一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统及方法，其中涉及的一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统，包括：搭建模块，用于搭建个性化定制系统的硬件环境；其中个性化定制系统的硬件包括高性能工作站、VR硬件设备；构建模块，用于通过高性能工作站对办公椅中的各个零件进行建模、贴图、制作动画效果，以构建虚拟零件的模型库；人机交互模块，用于通过VR硬件设备控制并选择模型库中的虚拟零件，并对选择的虚拟零件进行装配操作，完成办公椅的个性化定制。本发明可以提高客户定制化需求满意度以及提升企业产品竞争力，降低企业开发成本。

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟定制技术领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统及方法。

背景技术

我国的办公椅行业运行机制多为传统的大批量生产模式，虽然提高了制造水平，并积累了生产经验，但对产品的开发能力和市场需求的响应能力并没提高，随着人们对办公椅产品的需求形式越来越丰富，产品更新换代的速度加大，传统的大批量生产模式已经不再适应现在的办公椅市场。

虚拟现实(Virtual Reality)是上世纪80年代由美国人拉尼尔提出，广泛应用于教育培训、房地产销售、工业制造、桥梁道路设计、游戏、视觉传媒、地质灾害等众多领域。随着人工智能的快速发展，虚拟现实不断地融入人们的生活。伴随着科技和产业生态的持续发展，推动着虚拟现实概念的不断演进。

将虚拟现实技术应用到办公椅的个性化定制中，能很好的帮助企业缩短设计周期，从而提高定制准确率和客户满意度，进而提高企业的竞争力。因此本发明提供一种基于虚拟现实技术的沉浸式虚拟装配系统，虚拟现实技术可以增加体验的沉浸感和趣味性。客户可以在虚拟世界中快速配置满意的办公椅。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统及方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统，包括：

