大创申报书VR环境下多样化兴趣社区设计与实现.docx
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大创申报书VR环境下多样化兴趣社区设计与实现
大学生创新创业训练计划
项目申报表
推荐学校
西安理工大学
项目名称
VR环境下多样化兴趣社区设计与开发
项目类型
创新训练项目
项目负责人
***
申报日期
年月日
陕西省教育厅制
二○一八年三月
项目名称
VR环境下多样化兴趣社区设计与实现
项目类型
（√）创新训练项目（）创业训练项目（）创业实践项目
是否为“青年红色筑梦之旅”项目（否）
项目实施时间
起始时间：
2018年3月完成时间：
2019年5月
申
请
人
或
申
请
团
队
姓名
年级
学校
所在院系
/专业
联系电话
E-mail
主持人
成员
指
导
教
师
姓名
研究方向
随机优化问题求解，动态规划
年龄
手机
主
要
成
果
近年来，**老师主持并参与校教学建设项目7项，主持了学校教学改革项目1项、学校实验技术开发项目1项目；参与了西安市科技计划项目、教育厅科学研究计划、教育厅产业化培育项目等15项；发表学术论文十余篇；参编教材2部，获得学校教学成果一等奖1项、二等奖1项、三等奖1项。
近年来，**老师作为项目负责人完成了国家自然科学基金1项，陕西省（部）、西安市、教育厅及碑林区等项目10余项，企业软件开发项目5项，获得陕西省科技进步二等奖（4/9）1项，陕西省高等学校科技进步一等奖（4/5）1项。
先后发表了论文20余篇，登记软件著作权13项，授权专利3项，申请专利2项。
一、项目简介（200字以内）
本项目结合vr技术与传统社交模式，借助VR平台将社交转入虚拟空间。
项目拟建立一个可实时通讯的大型通用社区平台。
基于用户爱好构建初始社交网络，创建通用控件；该社区模型中，用户能够通过对给定控件的操作进行自定义功能设置，创建自定义活动；通过对用户活动信息的分析以及用户行为进行特征提取，形成新社交网络；由用户驱动，借助推荐算法为不同社交网络用户推送相关服务，进一步增强用户对活动的参与度。
二、项目相关研究现状及发展动态
近年来，随着计算机及各种移动设备的GPU,CPU等各项性能不断提升，以及计算机图形学与机器视觉技术等技术的提高，推动了VR技术的发展。
VR技术逐渐成为了国内外学者研究的热点，其应用领域也越发广泛，VR社交作为VR技术中最被人寄予厚望的应用方式，国外已经有很多团队对它进行开发，如Altspace、Facebook、Vtime、VRChat等，但国内对VR社交的开发尚处于起步阶段。
2012年至2016年上半年，Vr硬件设备部分的融资额度占行业的62.6%，达到265570万元;Vr内容制作融资额度达到104490万元，占24.6%;分发平台部分融资额度达到54100万元，占整体的12.8%，其应用领域也越发广泛，如医疗、工业、旅游、城市建设、军事、教育、遗迹保护、娱乐等诸多领域。
日益强大的机器性能与日益丰富的vr内容也为vr社交带来强大的设备支持和内容支持。
图1.Vr设备用户预测图
三、项目实施的目的、意义
传统的社交模式是基于以文本、图像、语音、视频为表现形式的“消息”之上。
用户沟通、联系时身处的“场景”是割裂的，用户各自所观所感受的环境是不同的，而当用户想要和朋友共度时光，相约看电影、打牌、唱K，还是要通过见面来完成，物理上的距离仍然是社交的重大障碍，而打破物理距离的限制，也成为了越来越强烈的社交需求。
在传统网络社区中，线上活动受到展示形式、设备等限制，无法直观的向他人同时展示多种资源，对受众情绪的调动能力也较弱，而将活动转移到线下，将会受到场地，活动成本，天气等等因素的限制。
2017年9月1日，苹果发布会在库比蒂诺召开，即使拥有1000个座位的史蒂夫·乔布斯剧院座无虚席，仍然有许多苹果热爱者无缘发布会；一群电影发烧友想一起看一部已经下映的大片，不仅面临距离限制，还存在着场地限制。
