食品安全沉浸式互动场景设计方法

摘要

本发明涉及食品安全沉浸式互动体验场景设计方法，其主要技术特点是构建食品安全沉浸式互动体验的各个虚拟场景，利用Unity3D自然环境模拟技术进行食品安全沉浸式互动体验各个场景的建模，构建的主题虚拟场景包括：农田、生产加工流水线、厨房、食堂场景等。本发明设计合理，通过不同虚拟场景的体验，用户能够对食品安全有更为深刻的认识。

说明书

技术领域

本发明属于计算机辅助设计领域，尤其是沉浸式互动场景设计方法。

背景技术

整个食品安全沉浸式互动场景建立过程所用到的技术分为三类：数据采集技术、建模技术、渲染技术。

在建模的初始阶段，需要收集大量关于农田、食品加工工厂、厨房和餐桌场景相关的数据。在收集到的数据中，有很大一部分是3维数据，在场景模型建立过程中无法直接使用这些数据，因此，需要使用AutoCAD将前期收集到的数据进行二维化处理。同时，为了保证整个食品安全沉浸式互动场景更加真实，需要在前期准备过程中，准备相关场景的纹理材质。

在建立模型过程中，需要使用Sketchup建模软件进行农田、食品加工工厂、厨房和餐桌四个场景模型的搭建。将经过AutoCAD处理过的二维化数据导入到Sketchup中，依据设计图中的参考尺寸制作出四个场景的单体三维模型，然后将构建好的单体单位模型组织成三维场景。构建好三维场景后，为保证食品安全沉浸式互动场景的真实性，在建模过程中，需要为模型表面赋予纹理贴图。在此过程中使用的Sketchup软件，具有强大的耦合与切分功能。通过耦合功能，将模型组合过程中出现的复杂线与面进行自动的筛选并删除，从而更加自然的将其合成为一个整体。通过该软件的切分功能，可以添加分割边线将模型分为两个部分。

为了增加食品安全沉浸式互动场景的交互性，在此使用Unity3D软件中提供的第一人称漫游方式进行路径漫游。由于用户可能对构建的食品安全沉浸式互动场景布局不熟悉，使用第一人称漫游方式会容易迷失方向。因此，在此使用贝塞尔曲线定理，在农田、食品加工工厂、厨房和餐桌四个场景中以及场景之间构建寻路网格，并对场景中的关键路径点进行相关参数设置，进而使用户能够按照预先设定好的路线进行漫游。

最后，为了使食品安全沉浸式互动场景更加逼真，有更好的用户体验，需要利用Unity3D中内置的柔和阴影与烘焙高度完善的光影渲染系统对整个场景进行渲染。采用单通道或多通道的方式对农田、食品加工工厂、厨房和餐桌四个场景进行渲染。该渲染方式能够有效减少内存利用率，同时也能有效的提高漫游效率。

综上分析，食品安全沉浸式互动场景的建模与渲染为关键技术之一。而良好的建模方式与高效的渲染方式能够有效的降低计算机内存的占用率，同时也能有效的提高场景的应用效率。

发明内容

本发明的目的在于帮助用户对食品安全有更深刻的认知。通过农田场景用户可以在虚拟农田中学习如何辨别不同农作物、辨别遭虫害农作物等，学习作物的种植；通过食品加工工厂用户可以在虚拟食品加工厂了解到食品的加工过程，同时了解食品加工的常用添加剂和一些非法添加剂的相关知识；通过厨房场景用户可以在虚拟厨房中认识常用的烹饪手段、不同烹饪手段对食品营养价值的影响，同时学习辨别食品变质的特征；通过餐桌场景用户可以在虚拟餐桌中学习食物搭配，同时也在餐桌上学习常见食物中毒的应急处理方式。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：食品安全沉浸式互动场景设计，包括以下步骤：

步骤1：数据采集。收集大量关于农田、食品加工工厂、厨房和餐厅场景相关的数据与相关场景纹理。使用AutoCAD将前期收集到的数据进行二维化处理。

步骤2：Sketchup建模。使用Sketchup建模软件进行农田、食品加工工厂、厨房和餐厅四个场景模型的搭建。将经过AutoCAD处理过的二维化数据导入到Sketchup中，依据设计图中的参考尺寸制作出四个场景的单体三维模型，然后将构建好的单体单位模型组织成三维场景。同时，将模型表面赋予纹理贴图。

步骤3：场景漫游。使用Unity3D软件中提供的第一人称漫游方式进行路径漫游。同时，使用贝塞尔曲线定理，在农田、食品加工工厂、厨房和餐厅四个场景中以及场景之间构建寻路网格，并对场景中的关键路径点进行相关参数设置。

步骤4：场景渲染。利用Unity3D中内置的柔和阴影与烘焙高度完善的光影渲染系统对整个场景进行渲染。采用单通道或多通道的方式对农田、食品加工工厂、厨房和餐厅四个场景进行渲染。

