VR技术在青少年网络文明动漫开发中的运用
蔡权
关键词： 虚拟现实; 人机交互; 网络建设; 网络文明; 动漫; 3D MAX
中图分类号： TN915?34; TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号： 1004?373X（2019）03?0087?03
Abstract： In order to deal with the imminent problem of teenage network civilization construction， the virtual reality （VR） technology is applied to the animation development of teenage network civilization， so as to effectively fit the actual age， interests and other special factors of teenager， and realize the healthy and civilized Internet access. The animation development requirement of teenager network civilization and characteristics of VR animation are analyzed. The virtual reality design platform VRP and 3D MAX are introduced. On this basis， the design process of teenager network civilization animation system is introduced in detail. The final system test results show that the teenager network civilization animation VR system has good running condition， smooth human?computer interaction， and stable roaming behavior of the character in the scene.
Keywords： virtual reality; human?computer interaction; network construction; network civilization; animation; 3D MAX0 ?引 ?言
随着互联网娱乐和社交行业的快速发展，青少年网络日常生活的时间不断增加，其相关网络文明建设的重要性逐渐显现。研究分析得出，适当的健康教育手段能够有效克服青少年个人主义心理的问题，有利于解决青少年网络生活中的“不文明”现象，如在线心理辅导、游戏辅助教育等[1]。
虚拟现实（Virtual Reality，VR）作为一种最新的学科交叉综合应用技术，能够通过计算机生成逼真的三维虚拟场景，使得体验人员得到身临其境的感受。VR技术采用人类最直接的表达形式进行界面交互，实现虚拟对象的灵活控制[2?3]。文献[4]将VR视为一项前瞻性的教育辅助计算机技术，探讨VR在教育领域中潜在的优势与面临的挑战，为其进一步的实证性研究做出了理论分析。文献[5]则从技术角度对虚拟现实与教育装备的融合及深度应用进行探讨。虽然VR技术和教育行业的结合研究已经成为近期研究的热点，但是大多数研究还仅仅停留在概念和理论框架阶段，仍处于原理探讨范畴。
因此，本文从青少年网络文明教育的实际需求角度出发，给出VR技术在相关动漫开发中的实际运用方法，包括虚拟现实动漫的特征选取、VRP和3D MAX虚拟现实设计平台的构建、VR动漫系统的设汁流程。通过运用给出的VR技术方法，有利于将青少年网络文明教育建设从被动监督变为主动参与，以青少年身临其境的体验方式积极拓展心理健康教育的手段和方法。为VR技术在教育行业的应用提供了一定的技术参考价值。1 ?动漫开发需求和特性分析
1.1 ?需求分析
如今青少年能够通过4G，WiFi和因特网随时随地实现网上聊天和游戏，iPad、手机等移动设备的普及更使得青少年上网变得更加便捷，这造成青少年使用网络的时间在日常生活中的占比越来越大[5]。但是现实社会中的各个因素均会直接或间接地在网络环境上产生各种映射，并快速通过网络传播和影响上网人员的心理和思维，最终可能会以各种形式直接作用于现实社会中，从而对社会健康引起不良后果。
基于VR的青少年网络文明动漫系统需要为青少年用户提供一个可以远程访问的三维虚拟空间，并能够控制动漫人物进行观察和访问，从而对教育案例、心理辅导服务和各种相关道具进行直接体验，获得身临其境的感受。基于互联网的虚拟世界能够扩展教育的范围和手段，通过数字化和虚拟化以推进加强青少年文明教育的发展。针对青少年网络文明动漫开发的现实状态，对其系统需求从两个层面进行分析，包括现实需求和功能需求。
1） 现实需求
首先要从日常生活视角对青少年网络文明教育进行突破，引导青少年转向选择符合健康网络文明准则的日常生活习惯和模式。这就需要VR技术创新性地将教育实践从平面模式转化为立体空间模式，建立青少年生活的虚拟空间，利用具像化的人物和事物让青少年真实体验日常生活实践。弱势青少年多采用抵抗战术来面对教育辅导，这就需要系统以尽可能美好的形式吸引其注意力，抵消青少年的反抗心理。
此外，通过模拟真实的生活环境，在网络环境下利用VR技术中自然的“人?机?人”交流方式，可以让青少年在教育后更加快速地适应真实社会生活，从传统的言传式教育变为体验式教育。同时，基于VR的青少年网络文明动漫系统可以大大较少辅导员和教师的工作量，提高学校学生管理的工作效率。
2） 功能需求