私人影院空间狭隘小，设备一般，体验感差，大型影院包场将面临租金昂贵等问题。
本项目结合vr技术与传统社交模式，借助VR平台将社交转入虚拟空间。
拟在虚拟空间中建立一个大型通用社区平台，基于用户爱好构建初始社交网络，通过对用户特征分析，背景调查提取通用功能；该社区活动中，用户能够添加自定义功能，改善服务体验；对用户行为、喜好进行特征提取，形成新社交网络；通过用户驱动，借助推荐算法为不同社交网络用户推送相关服务。
本项目相对于其他vr社交应用，着眼于满足用户群动态变化的需求，能够在兴趣社区中构建自定义活动的社交方式，为用户提供丰富的控件库以便用户创建多样化的活动，并提取活动之间共同的资源使用方式构建活动模板，用户仅需对模板进行简单修改并按照资源上传格式的要求上传自己在活动中所需要用到的音频、视频、文字、3d模型等资源，就可以完成vr活动的创建。
因为用户可以在活动空间中自主选择资源的利用形式，自主添加系统为其提供的工具控件，构建起属于自己的，独一无二的活动，所以大大增加了用户在虚拟空间的参与感，也给予用户极大的自主性。
同时将根据用户行为分析提取形成新用户群，将该用户群特征推送给开发者，帮助开发者开发新社区，使社区具有良好的拓展性，也有利于帮助用户找到感兴趣的活动，提升用户体验。
四、项目研究内容和拟解决的关键问题（不少于300字）
本项目拟开发基于vr兼具实时通讯的大型通用社区平台，可以实现虚拟人物实时交流，对自己喜欢事物的分享，在虚拟化社区中组建个性化活动；根据用户参与的活动对用户行为进行特征提取，形成新社交网络；基于用户驱动，借助推荐算法为不同社交网络用户推送相关服务。
1场景建立与交互
本项目使用unity3D作为核心开发工具进行开发，开发内容包含VR场景搭建和与用户的交互两部分。
场景的搭建方面，unity3D包含的组件可以满足开发者在3D应用开发中最常见的需求，实现对声音、图形、物理效果和网络功能等部分的处理。
Unity3D的商店中包含了多种模型资源，其他平台如谷歌的poly平台中包含的模型资源也可以导入unity3D中，这些资源模型可以辅助我们快速完成例如影院、会议室、教室等多种场景的搭建。
同时我们也会使用其他3D建模软件，如C4D等，打造更符合需求的个性化场景。
交互方面通过使用与unity3D关联的软件提供的SDK完成多种方式的交互。
比如，通过googleVRsdk可以检测到用户与系统的交互，例如注视选择、注视地面移动等；通过腾讯云语音sdk可以快速构建起实时语音交流系统等等。
unity3D界面友好，并支持C#，Boo和JavaScript等多种脚本编程的特性，能简化开发流程，加快开发速度。
图2.Vr影院概念图
2人物动作与表情
本项目拟采XX云进行语音识别来帮助虚拟化的人完成肢体语言与动作，通过对音频进行分析完成对情绪的识别。
根据说话人的音频，将情绪分为正面、消极负面、中性三种情绪，并分析出每种情绪的对应分值。
依照情绪及分值的不同，系统将从素材库中调用已经事先拟定好的表情以及肢体动作，比如哈哈大笑、悲伤流泪等。
通过该方式将用户的声音转化成可以看到的表情与动作，避免了人物动作的单一化，也减弱了虚拟人物的呆板感，增强用户的体验。
3社区功能分析
用户与用户、用户与机器的交互是社区良好体验的基石。
为了丰富用户的体验，满足用户多样化要求，引入控件的概念。
每一种控件都有其特定的功能，代表不同的交互方式，如图片控件可以帮助用户展示图片或全景照片，视频控件可以帮助用户展示视频资源，象棋控件可以帮助用户调用出虚拟象棋。
丰富的控件库将会给用户带来多样化的功能。
社交的本质是人与人之间的交流，为了帮助用户更好的交流，引入了活动的概念。
活动创建者可以使用并更改系统提供的活动模板（即预测用户创建该活动需要用到哪些控件而为其提供控件组），在专属于该活动的活动空间内展开活动。
