認識VR開(kāi)發(fā)流程，訂定SOP

　　高煥堂 （臺灣VR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主席、廈門(mén)VR/AR協(xié)會(huì )榮譽(yù)會(huì )長(cháng)兼顧問(wèn)）

摘要：由于VR與各行各業(yè)都有密切關(guān)聯(lián)，各行各業(yè)的專(zhuān)業(yè)知識(如水力發(fā)電)與VR技術(shù)的結合，可以發(fā)展出該行業(yè)最簡(jiǎn)潔有效的標準開(kāi)發(fā)流程(SOP)。這項SOP包括開(kāi)發(fā)步驟、工具、素材與內容格式標準等規范。

本文先說(shuō)明VR內容開(kāi)發(fā)的基本流程，然后把這一般流程SOP對應到醫療、物流等各行業(yè)，而得出各行業(yè)專(zhuān)有的VR開(kāi)發(fā)SOP。再基于各行業(yè)SOP展開(kāi)，對應到各行業(yè)單位和開(kāi)發(fā)伙伴的參與活動(dòng)。最后，制定這些活動(dòng)的使用工具(如Unity、UE)，和產(chǎn)出(物)的標準規格。

關(guān)鍵詞：VR；開(kāi)發(fā)流程；SOP

1 SOP的任務(wù)、工具與平臺

1.1 應用軟件(VR App)

應用軟件是VR開(kāi)發(fā)者依循SOP而產(chǎn)出的可運行的軟件成品，通常將它上傳到應用商店(App Store)，讓使用者下載到其VR終端設備上運行。在運行時(shí)(Runtime)，就會(huì )呈現VR內容，并與使用者交互(圖1)。

　　例如《Tilt Brush》3D繪畫(huà)應用，它是著(zhù)名的HTCVive應用，可以讓您在虛擬的3D 環(huán)境下的自由繪畫(huà)創(chuàng )作。很逼真、身歷其境！使用者操作一個(gè)2D控制板，按照任何角度去調整和移動(dòng)整個(gè)繪畫(huà)平面，來(lái)畫(huà)出具有景深效果的各種圖形(圖2)。

　　1.2 SDK：VR App開(kāi)發(fā)工具包

　　SDK就是App開(kāi)發(fā)工具包(Software Development Kit)。它是針對特定平臺(如Cardboard移動(dòng)VR)，由廠(chǎng)商提供給開(kāi)發(fā)者來(lái)創(chuàng )建App的開(kāi)發(fā)工具包。例如，Cardboard SDK for Unity就是Google提供給開(kāi)發(fā)者的工具包，開(kāi)發(fā)者可以利用Unity3d的環(huán)境和資源來(lái)規劃、創(chuàng )建適合于Cardboard(運行)平臺的VR 應用程序(圖3)。

　　SDK還包括用于除錯及其他用途的軟件工具、程序代碼范例、支持性的技術(shù)注解或者其他說(shuō)明文件等。

　　1.3 VR編輯器：SDK的核心組件

　　在游戲開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，Unity/UE是最流行的App編輯器，包含一個(gè)完整的游戲設計、制作環(huán)境和可復用的美術(shù)、燈光等素材資源，協(xié)助開(kāi)發(fā)者順暢完成一款游戲App。例如，Google基于該Unity編輯器而附加Cardboard運行平臺的新API、相關(guān)資源等成為一套工具包，就稱(chēng)為基于Unity編輯器的“Cardboard SDK forUnity“。

　　以這個(gè)Cardboard SDK for Unity為例，其使用流程是：

　　第1步：為Unity下載Cardboard SDK。

　　第 2 步 ： 把 它 導 入 到 你 的Unity編輯項目中。亦即，在Unity主菜單里，點(diǎn)選AssetsImportPackageCustom Package，并選擇CardboardSDKForUnity.unitypackage，然后點(diǎn)擊Import按鈕。

　　第3步：為了做出第一個(gè)VR游戲體驗，可在Project Browser中的CardboardPrefabs文件夾里，把CardboardMain Prefab拖到場(chǎng)景中，在Inspector中設定與你的游戲主角一樣的位置。這樣可以展現出你在看他（主角）的眼睛。

　　第4步：接下來(lái)，選擇主照相機(Main Camera)并且在Inspector中勾選。

　　第5步：最后，在Unity編輯器中試運行，就會(huì )出現3D場(chǎng)景了。這時(shí)，你的照相機隨著(zhù)頭部的運動(dòng)而進(jìn)行旋轉，您可以左顧右盼了。

　　1.4 什么是API?