基于VR的青少年网络文明动漫系统主要分为导入场景模块、浏览案例模块和帮助模块。虚拟青少年网络文明动漫游系统的功能示例如图1所示。在管理员输入正确的用户名和密码后，登录导入场景模块的界面，然后通过选择对话框选择待导入的场景文件。该功能模块的程序结构如图2所示。浏览案例功能模块的顺序图如图3所示。帮助功能模块主要给用户提示操作说明信息，并具备提供案例介绍的功能。1.2 ?特性分析
由于虚拟现实动漫的设计涉及多门学科的交叉综合，因此设计符合3D动漫仿真效果的虚拟3D立体环境需要满足一定的特性要求[6]，本文将其划分为仿真特性、审美特性、沉浸特性、交互特性，如图4所示。VR全景图、人物角色和实物模型的设计均要围绕以上4点特性进行开展。
2 ?虚拟现实动漫设计平台
2.1 ?3D MAX仿真建模平台
本文采用Discreet公司开发的3D MAX仿真建模平台对青少年网络文明动漫进行VR场景开发建模，具体建模方式包括[7?8]几何体模型建模、多边形建模、面片建模、放样建模、复合物体建模、NURBS建模。通过Vray功能模块可以对灯光、天气、材质贴图等进行处理。
2.2 ?VRP虚拟交互平台
虚拟现实交互平台采用中视典数字公司开发的VRP 13.0编辑器软件，其组成模块如图5所示[9?10]。
3 ?青少年網络文明动漫VR系统的具体实现
3.1 ?系统硬件
本文青少年网络文明动漫VR系统开发的硬件平台为：CPU 2.8 GHz Intel 酷睿i5 8400，内存4 GB，硬盘300 GB，显示器为27寸;显卡为Ge Force GTX1080TI，DRAM为6 GB;摄像设备为尼康D850，235.9万像素。
3.2 ?虚拟动漫开发的具体实现
本文开发VR青少年文明动漫的具体流程如图6所示。首先根据现实世界进行相关模型设计，然后对模型所需的动漫造型、材质贴图、灯光和纹理进行设计和处理。通过人机交互控制模型，让用户控制和体验虚拟场景，并对感受做出反馈以便进行修改完善。
如图6所示，在模型设计完成后需要进行动漫设计、材质贴图、灯光处理等任务，这就需要使用VRP编辑器，该部分的设计内容和流程如图7所示。
角色漫游行走控制是网络文明动漫VR系统开发的重要环节，为了真实模拟现实生活中人类的行走姿态和习惯，采用Java Script代码对动漫角色的行走行为进行编辑，部分代码如下：
DEF ?spsCOM Script{
event In OPstring d1_speed
event Out OPfloat d2_speed
field OPfloat sps （）
url ?"vrmlscript：
function d1_speed（a）{
print（′ d1_speed：′ + a）;
d2_speed = parseFloat（a）;}"}
ROUTE spsCOM.d1_speed TO ?SX.speed
最终的系统测试结果显示，青少年网络文明动漫VR系统运行状态良好，人机交互流畅，人物角色在场景中的漫游行为较稳定，为实现青少年网络文明教育工作提供了有力的技术支持。4 ?结 ?语
本文提出VR技术在青少年网络文明动漫开发中的实际运用方法，包括虚拟现实动漫的特性选取， VRP和3D MAX虚拟现实设计平台的构建、VR动漫系统的软硬件平台和程序设汁流程。最终的系统测试结果显示，青少年网络文明动漫VR系统运行状态良好，人机交互流畅。通过运用设计的VR系统，能够以青少年较容易接受的方式积极拓展心理健康教育工作，为VR技术在教育行业的应用提供了一定的技术参考价值。
参考文献
[1] HENN J S， JR L G， FERREIRA M A， et al. Interactive stereoscopic virtual reality： a new tool for neurosurgical education [J]. Journal of neurosurgery， 2002， 96（1）： 144.
[2] VIRVOU M， KATSIONIS G. On the usability and likeability of virtual reality games for education： the case of VR?ENGAGE [J]. Computers & education， 2008， 50（1）： 154?178.
[3] MERCHANT Z， GOETZ E T， CIFUENTES L， et al. Effectiveness of virtual reality?based instruction on students′ learning outcomes in K?12 and higher education： a meta?analysis [J]. Computers & education， 2014， 70（1）： 29?40.
[4] 丁楠，汪亚珉.虚拟现实在教育中的应用：优势与挑战[J].现代教育技术，2017，27（2）：19?25.
DING Nan， WANG Yamin. Application of virtual reality in education： advantages and challenges [J]. Modern educational technology， 2017， 27（2）： 19?25.
[5] 李新晖.虚拟现实与教育装备的融合及深度应用[J].教育与装备研究，2017（12）：16?19.
LI Xinhui. Integration and in?depth application of virtual reality and educational equipment [J]. Education and equipment research， 2017（12）： 16?19.
[6] SHIN Y. Virtual reality simulations in Web?based science education [J]. Computer applications in engineering education， 2010， 10（1）： 18?25.