本发明的优点和积极效果是：

相较于现有沉浸式互动场景，本发明的有益效果：该沉浸式互动场景以食品安全为依托，使用户通过互动体验，能更好的了解食材“从农田到餐桌”的演变过程，能够从各个方面对食品安全有更深刻的认知。另外，采用优化的渲染技术，不仅降低了计算机的内存占用率，同时也对食品安全沉浸式互动场景的运行效率有进一步的提升。

附图说明

图1为食品安全沉浸式互动场景技术路线图，整个场景的建立过程中，所用到的技术主要分为三类：数据采集部分、Sketchup建模部分以及Unity3D渲染部分。首先收集相关场景数据信息及准备相关模型的纹理材料，使用AutoCAD进行二维化处理；其次，利用Sketchup建模软件进行整个场景模型的建立，优化模型，及相关模型的纹理添加；再次，选用内置NVIDLAPhysX物理引擎的Unity3D软件进行仿真平台的搭建，实现农田、食品加工工厂、厨房和餐桌四个虚拟场景的搭建及虚拟漫游；最后利用Unity3D中内置的柔和阴影与烘焙高度完善的光影渲染系统，对农田、食品加工工厂、厨房和餐桌四个场景进行渲染。

图2为食品安全沉浸式互动场景设计架构图，根据场景图原理，按“大场景-子块(子场景)-单个造型”的层次结构组织模型数据。首先把整个虚拟场景分割成农场区、食品加工厂区、厨房区、餐桌4大区域，再把每个区域逐渐分解为天空、道路、建筑等若干个子场景，然后继续把每个子场景继续分解到单个造型单元，整个场景组织为一个树状结构。

图3为虚拟场景组织图。把组成农场场景的对象类分为结构描述类(如：形体节点、组合节点等)、造型描述类(如：表面节点、几何节点)和其它辅助类，这三类节点分别继承对应的基类。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

食品安全沉浸式互动场景设计方法，包括以下步骤：

相关定义：

(1)虚拟漫游是虚拟现实(VR)技术的重要分支，在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。由于有可贵的3I特性——沉浸感、交互性和构想性，使得沿用固定漫游路径等手段的其他漫游技术和系统无法与之相比。虚拟建筑场景漫游或称建筑场景虚拟漫游是虚拟漫游的一个代表性方面，是虚拟建筑场景建立技术和虚拟漫游技术的结合。

(2)场景渲染就是给场景着色，将场景中的灯光及对象的材质处理成图像的形式。

(3)贝塞尔曲线定理是计算机图形图像造型的基本工具，是图形造型运用得最多的基本线条之一。它通过控制曲线上的四个点(起始点、终止点以及两个相互分离的中间点)来创造、编辑图形。其中起重要作用的是位于曲线中央的控制线。这条线是虚拟的，中间与贝塞尔曲线交叉，两端是控制端点。移动两端的端点时贝塞尔曲线改变曲线的曲率(弯曲的程度)；移动中间点(也就是移动虚拟的控制线)时，贝塞尔曲线在起始点和终止点锁定的情况下做均匀移动。

步骤1：数据采集。

收集大量关于农田、食品加工工厂、厨房和餐厅场景相关的数据。在收集到的数据中，有很大一部分是3维数据，在场景模型建立过程中无法直接使用这些数据，因此，需要使用AutoCAD将前期收集到的数据进行二维化处理。同时，为了保证整个食品安全沉浸式互动场景更加真实，需要在前期准备过程中，准备相关场景的纹理材质。

步骤2：Sketchup建模。

使用Sketchup建模软件进行农田、食品加工工厂、厨房和餐厅四个场景模型的搭建。将经过AutoCAD处理过的二维化数据导入到Sketchup中，依据设计图中的参考尺寸制作出四个场景的单体三维模型，然后将构建好的单体单位模型组织成三维场景。构建好三维场景后，为保证食品安全沉浸式互动场景的真实性，在建模过程中，需要为模型表面赋予纹理贴图。

步骤3：场景漫游。

使用Sketchup建模软件进行农田、食品加工工厂、厨房和餐厅四个场景模型的搭建。将经过AutoCAD处理过的二维化数据导入到Sketchup中，依据设计图中的参考尺寸制作出四个场景的单体三维模型，然后将构建好的单体单位模型组织成三维场景。构建好三维场景后，为保证食品安全沉浸式互动场景的真实性，在建模过程中，需要为模型表面赋予纹理贴图。

步骤4：场景渲染。

为了使食品安全沉浸式互动场景更加逼真，有更好的用户体验，需要利用Unity3D中内置的柔和阴影与烘焙高度完善的光影渲染系统对整个场景进行渲染。采用单通道或多通道的方式对农田、食品加工工厂、厨房和餐厅四个场景进行渲染。该渲染方式能够有效减少内存利用率，同时也能有效的提高漫游效率。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。