CN110580743A - 一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑工程的技术领域,且公开了一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,包括了十三个步骤,通过设置十三个步骤配合虚拟现实技术的使用,使使得虚拟现实技术进行模型制作这可以在虚拟空间中直观的进行不同方案切换或者相同方案不同节点的更换修改,不同视角下产生的不同视觉效果都能实时的渲染而出进行真实模拟和更改,并且通过本方法中虚拟引擎的引用,使得设计者在虚拟场景中不论是改建还是扩建删减都能够快速高效起来,使设计者搭建观影场所模型发生不可控状况时,不需要推翻之前搭建的模型,便于设计师进一步优化设计方案进行正确决策,从而有效的提高了设计者的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程的技术领域,具体为一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法。
背景技术
人工智能Artificial Intelligence,英文缩写为AI,它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学,人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器,该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,可以设想,未来人工智能带来的科技产品,将会是人类智慧的“容器”,人工智能可以对人的意识、思维的信息过程的模拟,人工智能不是人的智能,但能像人那样思考、也可能超过人的智能。
虚拟现实技术是利用计算机系统模拟并创建出一个数字化信息、虚拟世界的系统,它融合了计算机图形学、计算机仿真、人工智能、人机接口、多媒体、网络技术等多种技术,通过各种高性能的计算机软硬件以及各种先进的虚拟现实输入输出设备,给设计者带来一个能够设身处地看、听、感觉到并拥有完善的交互作用能力、虚拟化信息环境,截止至今,虚拟现实技术已经在军事、教育、建筑、土木、娱乐业等范畴取得了相当广泛的应用。在建筑设计过程中,图形、图像也开始得到重视,并能够使客户、设计者、各种工程技术人员和设计者之间相互沟通起到十分重要的作用,相比传统的二维平面图纸的抽象性和专业性,以及客户对图纸的不熟悉性,设计者跟客户的交流愈发困难相比,虚拟现实技术的引入,可以成功的使这些问题迎刃而解,总之,基于虚拟现实技术的建筑设计是一个在虚拟空间中再次规划空间、在虚拟化数字信息中再次修改信息的过程,冲出了以往仅仅只是“平面”纸质版设计的束缚,降低“平面”纸质版设计中可能出现的种种漏洞,并且可以在设计过程中直接进行层层改进,进而使设计越来越完美,虚拟现实技术如今也已经越来越多的应用到建筑设计当中,像建筑信息化模型的多空间形态展示,通过互联网进行的远距离建筑方案辅助设计、论证和环游浏览,建筑物防灾技术模拟仿真,以及历史建筑修复可行性模拟等,许多人意识到将虚拟现实技术与建筑设计结合起来将会是今后建筑设计领域的超前性的研究,目前观影场所搭建前具均通过三维建模来模拟搭建情况,这种方式对观影场所的搭建模拟,设计者不能在搭建观影场所的同时与正在搭建的观影场所进行实时的交互,这就使得在观影场所在实际搭建时遇到不可控的状况发生时,设计者需要推翻之前搭建的模型,进而影响设计者的工作效率。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,具备提高设计者的工作效率等优点,解决了方式对观影场所的搭建模拟,设计者不能在搭建观影场所的同时与正在搭建的观影场所进行实时的交互,这就使得在观影场所在实际搭建时遇到不可控的状况发生时,设计者需要推翻之前搭建的模型,进而影响设计者的工作效率。