　　SDK通常包含有App軟件框架(Framework)和腳本 的 呼 叫 接 口(API，ApplicationInterface)定義檔。開(kāi)發(fā)者可以在A(yíng)pp(如Android的Java程序代碼)中，通過(guò)API來(lái)呼叫Cardboard平臺上的軟硬件資源。以Cardboard 的環(huán)繞音頻為例，基于Cardboard SDK和API，可以開(kāi)發(fā)令人感到身臨其境的VR應用?？梢月?tīng)到來(lái)自四面八方的聲音，例如天空打雷或者是飛機飛過(guò)頭頂的聲音。

　　目前，Cardboard 開(kāi)放了SDK和API，協(xié)助開(kāi)發(fā)者的制作音頻。該SDK新的環(huán)繞音頻功能是很容易上手的。開(kāi)發(fā)者可以呼叫組件來(lái)創(chuàng )建Android系統上的音景。Android的Native開(kāi)發(fā)者可以使用一套簡(jiǎn)單的JavaAPI來(lái)模擬虛擬的聲音和環(huán)境，讓使用者就如同在真實(shí)世界里所聽(tīng)到來(lái)自周遭四面八方的聲音。

　　1.5 App運行平臺(操作系統)

　　通常，從App Store將App下載了就會(huì )在VR終端設備的操作系統(OS)上運行，例如移動(dòng)VR App常見(jiàn)的運行平臺是：Android、Windows等。以Google的Cardboard 移動(dòng)VR為例，這是典型的“Cardboard+手機”簡(jiǎn)易型移動(dòng)VR設備。雖然Cardboard可以搭配不同品牌的手機，但是在開(kāi)發(fā)時(shí)，使用的SDK會(huì )預設其App適用的運行平臺(如Android、iOS等不同的操作系統)。

　　此外，還有針對不同平臺的VR助手。VR助手就如同大家耳熟能詳的Android手機助手一般用來(lái)協(xié)助管理移動(dòng)或VR終端平臺上的App及相關(guān)資源，如終端軟硬件資源的管理、云端資源的搜索、下載、安裝的功能等。

　　1.6 素材編輯器

　　素材(Material)是用來(lái)組合成為VR App的材料，包括美術(shù)、聲音、燈光、課件文檔等等資源。有些素材編輯器與App編輯器是分開(kāi)的；而有些是兩者整合在一起的。大多數編輯器可以導入外來(lái)(第三方廠(chǎng)商)的素材。例如，Unity3d編輯器可以導入3dsMAX、MAYA所匯出的.max，.mb，fbx等。此外，從網(wǎng)絡(luò )上也能下載一些.max和.mb格式的VR素材模型，包括人物、地形素材等。

　　一般而言，素材資源是可以跨平臺共享的。至于A(yíng)pp常常使用到特定運行平臺(OS)的SDK和API，是與運行平臺息息相關(guān)的。尤其是VR產(chǎn)業(yè)中，HTC、三星、Google等都各自擁有運行平臺和應用商店(圖4)。

　　1.7 內容的實(shí)時(shí)“動(dòng)態(tài)加載”

　　App下載了，用戶(hù)將App運行起來(lái)。在運行期間，App會(huì )連結到云端的內容分發(fā)平臺，取得實(shí)時(shí)性的內容，從VR終端顯示出來(lái)，這項功能通稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)加載”(DynamicLoading)。例如，“VR+教育”的教學(xué)App，在其運行時(shí)期，可以持續從內容分發(fā)平臺取得最新的教學(xué)課件等(圖5)。

　　其中的基本需求是：不要將教學(xué)課件綁入App里，而直到學(xué)生們運行VR App時(shí)才到后端分發(fā)平臺去實(shí)時(shí)取得教學(xué)課件里的素材。那么，在實(shí)際的Daydream或HTC Vive平臺上，又如何實(shí)現這項需求呢? 如果您使用Ｕnity編輯器，最簡(jiǎn)單的途徑就是使用Unity的ScriptableＯbject技術(shù)。我們可以使用ScriptableObject 在 Project view 建立專(zhuān)用的 Asset來(lái)做設定，并將它存放在Resources文件夾中。當VRApp運行中，需要用到時(shí)才呼叫 Resources.Load()函數來(lái)取到設定值，若有任何修改的話(huà)，只要打開(kāi)Project view 內的 Resources文件夾修改一下即可。

