚拟场景中所有产品能够在相关联的网络商城中的购买；

S32，利用UE4中的PublicDependencyModule技术以及UE4对Excel表的支持，将Excel表制作为小型数据库，并对Excel表具有操控和导出功能；

S33，利用UE4中的slot技术，定义用户自定义的类型并以.sav文件格式保存在UE4中的；

S4，功能制作，包括：

导航专用小地图制作：利用多点映射，完成虚拟场景和小地图的等比缩放，对场景进行区域划分，并将场景的区域划分保存至数据库中，并搭载了实时定位系统，能够根据人的位置，定位人在小地图中的位置；

增强真实感的DIY功能：以物体到人的距离作为权重，影响3D模型和UI在人肉眼中的大小；

虚拟现实交互：利用HTC Vive硬件及其SDK，实现虚拟现实的基本体验，通过Vive的人体定位，判断人的相对运动事件，控制人在虚拟场景中漫游行走，人手部的动作也会触发相应的事件，当人在沉浸式的VR体验中，人的右手会有一条射线，人的左手有3D虚拟的UI，右手移动和点击Vive扳机上的按钮，通过射线与UI进行判断，从而达到交互的功能；

S5，服务器的配置，包括：

S51，利用服务器同步技术，实现家具数据与商城的同步，实现热门家具排名热推；

S52，服务器系统的更新以及下补丁，通过服务器的更新完成对数据库的更新；

S6，智能模块制作，包括：

智能吸附模块制作：通过定义物体的类型，模拟人工智能进行类型匹配，以达到不同类型的物体对墙体、天花、地面、地毯的“吸附”效果，始终让物体处于地面或者挂在墙上、天花上；

智能家居模拟模块制作：模拟人的触碰实现智能开关，虚拟人的身高体重，虚拟触发器去触发智能响应事件；

人工智能模块制作：包含飞禽走兽的行动路线，蝴蝶在花园里飞，碰到花花草草就会栖息，围绕相关的树做运动。

2.根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，在步骤S1所述的材质制作中，利用Speed Tree制作风吹草动的森林树木模型。

3.根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，所述步骤S2的参数包括自定义的笔刷与模型。

4.根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，所述步骤S33中的.sav的文件通过二进制加密。

5.根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，在步骤S1所述的特效制作中，天气系统是基于UE4粒子实现的，能够切换天气的气象状态。

6.根据权利要求根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，在步骤S2所述的场景优化中，进行多层多级优化：从数据层、渲染层、网络层，层层优化，渲染层中，多每一个级别的模型都有优化，对静态、固定、可移动的光源的各类阴影级别进行处理。

7.根据权利要求根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，在步骤S6所述的智能模块中，利用3D环绕音效模拟系统，通过UE4的Audio模块，获取每一个音乐音效的波形，通过判定声源和模拟人耳的距离，以及旁边的物体的遮挡，并以此计算出远小近大的声音效果。

8.根据权利要求根据权利要求1所述的基于UE4的交互式虚拟现实的实现方法，其特征在于，在步骤S6所述的智能模块中，利用基于世界标准时间的随机算法：时间永不重复，以1毫秒为单位，以世界标准时间为基准，让世界标准时间作为线性同余法的随机数种子，然后进行rand算法和srand算法，同时该系统内还设定一个粗调值，该值影响了随机的程度，经过粗调值的影响得到的随机数作为场景内所有物体风格随机用到的值。

9.利用权利要求1-8所述方法实现的系统，其特征在于，包括：

资源制作模块：用于进行模型制作、材质制作以及特效制作；

资源组装模块；用于进行场景导入、地形制作、以及场景优化；

数据准备模块：用于实现对所有数据的操控、对Excel表的操控与导出以及保存UE4中的.sav文件；

功能制作模块：用于导航专用小地图的制作、增强真实感的DIY功能以及虚拟与现实的交互；

服务器配置模块：用于实现家具数据与商城的同步、热门家具排名热推、以及数据库的更新；

智能制作模块：用于实现智能吸附、智能家居模拟、以及人工智能。