[7] DAVIS A. Virtual reality simulation： an innovative teaching tool for dietetics experiential education [J]. Applied spectroscopy， 2015， 60（4）： 373.
[8] LE Q T， PEDRO A， CHAN S P. A social virtual reality based construction safety education system for experiential learning [J]. Journal of intelligent & robotic systems， 2015， 79（3/4）： 487?506.
[9] 赵庆华，李姝.基于VRP技术的人机互动虚拟校园环境平台的设计与构建[J].东北师大学报（哲学社会科学版），2015（2）：232?234.
ZHAO Qinghua， LI Shu. Design and construction of human?machine interactive virtual campus environment platform based on VRP technology [J]. Journal of Northeast Normal University （philosophy and social sciences）， 2015（2）： 232?234.
[10] 肖君，霍超尘.基于3DS MAX与VRP的虚拟商城漫游系统的优化[J].中国电子商务，2013（2）：61?62.
XIAO Jun， HUO Chaochen. Optimization of virtual mall roa?ming system based on 3DS MAX and VRP [J]. China electronic commerce， 2013（2）： 61?62.
关键词： 虚拟现实; 人机交互; 网络建设; 网络文明; 动漫; 3D MAX
中图分类号： TN915?34; TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号： 1004?373X（2019）03?0087?03
Abstract： In order to deal with the imminent problem of teenage network civilization construction， the virtual reality （VR） technology is applied to the animation development of teenage network civilization， so as to effectively fit the actual age， interests and other special factors of teenager， and realize the healthy and civilized Internet access. The animation development requirement of teenager network civilization and characteristics of VR animation are analyzed. The virtual reality design platform VRP and 3D MAX are introduced. On this basis， the design process of teenager network civilization animation system is introduced in detail. The final system test results show that the teenager network civilization animation VR system has good running condition， smooth human?computer interaction， and stable roaming behavior of the character in the scene.
Keywords： virtual reality; human?computer interaction; network construction; network civilization; animation; 3D MAX0 ?引 ?言
随着互联网娱乐和社交行业的快速发展，青少年网络日常生活的时间不断增加，其相关网络文明建设的重要性逐渐显现。研究分析得出，适当的健康教育手段能够有效克服青少年个人主义心理的问题，有利于解决青少年网络生活中的“不文明”现象，如在线心理辅导、游戏辅助教育等[1]。
虚拟现实（Virtual Reality，VR）作为一种最新的学科交叉综合应用技术，能够通过计算机生成逼真的三维虚拟场景，使得体验人员得到身临其境的感受。VR技术采用人类最直接的表达形式进行界面交互，实现虚拟对象的灵活控制[2?3]。文献[4]将VR视为一项前瞻性的教育辅助计算机技术，探讨VR在教育领域中潜在的优势与面临的挑战，为其进一步的实证性研究做出了理论分析。文献[5]则从技术角度对虚拟现实与教育装备的融合及深度应用进行探讨。虽然VR技术和教育行业的结合研究已经成为近期研究的热点，但是大多数研究还仅仅停留在概念和理论框架阶段，仍处于原理探讨范畴。
因此，本文从青少年网络文明教育的实际需求角度出发，给出VR技术在相关动漫开发中的实际运用方法，包括虚拟现实动漫的特征选取、VRP和3D MAX虚拟现实设计平台的构建、VR动漫系统的设汁流程。通过运用给出的VR技术方法，有利于将青少年网络文明教育建设从被动监督变为主动参与，以青少年身临其境的体验方式积极拓展心理健康教育的手段和方法。为VR技术在教育行业的应用提供了一定的技术参考价值。1 ?动漫开发需求和特性分析
1.1 ?需求分析