(二)技术方案
为实现上述提高设计者工作效率的目的,本发明提供如下技术方案:一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,包括以下步骤:
S1:选取搭建观影场所的软件与虚拟空间:虚拟现实技术的软件包括基础建模软件、模型驱动及功能编程软件,基础建模软件可以依据各种数据按照一定的要求建成基础模型数据库,供后继开发使用,模型驱动软件可以按照要求将模型驱动起来,使设计者可以对其操纵,通过一些功能编程软件可以实现设计者某些特殊的要求,如场景转换、显示模型的后台数据,自动漫游、动画的运行停止、解说语音的播放等,现有虚拟现实技术的实现也派生出多种不同的方法,现在较为流行的有JAVA3D、CUTE3D、VRML等多种实现方法,它们也各有其不同的优缺点,而对于大型场景的模拟,VRML较为适合,所以这里采用VRML 对观影场所进行模拟搭建。
S2:场地选取的考虑因素主要可分为选取自然因素、人文因素和社会因素的步骤:
S21:选取自然因素:自然因素主要分为地理因素和环境因素,其中地理因素主要包括选取场地的地质、地形、绿化、水资源等方面,能够直接影响场地当中观影场所本身的体量关系和流线设计等,属于空间布局的影响,环境因素则包括采光、虚拟现实技术对观影场所前期问题的解决温度、风向等,这直接影响着场地当中观影场所的朝向、材料选择、分布关系等,还会对与观影场所本身相邻的室外活动空间产生影响。
S22:选取人文因素:人文因素首先要考虑场地周边区域是否有历史残留的事或物,场地应不破坏原有历史文化的同时,合理的体现、继承场地历史遗留文化,其次应考虑场地区域所特有的文化传统、目标客户群体的价值取向和道德标准等对场地所会产生的影响,最后应该综合考虑上述元素对目标群众在场地中的行为活动加以分析,有针对性的对建筑功能进行塑造。
S23:选取社会因素:社会因素主要是对建筑场地周边配套进行分析,根据建筑功能对周边配套进行调研,分析建筑功能的合理性,例如居住小区的建筑私密性、公共建筑服务半径、绿化率等是否满足目标客户的需求。
S3:分析选取的场地所可能产生的状况:设计者添加对选取场地进行影响的状况,例如添加暴雨、暴雪或烈日等恶劣的天气现象,随后通过虚拟空间内的模拟来交互显示出,观影场所可能发生的状况,通过对上述恶劣天气的模拟,使设计者可以提前应对各种恶劣的天气状况。
S4:选定需要搭建的观影场所的大小:设计者通过观影场所的设计图来判断观影场所的面积,并使设计者制定合适观影场所占用的大小。
S5:将观影场所的设计图纸贴图进虚拟空间中:由虚拟设计软件VRML将观影场所的设计图纸导入进虚拟设计空间中,并使设计者可以参照设计图在该虚拟设计空间中,对设计图纸中的观影场所进行三维建模。
S6:依靠设计图纸在虚拟空间中进行三维建模:设计者经由S5对设计图纸的建模,随后加上能照亮整个场景的灯光,最后根据设定的视域和视高来确定自由摄像机的镜头类型和位置,可见,建立虚拟现实环境的场景与制作电脑渲染图场景的过程基本一致,但侧重点有所不同,后者需要的是静态图像的渲染效果,而前者则更关注实时浏览的流畅感和空间感,因此在创建虚拟现实场景时应该完成以下步骤:
S61:在满足视觉要求的前提下,尽量减少模型的面数,模型创建完后使用3DSMAX中的优化修改器进行优化,能最大限度的减少模型面数。
S62:使用关联复制,Instance是对象的关联复制,当改变任何一个关联复制品的时候,所有其他的复制品都会改变,在建立虚拟场景时,关联复制是非常有用的,当使用关联复制的时候,组成关联复制的对象的面的设置只在VRML中定义一次,这样可以使用多次同样的几何图形,但不增加文件的下载时间。