控件的丰富性以及控件的灵活更改保证了用户可以创建多样化的活动。
为了帮助用户快速的找到自己想参加的活动，将为不同兴趣爱好的人创建不同的兴趣社区，该兴趣社区的活动将围绕着社区成员的共同兴趣点展开；通过预测用户爱好为其推荐活动。
用户在虚拟的社区空间内可以自由交流，或者创建活动，活动完毕即销毁，保证系统的稳定性及用户的隐私性。
4社区建立
为初始用户提供一个虚拟的兴趣广场，该广场可容纳当前用户及通用功能，通过对用户参与的活动进行分析，实现用户行为特征提取，为构建新社交网络提供参考。
活动分析采用如下措施：
通过对用户创建和加入的活动的名称及频率进行统计，并利用相关算法进行分析，得到用户兴趣偏好。
根据对用户兴趣偏好进行分析，观察该偏好，进行受众用户调查，及受众用户背景调查，根据调查结果判断是否可以构成新社区。
以下通过一个范例介绍新社交网络建立完整过程：
通过对用户创建的活动名称提取得到如下表格，再利用jieba分词包提取进行活动分词，并通过已有停用词列表取消停用词后（停用词是指在信息检索中，为节省存储空间和提高搜索效率，在处理自然语言数据前后会自动过滤掉某些字或词，这些字或词即被称为停用词），即可将每个活动名转化为向量，再利用聚类算法进行聚类，就可以得到每个活动的label（即关键词）。
由于篇幅限制，这里只展示使用少量的数据的操作流程。
具体操作如图：
图4.活动聚类过程范例
随后，将活动与参与活动的用户关联起来。
在用户创建和参与活动时，后台会得到一个相应的反馈，从而得知每个用户创建和参与活动的信息，通过这些信息，可以聚类得到每个用户相应所属的label。
而这个label就成功地将用户和活动联系起来了，也就是之后要用到的社区分类的关键词。
进而，可以将用户分为不同的群体，这个群体就是提取出的新用户群。
得到结果如图所示：
图5.用户分类结果图
接下来，将人工得到的label进行判断是否为有效关键词还是无效关键词。
若为无效关键词，舍去此关键词，若为有效关键词，将对此关键词进行受众用户调查及受众用户背景调查，根据调查结果判断是否可以构成新社交网络，同时围绕该人群开发新控件与活动模板。
比如发现某用户群与关键词“棋”相关联，则可以推断该类用户可能对棋感兴趣。
围绕着棋的主要活动有下棋，棋类沙龙等。
以下棋为例，可以开发出围棋、象棋和黑白棋等多种控件，使这些控件与已有控件相组合，形成下棋活动的模板，并将模板纳入新创建的棋类社区，通知系统将该社区推荐给具有“电影”关键词的用户。
若获得某个用户群与关键词“电影”相关联，则可推断出其对电影感兴趣。
围绕电影的主要活动形式有vr观影，电影沙龙等。
以vr观影为例，传统的观影方式分为家中观看和电影院观影两种。
在家中观看的优点是价格相对较低，可以选择自己喜欢的电影，但观影体验会大打折扣；去影院的优点是观影体验可以得到保证，但受时间、地点的限制，相对而言，观影成本较高。
在本项目中开发大型屏幕功能，并通过这个功能与已有的共有功能组合，创建一个名为“电影院”的活动模板。
通知系统将该社区推荐给具有“电影”关键词的用户。
社区的主要功能是聚集起一群拥有共同兴趣爱好的人，为其提供社区功能模板，目的在于简化操作，方便用户快速选取感兴趣功能，如果追求个性化功能，用户可以在提供的模板基础上，通过增改控件的方式增改功能。
通过上述方法不断地提取具有相同兴趣用户来创建对应社交网络，结合个人资料分析是否需要开发针对性新控件，并为该社区功能创建普适型模版，最终不断地引导更多关联性用户进入该社区。
过程如图所示：
图6.新社区建立流程图
该过程通过对用户兴趣的追踪建立起感兴趣社区，有的放矢地开发用户想使用的控件。
当控件库极为丰富时，当前控件库的控件足以满足新社区的用户基本需求，比如很多社区中都会出现讨论沙龙类型的活动，不同社区的沙龙虽然主题不同，但是所用到的功能控件都极其相似，不必再为用户开发新的控件。