　　通常，一個(gè)行業(yè)的VＲ素材資源是相當多的，而且會(huì )時(shí)常更新的，這些龐大資源全部綁入App里，并不太合理。于是，就可以進(jìn)一步將ScriptableObject打包成為AssetBundle。我們的VR App可以掌管主要邏輯或線(xiàn)程，當有需要某些資源(如VR素材)，才從外部的 AssetBundle 加載資源，這樣我們常常只需要重新打包資源(VR素材)的部分就能完成更新，而不需要重新編譯Ａpp的程序代碼。

　　如果您不是使用Unity編輯器，也可采用其他技術(shù)，例如運用Ａndroid/Linux平臺上的＊.SO，或者Windows平臺上的DLL來(lái)實(shí)踐動(dòng)態(tài)加載功能。

　　2 更完整的的SOP活動(dòng)

　　2.1 添加互動(dòng)設計和軟件程序代碼

在上一節里，已經(jīng)說(shuō)明了從素材設計到App開(kāi)發(fā)的流程SOP（圖6）。

圖6  本開(kāi)發(fā)流程  （圖片素材來(lái)自:百度圖片）

       除了素材之外，在開(kāi)發(fā)流程中，還需要“交互設計師”來(lái)設計出符合客戶(hù)的要求，以及設備系統的需求（圖7）。

圖7  添加互動(dòng)設計和軟件代碼（圖片素材來(lái)自:百度圖片）

       此外，還需要“編碼工程師”來(lái)撰寫(xiě)代碼，并添加到素材和App里，才能實(shí)現動(dòng)態(tài)的素材和人機互動(dòng)的行為（圖7）。  

　　2.2 VR的敘事新模式

      在VR設計上，首先要把自己當成一個(gè)引導者而不是一個(gè)導演。因為傳統電影的導演給觀(guān)眾的是一個(gè)框框，而的引導者所給的將是一個(gè)完整的世界。VR設計師若能依循上述原則，而擺脫按照預定腳本來(lái)進(jìn)行的傳統影視制作模式，就能給用戶(hù)一種令人意外的方式來(lái)改變已經(jīng)構筑好的虛擬世界，即可帶來(lái)更多深刻的臨場(chǎng)感。

     所以，VR的情節是受觀(guān)眾自由選擇所影響的，而VR設計師（即引導者）則預先在其中鋪設世界觀(guān)和規則。例如，《Sequenced》是一個(gè)“VR+動(dòng)漫”的應用。提供了全新的體驗：讓觀(guān)眾可以和動(dòng)畫(huà)劇情產(chǎn)生互動(dòng)。只要你對動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中角色、事物的關(guān)注與互動(dòng)，就可能將改變角色的對話(huà)內容和引起其他事件的發(fā)生。

     《Sequenced》讓你沉浸在故事中，完全是下意識的互動(dòng)，完全忘記了劇情的發(fā)展其實(shí)是受互動(dòng)而影響的。 然而從體驗中，您可以看到其敘述新模式，體會(huì )它如何來(lái)引導一個(gè)VR動(dòng)漫的情節，并領(lǐng)悟其幕后的互動(dòng)設計新模式（圖8）。

圖8  《Sequenced》敘述新模式

　　3  后端的云服務(wù)——以法國的Allegorithmic為例

　　3.1  簡(jiǎn)介Allegorithmic公司的云服務(wù)

　　基于Unity3d的Substance Designer、Substance Painter和Substance B2M等系列3D渲染軟件都是Allegorithmic公司的產(chǎn)品。全球超過(guò)5萬(wàn)多位3D設計師都在使用這些產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行游戲的設計與開(kāi)發(fā)。

　　3.2  擅用新潮的Docker虛擬機技術(shù)