S63:对于一些非主要物体,不要过于苛求细节,尽可能使用“模拟的”几何体,比如周围的建筑可直接采用“几何体+贴图”的方式制作,场景中所使用的贴图不需要很精细,最好全用jpg格式压缩,并缩小尺寸,这样能节省大量的下载时间,所有使用到的贴图必须全部放在一个目录中,因为VRML只能搜索一个指定的贴图目录。
S7:选取虚拟空间中三维建模所采用的材质:通过对三维模型的观察,使设计者可以了解到三维模型与选取场地之间的联系,使设计者可以清楚了解观影场所在实际建造时需要使用的材质。
S8:进行光环境模拟:光线是场景视觉信息与视觉造型的基础,没有光线便无法体现物体的形状、质感和透视关系,这一点和做电脑渲染图是一样的,但在 VRML中不能使用诸如全局光、反射光、折射光、阴影等光线效果,只能通过普通灯光的布光技巧来弥补,另外,要保证场景中任何一个角落都能被灯光照亮,因为最终浏览虚拟现实场景时,任何一个角落都有可能被浏览到。
S81:使用摄像机,虚拟现实场景的浏览是通过摄像机来进行的,通过创建自由摄像机来确定视域和视高,不同的视域和视高在实时浏览时能给人以不同的感受,可以供设计者在观影场所中进行选择性的导航,即使是在浏览器中导航非常缓慢的大环境,也可以通过对一系列的摄像机视图进行切换来快速选择性的浏览,如果把它留给客户去自由导航场景,就无法控制客户能看到什么效果了。
S9:时间和天气设置:
S91:时间设置。
S92:天气设置。
S10:通过虚拟引擎分析模拟得出数据:经过记录处理后可以用作设计前期工作的数据对比分析,例如将材质设置数据与光源设置数据对应记录整理后可以得出不同材质的光照模拟分析,将这些数据制作成图标就可以对照不同地区给出的建筑采光标准模拟分析材质达标结果,为建筑的光热环境和能耗性能提供初步的分析判定。
S11:对三维模型进行修改与完善:虚拟现实技术在设计概念生成上具有一定的作用,更能够使设计者的一些奇特构造思维更接近实际。
S12:三维模型进行交互场景的模拟:虚拟现实技术中最令人激动的就是场景的互动性,可以使场景切换到另一个预先指定的URL链接(类似网页文档的超级链接),或是与场景中的指定的另一个摄像机链接,类似电影中的镜头切换。
S13:通过人工智能反馈问题:通过人工智能可以反馈在整个三维建模中得到反馈的信息,人工智能会自动选取最重要的信息反馈到设计者的身上,从而使设计者可以及时对产生的问题进行处理,进而完成整个虚拟空间内观影场所的搭建。
优选的,所述虚拟空间中可以像进行雕塑那样随意的对虚拟空间中的空间进行构建和修改。
优选的,所述时间设置:在虚拟引擎当中,可以通过对时间的设置,模拟不同时间点下自然光照的动态变化以及人或物的行为动作对于采光的影响,使设计者以时间为立足点,对采光的动态变化效果分析更加准确。
优选的,所述天气设置:天气的变化对于建筑物光照影响最为直接,在虚拟引擎当中对不同天气的设置,配合光源实时计算效果,可以直观的表现出不同天气效果下建筑物采光的变化,通过对观影场所所在地的实态调研数据进行模拟,得出数据用以设计前期工作的分析比较。
优选的,所述虚拟现实的设计由于它从表现形式上进行创新突破进而可以让设计者大胆的尝试以往用传统三维模型所无法表现出来的建筑形态创造。
优选的,所述虚拟空间使用建立的摄像机,展示观影场所的最佳场景,也就是展示具有不寻常的透视效果,或是展示场景中花费了大量功夫才创建的精细部分的特写。
优选的,所述可以只通过一个摄像机导航,让客户可以自由在VRML场景中游览而且无拘无束。
(三)有益效果
与现有技术相比,本发明提供了一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,具备以下有益效果:
1、该基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,通过在虚拟现实中观影场所的搭建,使用虚拟现实技术进行模型制作这可以在虚拟空间中直观的进行不同方案切换或者相同方案不同节点的更换修改,在同一个观察位置或者同一个空间序列当中感受不同的视角和周围环境交融的感受,不同视角下产生的不同视觉效果都能实时的渲染而出进行真实模拟和更改,并且通过本方法中虚拟引擎的引用,使得设计者在虚拟场景中不论是改建还是扩建删减都能够快速高效起来,对于不同方案之间的比较分析其特有的优劣势具有快速准确的效果,便于设计师进一步优化设计方案进行正确决策,从而有效的提高了设计者的工作效率。
2、该基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,通过在虚拟空间中对观影场所的模型进行搭建,并且因为其通过虚拟引擎进行模拟,所以其搭建的用时短,消耗少,并且其仿真性极强,对于一些较为大型的观影场所搭建,利用虚拟现实技术进行设计制作可以有效的规避一些后期搭建问题,保证设计方案的合理性,减少因设计初期考虑不周而造成的后期经济浪费。
3、该基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,通过虚拟空间与环境的创建,在虚拟现实环境中,设计者置身于一个相对真实的模拟空间,使得建筑设计能够突破“平面、立面、剖面”的常规模式,从而设计者可以通过本方法从各个不同的角度直观地面对设计对象,更加深入地研究环境中各设计要素及空间之间的关系和比例,设计出更加完美、更加人性化的作品。
4、该基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,通过在虚拟空间内的建模,使得观影场所展示方面,虚拟现实技术打破了以往仅有的二维图形或者三维模型动画的静态展示形式,可以使设计者通过佩戴虚拟现实设备后以随意的视角去观赏建筑以及周围景观,使观影场所的展示更加丰富并加富有活力。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,包括以下步骤:
S1:选取搭建观影场所的软件与虚拟空间:虚拟现实技术的软件包括基础建模软件、模型驱动及功能编程软件,基础建模软件可以依据各种数据按照一定的要求建成基础模型数据库,供后继开发使用,模型驱动软件可以按照要求将模型驱动起来,使设计者可以对其操纵,通过一些功能编程软件可以实现设计者某些特殊的要求,如场景转换、显示模型的后台数据,自动漫游、动画的运行停止、解说语音的播放等,现有虚拟现实技术的实现也派生出多种不同的方法,现在较为流行的有JAVA3D、CUTE3D、VRML等多种实现方法,它们也各有其不同的优缺点,而对于大型场景的模拟,VRML较为适合,所以这里采用VRML 对观影场所进行模拟搭建。
S2:场地选取的考虑因素主要可分为选取自然因素、人文因素和社会因素的步骤:
S21:选取自然因素:自然因素主要分为地理因素和环境因素,其中地理因素主要包括选取场地的地质、地形、绿化、水资源等方面,能够直接影响场地当中观影场所本身的体量关系和流线设计等,属于空间布局的影响,环境因素则包括采光、虚拟现实技术对观影场所前期问题的解决温度、风向等,这直接影响着场地当中观影场所的朝向、材料选择、分布关系等,还会对与观影场所本身相邻的室外活动空间产生影响。
S22:选取人文因素:人文因素首先要考虑场地周边区域是否有历史残留的事或物,场地应不破坏原有历史文化的同时,合理的体现、继承场地历史遗留文化,其次应考虑场地区域所特有的文化传统、目标客户群体的价值取向和道德标准等对场地所会产生的影响,最后应该综合考虑上述元素对目标群众在场地中的行为活动加以分析,有针对性的对建筑功能进行塑造。
S23:选取社会因素:社会因素主要是对建筑场地周边配套进行分析,根据建筑功能对周边配套进行调研,分析建筑功能的合理性,例如居住小区的建筑私密性、公共建筑服务半径、绿化率等是否满足目标客户的需求。
S3:分析选取的场地所可能产生的状况:设计者添加对选取场地进行影响的状况,例如添加暴雨、暴雪或烈日等恶劣的天气现象,随后通过虚拟空间内的模拟来交互显示出,观影场所可能发生的状况,通过对上述恶劣天气的模拟,使设计者可以提前应对各种恶劣的天气状况。