如今青少年能够通过4G，WiFi和因特网随时随地实现网上聊天和游戏，iPad、手机等移动设备的普及更使得青少年上网变得更加便捷，这造成青少年使用网络的时间在日常生活中的占比越来越大[5]。但是现实社会中的各个因素均会直接或间接地在网络环境上产生各种映射，并快速通过网络传播和影响上网人员的心理和思维，最终可能会以各种形式直接作用于现实社会中，从而对社会健康引起不良后果。
基于VR的青少年网络文明动漫系统需要为青少年用户提供一个可以远程访问的三维虚拟空间，并能够控制动漫人物进行观察和访问，从而对教育案例、心理辅导服务和各种相关道具进行直接体验，获得身临其境的感受。基于互联网的虚拟世界能够扩展教育的范围和手段，通过数字化和虚拟化以推进加强青少年文明教育的发展。针对青少年网络文明动漫开发的现实状态，对其系统需求从两个层面进行分析，包括现实需求和功能需求。
1） 现实需求
首先要从日常生活视角对青少年网络文明教育进行突破，引导青少年转向选择符合健康网络文明准则的日常生活习惯和模式。这就需要VR技术创新性地将教育实践从平面模式转化为立体空间模式，建立青少年生活的虚拟空间，利用具像化的人物和事物让青少年真实体验日常生活实践。弱势青少年多采用抵抗战术来面对教育辅导，这就需要系统以尽可能美好的形式吸引其注意力，抵消青少年的反抗心理。
此外，通过模拟真实的生活环境，在网络环境下利用VR技术中自然的“人?机?人”交流方式，可以让青少年在教育后更加快速地适应真实社会生活，从传统的言传式教育变为体验式教育。同时，基于VR的青少年网络文明动漫系统可以大大较少辅导员和教师的工作量，提高学校学生管理的工作效率。
2） 功能需求
基于VR的青少年网络文明动漫系统主要分为导入场景模块、浏览案例模块和帮助模块。虚拟青少年网络文明动漫游系统的功能示例如图1所示。
在管理员输入正确的用户名和密码后，登录导入场景模块的界面，然后通过选择对话框选择待导入的场景文件。该功能模块的程序结构如图2所示。浏览案例功能模块的顺序图如图3所示。帮助功能模块主要给用户提示操作说明信息，并具备提供案例介绍的功能。1.2 ?特性分析由于虚拟现实动漫的设计涉及多门学科的交叉综合，因此设计符合3D动漫仿真效果的虚拟3D立体环境需要满足一定的特性要求[6]，本文将其划分为仿真特性、审美特性、沉浸特性、交互特性，如图4所示。VR全景图、人物角色和实物模型的设计均要围绕以上4点特性进行开展。
2 ?虚拟现实动漫设计平台
2.1 ?3D MAX仿真建模平台
本文采用Discreet公司开发的3D MAX仿真建模平台对青少年网络文明动漫进行VR场景开发建模，具体建模方式包括[7?8]几何体模型建模、多边形建模、面片建模、放样建模、复合物体建模、NURBS建模。通过Vray功能模块可以对灯光、天气、材质贴图等进行处理。
2.2 ?VRP虚拟交互平台
虚拟现实交互平台采用中视典数字公司开发的VRP 13.0编辑器软件，其组成模块如图5所示[9?10]。
3 ?青少年網络文明动漫VR系统的具体实现
3.1 ?系统硬件
本文青少年网络文明动漫VR系统开发的硬件平台为：CPU 2.8 GHz Intel 酷睿i5 8400，内存4 GB，硬盘300 GB，显示器为27寸;显卡为Ge Force GTX1080TI，DRAM为6 GB;摄像设备为尼康D850，235.9万像素。
3.2 ?虚拟动漫开发的具体实现
本文开发VR青少年文明动漫的具体流程如图6所示。首先根据现实世界进行相关模型设计，然后对模型所需的动漫造型、材质贴图、灯光和纹理进行设计和处理。通过人机交互控制模型，让用户控制和体验虚拟场景，并对感受做出反馈以便进行修改完善。
如图6所示，在模型设计完成后需要进行动漫设计、材质贴图、灯光处理等任务，这就需要使用VRP编辑器，该部分的设计内容和流程如图7所示。角色漫游行走控制是网络文明动漫VR系统开发的重要环节，为了真实模拟现实生活中人类的行走姿态和习惯，采用Java Script代码对动漫角色的行走行为进行编辑，部分代码如下：DEF ?spsCOM Script{
event In OPstring d1_speed
event Out OPfloat d2_speed
field OPfloat sps （）
url ?"vrmlscript：
function d1_speed（a）{
print（′ d1_speed：′ + a）;
d2_speed = parseFloat（a）;}"}
ROUTE spsCOM.d1_speed TO ?SX.speed
最终的系统测试结果显示，青少年网络文明动漫VR系统运行状态良好，人机交互流畅，人物角色在场景中的漫游行为较稳定，为实现青少年网络文明教育工作提供了有力的技术支持。4 ?结 ?语
本文提出VR技术在青少年网络文明动漫开发中的实际运用方法，包括虚拟现实动漫的特性选取， VRP和3D MAX虚拟现实设计平台的构建、VR动漫系统的软硬件平台和程序设汁流程。最终的系统测试结果显示，青少年网络文明动漫VR系统运行状态良好，人机交互流畅。通过运用设计的VR系统，能够以青少年较容易接受的方式积极拓展心理健康教育工作，为VR技术在教育行业的应用提供了一定的技术参考价值。
参考文献
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ZHAO Qinghua， LI Shu. Design and construction of human?machine interactive virtual campus environment platform based on VRP technology [J]. Journal of Northeast Normal University （philosophy and social sciences）， 2015（2）： 232?234.
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XIAO Jun， HUO Chaochen. Optimization of virtual mall roa?ming system based on 3DS MAX and VRP [J]. China electronic commerce， 2013（2）： 61?62.