通过调用已有控件组建快速创建活动模板，并为新用户群开辟新社区。
最终得到众多具有较高用户活跃度的个性化社区，保证每个社区都具备较高的用户关联性以及活动的适配性。
对用户进行社区分类之后，可利用协同过滤算法进行活动推荐。
协同过滤利用相似用户之间具有的相似兴趣偏好，来发现用户对不同社区活动的潜在偏好。
我们基于用户创建与参与的活动进行推荐，具有较高的准确性与时效性。
计划采取启发式方法进行推荐。
首先通过用户创建和参与的活动计算其相似度，然后根据活动之间的相似度计算效用值。
我们在运用算法时，注重收集用户对新增活动的评价以解决冷启动问题，减少对新活动的错误推荐，从侧面提高了算法的精度。
算法简述如下：
首先发现兴趣相似用户，得到用户相似度的一个矩阵表示（我们对用户进行社区聚类时已经进行完毕，这就简化了我们对用户相似度进行计算的大量工作）；其次我们利用公式来计算用户对社区中各个活动的兴趣程度，可以得到一个得分表，根据表的排名即可推荐用户所需的活动，公式如下：
5用户分享机制
使用GoogleCardBoard的SDK为用户上传的全景图片创造虚拟空间，以VR全景图的形式展现用户的生活，使用户由观察者变成参与者，通过他人的视角观察他人眼中的世界实现信息共享的虚拟体验，我分享了一张全景图片，我的好友就可以从我的角度看世界。
图7.Vr全景图片示例
6实时交流
采用环信即时通讯云搭建通讯服务器。
环信即时通讯云能够帮助用户实现互联网和移动终端的单聊、群聊、富媒体消息、实时语音、多人语音、流媒体播放及互动等通讯能力。
环信将移动即时通讯能力通过云端开放的API和客户端SDK包的方式提供给开发者和企业，并且通过平台尽可能开放和开源，设计简洁具有可扩展，保证了平台的扩展性与灵活性。
五、项目研究与实施的基础条件：
项目开发将在计算机科学与工程学院指导老师的研究室中展开，拥有研究开发的试验场地；
云服务器：
2台；
移动终端：
3台；
Vr眼镜：
3台；
MySQL，unity3D，环信云等开发环境。
六、项目实施方案（不少于300字）
本项目拟在unity3D开发平台下，搭建一个兼具实时通讯、社区社交互动、兴趣爱好分享功能的大型通用社区平台。
1.构建多种交互方式
图8.以用户为中心环视周围图9.以物体为中心环视图10.视线触发hover状态
图11.凝视确定图12.用户可以注视地面以移动
根据手机vr软件的特性构建起一整套软件使用的人机交互方式，简便的交互方式可以降低用户学习成本，保证用户快速掌握场景建立。
（1）主菜单
图13.主菜单框架图
用户进入系统后的初始环境为其个人空间，用户可通过注视空间中的“门”模型来弹出主菜单，主菜单以卡片形式在空间中弹出，其包括一级菜单：
我的社交、兴趣广场、系统管理。
以下是对这三大一级菜单及其子菜单的介绍：
“我的社交”菜单是用户管理好友、个性化虚拟形象、查看好友动态以及进入用户个人空间的入口。
用户可在好友管理系统中增加或删除活动中遇到的志同道合的好友，并可实现查看好友的详细个人资料、向好友推荐活动、参观好友个人空间等功能。
通过进入形象商场，用户可对自己的形象模型进行个性化装扮，这使得每个用户都拥有独一无二的虚拟形象，并能将用户的现实形象及气质尽可能地代入虚拟形象中。
另外，用户还可在“好友动态”区中查看其好友实时的动态分享。
用户通过“我的社交”菜单可便捷地管理用户与其他使用者的社交网络，增进用户间的联系。
“兴趣广场”菜单是用户进入社区的主要入口。
兴趣广场是一个虚拟的3D街区，其中包含了众多社区的入口，街区墙上显示有四个栏目，分别是：
我们根据用户日常参加活动的行为分析为用户推荐的社区、用户已经加入的社区、所有社区的汇总以及兴趣广场中已创建活动的汇总列表。
用户可在兴趣广场中通过“社区推荐”、“我的社区”、“所有社区”三个栏目来挑选自己感兴趣的社区，另外若用户未找到其感兴趣的社区，也可在兴趣广场中直接创建活动或加入已有的活动。
