基于二维图像的三维虚拟场景及产品展示系统的建立

摘要

在产品设计的初期阶段，人机交互方面无法验证产品模型，很难预料产品后期的使用问题，。再加上消费者对产品的使用不断提出新的要求，需要在产品设计的初期就能够预知使用效果。当产品的设计逐渐进入一个较为成熟的阶段即产品设计好以后，如何将产品成功地展示推出并且使用户接受，也成为了产品设计发展阶段中一个很重要的问题。对于企业来说，产品最终的市场占有和销售水平才能够真正地反映产品的成功与否，因此他们除了通过设计团队实现产品设计的目标之外，还会寻求更多的方式来进行产品的推广，因此产品的动态展示设计成为重要的宣传手段。这些问题的提出，最终都归结为一个问题，即产品的虚拟展示的实现。虚拟现实技术的不断更新与发展，使其在工业产品设计领域中的作用变得日益重要。 论文课题研究了利用二维照片建立视觉上的三维虚拟场景的方法和具体技术，提出应用已建立的虚拟场景和虚拟产品模型构建虚拟产品展示系统的思想和具体实施办法——将平面图像与三维模型相结合实现产品展示系统及其互动。 针对大型产品展示所需要的复杂和真实感强的场景空间，通过三种途径生成平面全景图：其一，运用3DS MAX等三维建模软件建立场景模型并输出全景图；其二，运用全景照相机与鱼眼镜头相结合的方法拍摄、制作全景图；其 三，运用普通数码相机拍摄连续照片，使用REALVIZ Stitcher、Panorama Maker等专业拼接软件进行照片的无缝拼接实现全景图。研究了柱面、立方体和球面三种全景图的不同生成方法和图形应用特点。柱面图缺少上下底面，其运用有一定的局限性；立方体全图包括了整个场景，但在每个直角处会产生较大的图像变形；球形全景图可以以最小的失真和变形几近真实地反映场景。确定出在不同展示需求时选择类型的原则。将球形全景图以材质贴图形式赋于球体模型的内表面，塑造出视觉效果真实的三维虚拟场景。提出在PC机上可行的，较为高效的外观展示虚拟模型的构建方法。利用三维软件Solid Works对产品进行基于特征的参数化建模，然后导入3DS MAX进行光线渲染、材质贴图以及动画制作。由于两种软件不同的建模方式以及兼容性等问题，会导致格式转化后，产生一些细微的模型错误或误差，但这些模型问题可能会对后续工作产生一些并不重要的影响。 在此基础上，主要研究三维产品模型与虚拟场景相结合形成一个完整的虚拟产品展示空间的方法和具体技术，提出在Cult3D Designer平台上的三维虚拟 场景及产品展示系统的实现流程。通过指令来设置观察者在虚拟场景中的漫游，设置观察者与产品之间的互动，实现大型产品的虚拟展示活动。将整个场景和 模型一起输出为*.C3D的格式，导入到Cult3D Designer中。在Cult3D Designer中，将鼠标指令Object Click分别与动画指令Animation Play，或隐藏Hide Object显示Unhide Object指令联系起来，可以使用户通过点击鼠标观看各个部件的动画或进行背景及产品贴图的变换；将键盘指令Key Press摄像机相联系起来，可以使用户通过键盘操作来切换不同的视角等。用户可以自主地、动态地从各个角度观察产品、了解产品各部分的动态结构以及外观造型设计的不同风格，使用户能更深入地了解产品的全貌。 将上述方法应用于干洗机和铣刨机两个具体产品的虚拟展示中，达到了预期的互动效果。证明了利用平面图构建视觉上的三维虚拟空间，并在此空间中进行产品虚拟展示的思路和方法的可行性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

第二章基于平面图像的虚拟现实设计理论

第三章虚拟设计中的建模技术

第四章三维虚拟场景及产品展示系统的实现流程

第五章应用实例

第六章小结

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果简介

声明

致谢