搭建模块，用于搭建个性化定制系统的硬件环境；其中个性化定制系统的硬件包括高性能工作站、VR硬件设备；

构建模块，用于通过高性能工作站对办公椅中的各个零件进行建模、贴图、制作动画效果，以构建虚拟零件的模型库；

人机交互模块，用于通过VR硬件设备控制并选择模型库中的虚拟零件，并对选择的虚拟零件进行装配操作，完成办公椅的个性化定制。

进一步的，所述搭建模块中高性能工作站包括CPU、显卡、内存；VR硬件设备包括头戴式设备及连接线、定位器、控制手柄、电源适配器。

进一步的，所述构建模块包括：

建模模块，用于通过Solidworks软件建立办公椅各个零件的模型，并保存为STL格式；

贴图模块，用于通过Photoshop对建立的零件模型进行贴图；

动画模块，用于将建立的零件模型导入3DMAX中，通过3DMAX制作零件模型之间的拆解和装配过程的动画效果；

导入模块，用于通过3DMAX软件将零件模型转化为FBX格式，并将零件模型导入Unity 3D环境中；

分类模块，用于对建立的零件模型进行模块化分类，得到虚拟零件模型库。

进一步的，所述人机交互模块包括：

建立模块，用于建立虚拟场景；

控制模块，用于通过控制手柄控制并选择虚拟零件模型库中的各个零件模块；

装配模块，用于通过控制手柄对选择的零件模块进行装配，得到虚拟的办公椅模型。

进一步的，所述对选择的零件模块进行装配还包括：通过匹配矫正算法对装配过程进行矫正。

相应的，还提供一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制方法，包括：

S1.搭建个性化定制系统的硬件环境；其中个性化定制系统的硬件包括高性能工作站、VR硬件设备；

S2.通过高性能工作站对办公椅中的各个零件进行建模、贴图、制作动画效果，以构建虚拟零件的模型库；

S3.通过VR硬件设备控制并选择模型库中的虚拟零件，并对选择的虚拟零件进行装配操作，完成办公椅的个性化定制。

进一步的，所述步骤S1中高性能工作站包括CPU、显卡、内存；VR硬件设备包括头戴式设备及连接线、定位器、控制手柄、电源适配器。

进一步的，所述步骤S2包括：

S21.通过Solidworks软件建立办公椅各个零件的模型，并保存为STL格式；

S22.通过Photoshop对建立的零件模型进行贴图；

S23.将建立的零件模型导入3DMAX中，通过3DMAX制作零件模型之间的拆解和装配过程的动画效果；

S24.通过3DMAX软件将零件模型转化为FBX格式，并将零件模型导入Unity 3D环境中；

S25.对建立的零件模型进行模块化分类，得到虚拟零件模型库。

进一步的，所述步骤S3包括：

S31.建立虚拟场景；

S32.通过控制手柄控制并选择虚拟零件模型库中的各个零件模块；

S33.通过控制手柄对选择的零件模块进行装配，得到虚拟的办公椅模型。

进一步的，所述对选择的零件模块进行装配还包括：通过匹配矫正算法对装配过程进行矫正。

与现有技术相比，本发明提供一种基于虚拟现实实现方法的办公椅个性化定制系统及方法，可以提高客户定制化需求满意度以及提升企业产品竞争力，降低企业开发成本。

附图说明

图1是实施例一提供的办公椅个性化虚拟装配的系统开发框架示意图；

图2是实施例一提供的办公椅产品模型库模块化分类示意图；

图3是实施例一提供的装配算法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统及方法。

实施例一

本实施例提供一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制系统，如图1所示，包括：

搭建模块11，用于搭建个性化定制系统的硬件环境；其中个性化定制系统的硬件包括高性能工作站、VR硬件设备；

构建模块12，用于通过高性能工作站对办公椅中的各个零件进行建模、贴图、制作动画效果，以构建虚拟零件的模型库；

人机交互模块13，用于通过VR硬件设备控制并选择模型库中的虚拟零件，并对选择的虚拟零件进行装配操作，完成办公椅的个性化定制。

在搭建模块11中，搭建个性化定制系统的硬件环境；其中个性化定制系统的硬件包括高性能工作站、VR硬件设备。

首先搭建硬件环境，具体为配备一台高性能工作站以及VR硬件设备，其中高性能工作站如电脑等，目的是对数据进行处理，其核心主要包括CPU、显卡、内存等，其中CPU可选用英特尔(intel)i7-10700，显卡可选用英伟达(NVIDIA)3060，内存可选用32GB的内存卡或其他。VR硬件设备可选用HTC Vive虚拟现实头戴式显示器，其主要包括头戴式设备(头盔)及连接线、定位器、两个控制手柄、电源适配器等。

在构建模块12中，通过高性能工作站对办公椅中的各个零件进行建模、贴图、制作动画效果，以构建虚拟零件的模型库。

当搭建好硬件环境后，构建软件环境，得到虚拟零件模型库，运用Solidworks进行建模、Photoshop进行贴图、3DMAX对建立好的模型制作拆解和装配过程的动画效果。

具体包括：

建模模块，用于通过Solidworks软件建立办公椅各个零件的模型，并保存为STL格式；

贴图模块，用于通过Photoshop对建立的零件模型进行贴图制作；

动画模块，用于将建立的零件模型导入3DMAX中，通过3DMAX制作零件模型之间的拆解和装配过程的动画效果；

导入模块，用于通过3DMAX软件将零件模型转化为FBX格式，并将零件模型导入Unity 3D环境中，进行场景搭建和场景渲染；

分类模块，用于对建立的零件模型进行模块化分类，得到虚拟零件模型库。

本实施例为了使用户能够快速的找到相应的零件模块，结合办公椅组成的特点，对建立好的办公椅产品零件模型库进行模块化分类。将办公椅分为靠背模块、座板模块、扶手模块、支撑模块、其它模块，最终完成虚拟零件库的建设。

如图2所示，靠背模块包括靠背模型库和其相对应的属性模型库；座板模块包括座板模型库和其相对应的属性模型库；扶手模块包括扶手模型库和其相对应的属性模型库；支撑模块包括底盘模型库、气杆模型库、椅脚模型库以及其相对应的属性模型库；其他模块包括头枕模型库、顶腰模型库等等以及其相对应的属性模型库。

在人机交互模块13中，通过VR硬件设备控制并选择模型库中的虚拟零件，并对选择的虚拟零件进行装配操作，完成办公椅的个性化定制。

当构建软件环境，得到虚拟零件模型库后，进一步建立人机交互

具体包括：

建立模块，用于建立虚拟场景；

本实施例建立一个4m*6m的虚拟样板间的场景，主要包括照明灯、窗户、门、墙纸贴图、地板贴图、家具等。太阳的位置与真实世界一致，虚拟场景内所有物体的光影效果由太阳的位置和它的光线强弱决定。

控制模块，用于通过控制手柄控制并选择虚拟零件模型库中的各个零件模块；

当用户戴上头盔进入虚拟现实中时，头盔内的显示屏以90HZ的刷新率进行实时渲染。在场景中建立起4.5m*5.5m的网状虚拟安全墙，提醒并保护操作者的安全。两个控制手柄以现实中与人的绝对位置显示在虚拟场景中。并以不同颜色的射线区分左右控制手柄，红色为左控制手柄，蓝色为右控制手柄。射线的起点为控制手柄的对称中心，方向为控制手柄的纵向对称线。左控制手柄中的按键包括1、2、3、4、5、6，按键1、2、3、4用来调节操作者在场景中的空间位置；按键5用来调出/取消办公椅虚拟零件模型库菜单；按键6用来选择/脱离零件模块及其属性菜单。具体的，长按按键1，操作者向前移动；长按按键2，操作者向右移动；长按按键3，操作者向后移动；长按按键4，操作者向左移动。短按按键5，调出办公椅虚拟零件模型库菜单，菜单的位置为射线与虚拟场景中地面的交点，并垂直于地面，再次短按按键5，菜单消失。