待用户进入某社区后，用户可在社区墙上查看该社区的简介，并选择是否加入该社区。
加入该社区后，用户便可在此社区中创建活动或加入已有的活动。
“系统管理”菜单是用户对本系统各种参数自定义或对用户自身账号管理的入口。
用户可在系统设置中对本系统屏幕显示的分辨率、场景中播放声音的音量、系统画面画质的高低等众多选项进行调节。
用户通过账户管理功能，可对其账户的个人信息、密码等进行修改，并可设置个人空间等模块的隐私选项等。
通过“系统管理”模块，本项目得以尽可能满足用户的众多个性化需求，为其带来最佳的用户体验。
（2）好友动态区
图14.好友动态区框架图
用户进入好友动态区后，好友最近的动态会在空间中按时间展示。
目前设想的展示形式有全景图片、视频、语音、模型动作录像等。
用户可对其他使用者所发布的动态进行点赞、评论等操作。
此外，动态区中还设计有发表动态的按钮，用户可在此分享自己的实时动态和心情。
（3）个人空间功能
图15.用户空间框架图
用户个人空间的样式是一个房间模型。
这个房间内的装饰摆放完全由用户自定义设置。
房间中的控件可实现播放背景音乐、悬挂全景相册、悬挂留言板等功能，同时用户可将自己的动态信息在个人空间中予以展示，并邀请好友参观。
用户个人空间中还设有一扇通往外部的“门”的模型，用户注视“门”模型后便会弹出主菜单，以方便用户进入兴趣广场或进行其他社交操作。
3.用户活动通用功能设定：
为了拓展活动功能，满足用户创建多样化，个性化活动的需求，我们将为用户提供丰富的控件库。
同时为了方便用户的操作，我们对控件进行了分类，例如，图像控件，声音控件，视频控件等。
我们会根据用户的需求不定时更新控件库，以拓展用户的资源利用方式。
目前我们准备开发的控件有：
（1）图片和视频：
用户可在空间中的工具箱中选择图片或视频类型控件，导入后在空间中全景展示图片及视频使得用户在活动中身临其境地分享资源。
（2）音频：
用户可在空间中的工具箱中选择音频控件，选择后用户可导入文本或音频文件，使其在空间中以音频形式播放。
（3）3D模型：
用户可在空间中的工具箱中选择3D模型控件，选择后用户可导入自己的3DMAX模型文件并通过凝视空间中某一位置，在空间中展现此3D模型，所用用户可通过在空间中移动自身位置实现从不同角度全方位观察该3D模型。
（4）PPT幻灯片：
用户可在空间中的工具箱中选择幻灯片控件，其后用户自主选择屏幕在空间的位置，用户自行导入的PPT文件将在此放映，用户通过凝视屏幕可对幻灯片进行切换操作。
（5）投票器：
用户可在空间中的工具箱中选择投票器控件，用户自定义投票箱的摆放位置，通过凝视投票箱，用户可配置投票的具体内容以及进行投票操作。
（6）计时器：
用户可在空间中的工具箱中选择计时器控件，用户自定义闹钟在空间中的摆放位置，通过凝视闹钟，用户可设置倒计时时间以及时间到时的响铃方式。
（7）电脑屏幕映射：
用户可在空间中的工具箱中选择电脑屏幕映射控件，通过此模块用户可在空间中指定位置生成一个屏幕，该屏幕可显示用户电脑中的内容，通过此控件可实现用户在VR空间中分享自己的电脑屏幕。
4.兴趣广场：
图16.兴趣广场框架图
兴趣社区为3D化的真实的广场，用户可在广场上的活动屏幕中发起或者参与活动，众多用户在相同兴趣社区的广场上可直接进行语音交流，交流声音分贝随双方距离增加而减小。
用户可凝视地面进行移动，可注视目标用户。
注视目标用户后将弹出菜单，有面对面沟通、参观好友空间、用户资料、增加好友（若当前非好友关系）的选项。
用户可在创建活动时选择使用已有模版或者完全自定义活动场景内容。
在每个社区中，安排了多种多样的活动模版，用户仅仅需要上传资源并选择所需要的模版即可创建一个个不同的活动，这些模板是由我们人工根据已有用户创建活动时对空间的应用组合方式进行分析所得，这些模板将满足不同用户的需求，与真实需求接轨。
