虛擬現實應用開發教程(高級)（簡體書）

本書以《虛擬現實應用開發職業技能等級標準》為編寫依據，圍繞虛擬現實技術的人才需求與崗位能力進行內容設計。在初級、中級內容的基礎上，本書介紹了高級三維技術、項目架構設計、高級應用編程、基於虛擬現實引擎的高級開發、性能優化等內容，涵蓋了次世代建模、角色動畫製作和三維特效製作等技術，以及項目架構需求分析與設計、面向過程和面向對象的高級編程技術、網絡編程技術、動畫合成技術、運動學原理運用和渲染系統運用等基於虛擬現實引擎的高級開發、性能分析與優化等內容。本書以模塊化的結構組織章節，以任務驅動的方式安排內容。本書可作為1+X證書制度試點工作中虛擬現實應用開發職業技能等級證書培訓的教材，也可作為期望從事虛擬現實應用開發工作的人員和視覺傳達、數字媒體技術、影視製作、動漫遊戲開發等相關專業的學生的參考書。

北京新奧時代科技有限責任公司是通信業和信息化開展專業技術人員培養，是集教育培訓、人才選拔和評價為一體的綜合性專業人才服務機構。並承擔教育部工業和信息化職業教育教學指導委員會(簡稱工信行指委)具體組織和業務實施工作。

目 錄



第1章 高級三維技術 1
1.1 製作次世代模型 2
1.1.1 導入參考圖 2
1.1.2 創建模型基本體 2
1.1.3 模型的UVW展開 5
1.1.4 烘焙 7
1.1.5 繪製高度貼圖 8
1.1.6 繪製材質貼圖 10
1.1.7 輸出貼圖 13
1.1.8 添加貼圖 13
1.2 製作角色動畫 14
1.2.1 蒙皮的概念 14
1.2.2 骨骼綁定 20
1.2.3 添加蒙皮 33
1.2.4 分配整體權重 34
1.2.5 設定動畫 37
1.2.6 細緻調節權重 38
1.2.7 製作行走動畫 46
1.3 製作三維特效 60
1.3.1 Unity粒子系統 60
1.3.2 製作篝火火焰特效 74
1.3.3 製作目的地提示特效 87
1.4 本章小結 94
第2章 項目架構設計 95
2.1 項目架構的需求分析 97
2.1.1 需求的梳理 97
2.1.2 功能和子系統的劃分 98
2.1.3 子系統層級結構的設計 99
2.1.4 業務框架的抽象 101
2.1.5 系統架構的規劃及優化 102
2.2 項目架構的概要設計 102
2.2.1 模塊功能的劃分 103
2.2.2 子系統之間交互關係的定義 103
2.2.3 系統架構的描述 105
2.2.4 架構圖的搭建 106
2.3 項目架構的詳細設計 107
2.3.1 系統框架的搭建 107
2.3.2 公共組件的提取 107
2.3.3 系統框架的完善與優化 108
2.3.4 基礎框架的封裝 109
2.3.5 基礎框架結構的描述 110
2.3.6 業務框架的封裝 111
2.3.7 模塊功能的開發 112
2.4 本章小結 121
第3章 高級應用編程 122
3.1 面向過程高級編程 123
3.1.1 日誌輸出與代碼調試 123
3.1.2 枚舉與結構體 126
3.1.3 位運算 128
3.1.4 函數應用詳解 131
3.2 面向對象高級編程 133
3.2.1 構造函數 133
3.2.2 繼承 136
3.2.3 多態 139
3.2.4 委託 144
3.2.5 設計模式 145
3.2.6 重載 152
3.2.7 事件 152
3.2.8 接口 154
3.3 網絡編程 157
3.3.1 網絡編程中的基本概念 157
3.3.2 Socket API簡介 160
3.3.3 TCP流式套接字編程 164
3.4 本章小結 175
第4章 基於虛擬現實引擎的高級開發 176
4.1 動畫合成 178
4.1.1 動畫的創建 178
4.1.2 動畫過渡的實現 183
4.1.3 動畫中事件的插入 188
4.1.4 動畫的混合 189
4.1.5 動畫層的使用 193
4.1.6 複雜動畫的組合 197
4.1.7 逆運動組件的使用 200
4.1.8 複雜逆運動動畫的實現 203
4.2 運動學原理的運用 204
4.2.1 三維坐標函數類的運用――物體位置、旋轉和縮放的表示 204
4.2.2 三維坐標函數類的運用――物體移動和旋轉效果的實現 205
4.2.3 三維坐標函數類的運用――向量大小和長度的計算 206
4.2.4 三維坐標函數類的運用――插值計算和平滑效果的實現 206
4.2.5 三維坐標函數類的運用――局部坐標與世界坐標的變換 207
4.2.6 運動方向及方向調整的表示 208
4.2.7 向量夾角的計算 209
4.2.8 矩陣函數的運用――物體坐標變換的實現 210
4.2.9 四元數的運用――物體旋轉的實現 210
4.2.10 鼠標拖動物體效果的實現 211
4.2.11 攝像機函數的運用――攝像機坐標和世界坐標變換的實現 212
4.3 渲染系統的運用 213
4.3.1 常見的著色器類型 213
4.3.2 著色器代碼的基本結構 214
4.3.3 頂點動畫的編寫及頂點位移的實現 215
4.3.4 片段動畫的編寫及貼圖滾動的實現 217
4.3.5 光照模型的編寫及光照變化的實現 219
4.3.6 物體邊緣高光效果的實現 221
4.3.7 噪聲貼圖的代碼採樣及物體溶解效果的實現 222
4.3.8 運用著色器進行畫質顏色的修改 225
4.3.9 著色器代碼的優化 229
4.4 本章小結 230
第5章 性能優化 232
5.1 性能優化分析 233
5.1.1 運用性能優化工具進行性能分析 233
5.1.2 幀率性能影響因素分析 237
5.1.3 畫面渲染原理及渲染過程的分析 238
5.2 基本性能優化 239
5.2.1 對CPU性能的優化 239
5.2.2 對GPU性能的優化 242
5.2.3 對內存性能的優化 243
5.3 高級性能優化 245
5.3.1 渲染模塊的優化 245
5.3.2 內存頻繁申請及佔用過高的規避 262
5.3.3 用戶界面組件的優化 263
5.3.4 物理引擎組件的優化 264
5.3.5 內存洩漏的防止 265
5.4 本章小結 266