人机交互项目——VR陶艺全流程模拟

Unity+XR+Pico，实现从制作陶土到绘制图案的陶艺全流程

项目简介

基于Unity 2022与Pico VR开发的沉浸式陶艺制作全流程模拟系统，旨在利用虚拟现实技术还原传统陶瓷制作工艺（从采水、和泥到塑形、彩绘）。

博主主要负责程序化网格生成、陶土模型塑形及绘制等功能的实现，以及和队友一起调试功能。

1. 程序化网格生成

自然塑形手感优化：
通过对陶罐半径和高度的硬性限制，防止模型被无限拉伸或内推导致破损或不合理形态。
底部变形优化：引入底部影响衰减机制’bottomInfluenceHeightPercentage’，避免过度变形和模型破损。
引入余弦衰减函数，使塑形操作对周围顶点的影响更加平滑自然，避免尖锐形变，更贴近真实陶泥的物理特性。

余弦衰减函数： $f(d) = \cos\left(\frac{d}{R} \cdot \frac{\pi}{2}\right)$ 其中 $d$ 为顶点距离，$R$ 为影响半径。

for (int i = 0; i < currentVertices.Length; i++)
        {
            Vector3 vertexLocalPos = currentVertices[i];
            Vector3 vertexWorldPos = transform.TransformPoint(vertexLocalPos);

            // 检查顶点是否在影响的高度范围内
            float heightDiff = Mathf.Abs(vertexWorldPos.y - hitPoint.y);
            if (heightDiff > maxInfluenceHeightDiff)
            {
                continue; // 不在影响高度范围内，跳过
            }

            // 让底部附近的形变效果减弱
            float bottomInfluenceReduction = 1.0f;
            if (vertexLocalPos.y < bottomDeadZoneHeight) // 如果顶点在底部死区内
            {
                // 越接近底部，形变强度越小
                bottomInfluenceReduction = Mathf.InverseLerp(minOverallHeightLimit, bottomDeadZoneHeight, vertexLocalPos.y); 
            }

            float distanceToHitPoint = Vector3.Distance(vertexWorldPos, hitPoint);

            if (distanceToHitPoint < sculptRadius)
            {
                float normalizedDistance = distanceToHitPoint / sculptRadius;
                float falloff = Mathf.Cos((normalizedDistance * Mathf.PI) / 2);

                Vector3 sculptDirectionLocal = new Vector3(vertexLocalPos.x, 0, vertexLocalPos.z).normalized;
                if (!isPush)
                {
                    sculptDirectionLocal = -sculptDirectionLocal;
                }

                // 综合考虑底部影响衰减
                Vector3 deformation = sculptDirectionLocal * sculptStrength * falloff * bottomInfluenceReduction; // <-- 应用底部衰减

                Vector3 newVertexLocal = vertexLocalPos + deformation;

                currentVertices[i] = newVertexLocal;
            }
        }

接缝连续性优化：通过共享顶点法线，解决了网格在生成和塑形过程中出现的垂直接缝问题，保证陶罐表面平滑。

2. VR 绘制与 RenderTexture 映射

实时笔触渲染：将用户的绘制操作实时映射到陶罐的 RenderTexture 上。

void PaintAtPixel(int px, int py, Color color, float size)
    {
        RenderTexture currentActive = RenderTexture.active;
        RenderTexture.active = paintTexture;

        paintMaterial.color = color;

        // 确保坐标在纹理范围内
        px = Mathf.Clamp(px, 0, textureResolution - 1);
        py = Mathf.Clamp(py, 0, textureResolution - 1);

        int brushSizePixels = Mathf.Max(1, (int)(size * textureResolution));

        Rect brushRect = new Rect(
            px - brushSizePixels / 2f,
            py - brushSizePixels / 2f,
            brushSizePixels,
            brushSizePixels
        );

        GL.PushMatrix();
        GL.LoadPixelMatrix(0, textureResolution, textureResolution, 0);

        Graphics.DrawTexture(brushRect, Texture2D.whiteTexture, paintMaterial);

        GL.PopMatrix();

        RenderTexture.active = currentActive;
        paintTexture.GenerateMips();
    }

3. 游戏状态管理

核心状态机：维护游戏流程中的不同状态（MainMenu, Sculpting, Painting, Finished）并进行平滑切换。严格控制 PotteryMeshGenerator, PotteryPainter, PotteryRotator 等关键脚本的 enabled 状态，确保每个阶段只有所需功能激活。

开发环境

硬件：PICO VR3 / RTX 4060
软件：Unity 2022 + XR Interaction Toolkit
测试：XR Device Simulator Variant

GitHub 源码：查看 VR-Pottery 工程