若用户选择完全自定义活动场景内容，则我们将为用户提供一个指定大小的空房间，用户可自行导入所需资源并自定在空间中展现的位置，场景如下图所示：
图17.空场景示意图
根据不同的活动创建的简易化模板，减少用户操作，以便用户创建一个自定义的活动结构。
如下图即为一个人简易化模版示例：
图18.自定义场景示意图
无论用户使用已有模版来创建活动或通过完全自主摆放资源位置来创建活动，都为用户提供非常大的自由性，用户可自主导入或选择规定类型资源并完全自定义其在空间中的摆放位置。
用户可以十分方便快捷的将底部的一些控件比如图像、声音播放器等轻松的拖至其想要的位置。
选择好控件后，用户还需要上传本活动所需的活动资源，这些上传的活动资源的格式与规范会在用户说明中给出。
上传资源之后，系统自动将这些分配到各个控件来合理使用。
用户创建好一个活动后，这个活动就会自动的上传到社区广场中供人选择参与。
活动的参与者通过看到社区广场上的活动列表就可以去了解他们有兴趣的活动，进而了解到该活动的各种细节，如参与条件、活动规程等等。
如果各种条件满足，用户就可以参与该活动。
以下为一些具体的活动创建实例：
在创建集体观影活动时，我们将会根据不同的活动提供不同的模板，以简化用户的操作，电影社区影院模版图例如下：
图19.电影院模板场景示意图
在用户选择好影院模板后，如果希望添加一个可以发送弹幕的屏幕以及一些场景音乐来烘托气氛，那么用户需要在控件面板菜单中找到一块符合期望的屏幕以及一个音乐播放器并拖拽到希望他们出现的位置，并分别为其添加音频和弹幕。
在用户创建并参与多个活动的同时，我们也会收集到大量用户的活动信息，我们利用这些用户的活动信息进行聚类，就可以将用户再细分为各种的兴趣群，从而发现新的社区。
我们将发现的新的社区推荐给用户，这样用户就可以拥有新的社区，在这样新的社区中，用户可以认识兴趣更为相近的朋友，参加更贴合自身意愿的活动。
在这些生成的社区中的活动创建时，我们也会提供一些更为贴合用户兴趣点的模板，使用户更为方便的创建活动。
活动结束后，系统将收集到的用户信息制成图表，并反馈给活动的发起者以及系统管理员以便对活动进行优化。
对活动发起者，我们反馈活动时间-人数统计图来表示随着活动进行人流量的变化情况，反馈活动参与时间-人数统计图来表示具体不同的人的活动参与时间。
具体的发起者反馈图例如下：
图20.活动创建者反馈活动信息
我们也会为系统管理员提供一份详尽的活动信息表：
如图所示：
图21.管理员反馈信息
以便于活动的发起者能够对照着图表对下次活动进行改进，也有利于我们分析用户行为提供数据参考。
5.安全性保证
在基础环境层面，数据库部署在Bmob云端上，可以提供优质的数据保障支持，可从主机层次抵御大量的网络攻击。
在技术层面，我们在前端与云之间采取了多种安全机制：
防止SQL注入，跨站脚本等形式的攻击，对于用户密码等关键信息采取加密储存，加密传输等方式保证不被外界恶意获取。
七、项目创新点及特色
1.对用户爱好的特征提取形成通用社区及其功能控件，我们通过前期对用户的兴趣调查与分析，建立一个初具普适性的通用社区。
在本社区中，我们可以收集到大量用户的活动信息，通过机器学习算法可以提取得到用户的兴趣点进而提供更为贴合用户的控件与功能。
2．通过用户创建以及参与活动的信息进行用户行为分析，用聚类算法对用户特征提取形成新用户群，构建新的社交网络。
3.基于用户的推荐算法进行感兴趣活动推荐。
我们对用户的行为喜好进行分析后，就可以利用推荐算法根据不同的用户兴趣点进行活动推荐，以保证活动与用户的贴合度。
4.以往社交的关键点在于“信息的发散”，VR社交则在乎的是“共享的体验”。
该项目拟提供给用户一个虚拟社交
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