S4:选定需要搭建的观影场所的大小:设计者通过观影场所的设计图来判断观影场所的面积,并使设计者制定合适观影场所占用的大小。
S5:将观影场所的设计图纸贴图进虚拟空间中:由虚拟设计软件VRML将观影场所的设计图纸导入进虚拟设计空间中,并使设计者可以参照设计图在该虚拟设计空间中,对设计图纸中的观影场所进行三维建模。
S6:依靠设计图纸在虚拟空间中进行三维建模:设计者经由S5对设计图纸的建模,随后加上能照亮整个场景的灯光,最后根据设定的视域和视高来确定自由摄像机的镜头类型和位置,可见,建立虚拟现实环境的场景与制作电脑渲染图场景的过程基本一致,但侧重点有所不同,后者需要的是静态图像的渲染效果,而前者则更关注实时浏览的流畅感和空间感,因此在创建虚拟现实场景时应该完成以下步骤:
S61:在满足视觉要求的前提下,尽量减少模型的面数,模型创建完后使用3DSMAX中的优化修改器进行优化,能最大限度的减少模型面数。
S62:使用关联复制,Instance是对象的关联复制,当改变任何一个关联复制品的时候,所有其他的复制品都会改变,在建立虚拟场景时,关联复制是非常有用的,当使用关联复制的时候,组成关联复制的对象的面的设置只在VRML中定义一次,这样可以使用多次同样的几何图形,但不增加文件的下载时间。
S63:对于一些非主要物体,不要过于苛求细节,尽可能使用“模拟的”几何体,比如周围的建筑可直接采用“几何体+贴图”的方式制作,场景中所使用的贴图不需要很精细,最好全用jpg格式压缩,并缩小尺寸,这样能节省大量的下载时间,所有使用到的贴图必须全部放在一个目录中,因为VRML只能搜索一个指定的贴图目录。
S7:选取虚拟空间中三维建模所采用的材质:通过对三维模型的观察,使设计者可以了解到三维模型与选取场地之间的联系,使设计者可以清楚了解观影场所在实际建造时需要使用的材质。
S8:进行光环境模拟:光线是场景视觉信息与视觉造型的基础,没有光线便无法体现物体的形状、质感和透视关系,这一点和做电脑渲染图是一样的,但在 VRML中不能使用诸如全局光、反射光、折射光、阴影等光线效果,只能通过普通灯光的布光技巧来弥补,另外,要保证场景中任何一个角落都能被灯光照亮,因为最终浏览虚拟现实场景时,任何一个角落都有可能被浏览到。
S81:使用摄像机,虚拟现实场景的浏览是通过摄像机来进行的,通过创建自由摄像机来确定视域和视高,不同的视域和视高在实时浏览时能给人以不同的感受,可以供设计者在观影场所中进行选择性的导航,即使是在浏览器中导航非常缓慢的大环境,也可以通过对一系列的摄像机视图进行切换来快速选择性的浏览,使用建立的摄像机,展示观影场所的最佳场景,也就是展示具有不寻常的透视效果,或是展示场景中花费了大量功夫才创建的精细部分的特写,如果把它留给客户去自由导航场景,就无法控制客户能看到什么效果了,当然,也可以只通过一个摄像机导航,让客户可以自由在VRML场景中游览而且无拘无束。
S9:时间和天气设置:
S91:时间设置:在虚拟引擎当中,可以通过对时间的设置,模拟不同时间点下自然光照的动态变化以及人或物的行为动作对于采光的影响,使设计者以时间为立足点,对采光的动态变化效果分析更加准确。
S92:天气设置:天气的变化对于建筑物光照影响最为直接,在虚拟引擎当中对不同天气的设置,配合光源实时计算效果,可以直观的表现出不同天气效果下建筑物采光的变化,通过对观影场所所在地的实态调研数据进行模拟,得出数据用以设计前期工作的分析比较。
S10:通过虚拟引擎分析模拟得出数据:经过记录处理后可以用作设计前期工作的数据对比分析,例如将材质设置数据与光源设置数据对应记录整理后可以得出不同材质的光照模拟分析,将这些数据制作成图标就可以对照不同地区给出的建筑采光标准模拟分析材质达标结果,为建筑的光热环境和能耗性能提供初步的分析判定。