虚拟零件模型库的菜单中包括前进按钮、后退按钮、靠背模块、座板模块、扶手模块、支撑模块、其它模块，各个模块均包含其模型库以及其属性模型库。电机前进按钮返回上级菜单，点击后退按钮返回下级菜单。当左控制手柄的射线与某个模块区域相交，则短按按键6，选择某个模块进入其属性模型库菜单，选择其中一个零件，例如扶手，长按按键6，零件从菜单中拖出进入虚拟场景中，左控制手柄与被选择零件的空间位置不变，可以对零件进行前后左右旋转变换。松开按键6，零件脱离控制。

右控制手柄的案件包括1’、2’、3’、4’、5’、6’。具体为：短按按键1’调出零件的属性菜单，包括基本三维尺寸，材料，重量，价格，再次短按按键1’属性菜单消失。短按按键5’使操作者回到与虚拟场景的设定的初始位置。按键6’的功能与左控制手柄按键6的功能相同。按键2’、3’、4’不设置功能。

装配模块，用于通过控制手柄对选择的零件模块进行装配，得到虚拟的办公椅模型。

在装配时，两个控制手柄分别控制两个零件，当两个匹配的零件接触面中心点距离小于5cm，接触面法向量的夹角小于5°时，当操作者松开按键6和6’后，两个零件将变成父子级关系，装配完成，匹配面绿色高亮显示，2秒后恢复原本的颜色，再次长按按键6或6’使匹配的对象可以同时移动，同时长按按键6和6’且操作不同的零件，则解除父子级关系。

为了避免零件的装配误差积累对后续装配及最终装配完成状态的影响，设计一套匹配矫正的流程算法。具体的，先是旋转其中一个零件使其轴线平行于另一个零件的轴线，再移动该零件轴线与另一零件周向重合，然后移动该零件与要与之装配的零件的接触面贴合，最后两个匹配的零件整体的颜色发生变化且绿色高亮显示，2秒钟后恢复原来的颜色。如果成功装配的零件的相对位置发生改变，分两种状况，如图3所示：(1)变化后的中心距离和法向量角度是否均小于等于阈值(如5)，若是，则认为零件仍处于装配状态，零件的颜色不发生变化。(2)变化后的中心距离或法向量角度是否大于阈值(如5)，若是，则认为零件脱离了装配状态，父子级关系被解除，零件的颜色绿色高亮显示，2秒钟后恢复原来的颜色。

与现有技术相比，本实施例提供一种基于虚拟现实实现方法的办公椅个性化定制系统，可以提高客户定制化需求满意度以及提升企业产品竞争力，降低企业开发成本。

实施例二

本实施例提供了一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制方法，包括：

S1.搭建个性化定制系统的硬件环境；其中个性化定制系统的硬件包括高性能工作站、VR硬件设备；

S2.通过高性能工作站对办公椅中的各个零件进行建模、贴图、制作动画效果，以构建虚拟零件的模型库；

S3.通过VR硬件设备控制并选择模型库中的虚拟零件，并对选择的虚拟零件进行装配操作，完成办公椅的个性化定制。

进一步的，所述步骤S1中高性能工作站包括CPU、显卡、内存；VR硬件设备包括头戴式设备及连接线、定位器、控制手柄、电源适配器。

进一步的，所述步骤S2包括：

S21.通过Solidworks软件建立办公椅各个零件的模型，并保存为STL格式；

S22.通过Photoshop对建立的零件模型进行贴图；

S23.将建立的零件模型导入3DMAX中，通过3DMAX制作零件模型之间的拆解和装配过程的动画效果；

S24.通过3DMAX软件将零件模型转化为FBX格式，并将零件模型导入Unity 3D环境中；

S25.对建立的零件模型进行模块化分类，得到虚拟零件模型库。

进一步的，所述步骤S3包括：

S31.建立虚拟场景；

S32.通过控制手柄控制并选择虚拟零件模型库中的各个零件模块；

S33.通过控制手柄对选择的零件模块进行装配，得到虚拟的办公椅模型。

进一步的，所述对选择的零件模块进行装配还包括：通过匹配矫正算法对装配过程进行矫正。

需要说明的是，本实施例提供的一种基于虚拟现实的办公椅个性化定制方法与实施例一类似，在此不多做赘述。

与现有技术相比，本实施例提供一种基于虚拟现实实现方法的办公椅个性化定制方法，可以提高客户定制化需求满意度以及提升企业产品竞争力，降低企业开发成本。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。