     Allegorithmic公司的平臺使用Docker容器來(lái)提供連接服務(wù)，包括license服務(wù)，故障采集服務(wù)，和license分析服務(wù)；用于開(kāi)發(fā)技術(shù)原型，比如一個(gè)網(wǎng)頁(yè)版的Substance渲染引擎。在部署方面，他們使用私有的Registry服務(wù)，開(kāi)發(fā)者可以將生產(chǎn)環(huán)境中將要用到的鏡像拉過(guò)去，只要鏡像構建（Build）成功了，就能在最終環(huán)境中運行起來(lái)（圖9）。

圖9  Docker虛擬機支持VR設計與開(kāi)發(fā)

        在A(yíng)llegorithmic的開(kāi)發(fā)環(huán)境里，還有一個(gè)預生產(chǎn)的環(huán)節，這里Docker也提供了很大的幫助，大大簡(jiǎn)化了部署過(guò)程，讓新成員能夠很快上手，也能將設計師或客戶(hù)的新想法迅速實(shí)現出來(lái)。

　　4  結語(yǔ)

      本文的目的是讓您熟悉VR內容的基本開(kāi)發(fā)流程，做為訂定各行各業(yè)（如軍事&救災領(lǐng)域）專(zhuān)用的VR開(kāi)發(fā)SOP，以便提升“VR+行業(yè)應用”的發(fā)展速度。在訂定各行業(yè)專(zhuān)用SOP過(guò)程中，常會(huì )考慮各行業(yè)的特性、既有的技術(shù)、想引進(jìn)的新技術(shù)等，決定添加上那些新元素。     例如，我常常會(huì )添加Docker鏡像（Docker Image）標準，來(lái)包裝VR素材。一旦引進(jìn)了Docker鏡像元素，對既有的SOP就可能會(huì )有些改變，讓其更容易管理（因為包裝標準化了）。

　　為什么會(huì )想引進(jìn)Docker鏡像標準呢？筆者的考慮如下。

　　1)Docker鏡像可以讓3D數據模型（如動(dòng)漫3D素材模型）搭配自己的軟件代碼Lib（如渲染或數據處理引擎），VR內容的編輯器可以將素材的3D模型與其相關(guān)代碼Lib打包成為標準的Docker鏡像，成為VR的動(dòng)態(tài)（Dynamic）素材。

　　2)3D數據模型就如同“信紙”，它含有許多3D數據（就是信紙所記載的內涵）；可稱(chēng)之為靜態(tài)（Static）素材。

　　3)VR內容制作時(shí)，可將1）數據模型；2） 相關(guān)代碼Lib；一起打包成為Docker鏡像。這Docker鏡像就如同“信封”。

　　4)“信封”里包裝了靜態(tài)的素材模型及其相關(guān)代碼，就變成為動(dòng)態(tài)的素材模型。

　　5)這種符合Docker標準的“信封”，對于VR素材/應用的云平臺（如VR素材超市）的維護管理是非常有利的。

　　6)靜態(tài)素材如同信紙，動(dòng)態(tài)素材如同信封，素材的云平臺（如Docker鏡像Registry） 如同郵局，Docker引擎如同郵差。

　　7)由于信紙和內容格式可以百花齊放（例如把語(yǔ)句寫(xiě)在楓葉上），只要把它加上程序代碼，一并裝進(jìn)去標準信封就可以了。

　　8)所以VR的素材開(kāi)發(fā)者可以使用不同的編輯器材編輯信紙、內容和代碼，然后打包成為Docker標準鏡像（裝進(jìn)去標準信封）即可。

　　9)由此可知，我們可以利用形形色色的VR素材編輯器，并不必限制使用單一的VR內容編輯器。

　　10)我們不必限制單一的標準3D數據模型，也不必限制單一的程序語(yǔ)言（或繪圖引擎）；而只需要單一的信封標準（如Docker鏡像標準）即可。

       由于VR與各行各業(yè)都有密切關(guān)連，許多人都采取通用型的一般開(kāi)發(fā)流程，其開(kāi)發(fā)效率是不高的。如果各行業(yè)的專(zhuān)業(yè)知識都能與VR技術(shù)進(jìn)行更緊密的結合，訂定出該行業(yè)最簡(jiǎn)潔有效的標準開(kāi)發(fā)流程（SOP），就能更上層樓、事半功倍了。

（注：本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第7期第17頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）