S11:对三维模型进行修改与完善:虚拟现实技术在设计概念生成上具有一定的作用,更能够使设计者的一些奇特构造思维更接近实际,由于它从表现形式上进行创新突破进而可以让设计者大胆的尝试以往用传统三维模型所无法表现出来的建筑形态创造,设计者在虚拟空间中可以像进行雕塑那样随意的对虚拟空间中的空间进行构建和修改,在建筑设计领域,技术的革新限制了建筑形式的上限,建筑的功能性需求影响了建筑的形式,但创新的表现形式却能够在一定意义上创造出新的建筑形式,通过虚拟现实场景中对于建筑形式的精细表现和实时渲染功能,设计者可以再虚拟场景中对所设计的内容进行一定的夸张和变形,通过这样的过程来激发灵感,提高设计创新能力。
S12:三维模型进行交互场景的模拟:虚拟现实技术中最令人激动的就是场景的互动性,可以使场景切换到另一个预先指定的URL链接(类似网页文档的超级链接),或是与场景中的指定的另一个摄像机链接,类似电影中的镜头切换,触动感应器是一个触动感应器,当在场景中用鼠标点击一个指定物体时就会引发一个预定义的动作,ProxSensor则是一个范围感应器,只要接近一个指定物体时也会引发一个预定义的动作,使用它们就能创建出互动的场景。
S13:通过人工智能反馈问题:通过人工智能可以反馈在整个三维建模中得到反馈的信息,人工智能会自动选取最重要的信息反馈到设计者的身上,从而使设计者可以及时对产生的问题进行处理,进而完成整个虚拟空间内观影场所的搭建。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法包括以下步骤:
S1:选取搭建观影场所的软件与虚拟空间;
S2:选取观影场所搭建的场地;
S3:分析选取的场地所可能产生的状况;
S4:选定需要搭建的观影场所的大小;
S5:将观影场所的设计图纸贴图进虚拟空间中;
S6:依靠设计图纸在虚拟空间中进行三维建模;
S7:选取虚拟空间中三维建模所采用的材质;
S8:进行光环境模拟;
S9:时间和天气设置;
S10:通过虚拟引擎分析模拟得出数据;
S11:对三维模型进行修改与完善;
S12:三维模型进行交互场景的模拟;
S13:通过人工智能反馈问题。
2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述S2内的步骤包括:
S21:选取自然因素;
S22:选取人文因素;
S23:选取自然因素。
3.根据权利要求2所述的一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述S21内还包括地理因素与环境因素,其中地理因素主要包括选取场地的地质、地形、绿化、水资源等方面,环境因素则包括采光、虚拟现实技术对观影场所前期问题的解决温度、风向。
4.根据权利要求2所述的一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述S22选取人文因素还需要考虑场地周边区域是否有历史残留的事或物,其次应考虑场地区域所特有的文化传统、目标客户群体的价值取向和道德标准等对场地所会产生的影响。
5.根据权利要求2所述的一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述S23还需要对建筑场地周边配套进行分析,根据建筑功能对周边配套进行调研,分析建筑功能的合理性。
6.根据权利要求1所述的一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述S1中对于虚拟空间模型建立的软件采用VRML。
7.根据权利要求1所述的一种基于人工智能反馈的虚拟现实观影场所搭建方法,其特征在于:所述S8采用摄像机来对虚拟现实场景中的模型进行观察。
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