基于Web3D的產(chǎn)品虛擬展示與用戶定制

武艷芳

（西南科技大學(xué)制造學(xué)院，四川 綿陽 621010）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及競爭的加劇，市場日趨細分，人們的需求正從規(guī)模需求轉(zhuǎn)向個性化需求。同時外圍環(huán)境的變化，如企業(yè)從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向敏捷制造，電子商務(wù)的快速發(fā)展等共同催生了一個龐大的定制服務(wù)市場。而利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，不僅能夠構(gòu)建具有真實感的產(chǎn)品虛擬展示與定制系統(tǒng)。同時對于企業(yè)來說，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中，尤其是早期概念設(shè)計階段，更可以通過虛擬平臺，高效、深入地了解用戶對設(shè)計方案的評價和需求，從而調(diào)整產(chǎn)品研發(fā)策略，幫助制造企業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)更加符合市場需求的產(chǎn)品，增強企業(yè)的競爭力。

1 虛擬展示與用戶定制

1.1 虛擬展示

虛擬展示不同與傳統(tǒng) Web展示的特點主要體現(xiàn)在其真實感強，通過 Web3D技術(shù)，可以構(gòu)建照片級渲染效果的虛擬場景，用戶可以像對待實物模型一樣，對展示的產(chǎn)品進行立體地觀看，旋轉(zhuǎn)、縮放、移動，并可以通過鼠標點擊對產(chǎn)品的一些功能進行操作體驗，同時還可以添加聲音效果。目前這種真實感體驗主要集中在動作和聲音，不久的將來用戶還可以體驗更多的感覺，比如直接在虛擬展示系統(tǒng)中通過數(shù)字設(shè)備“拿”起產(chǎn)品，并感受它的體量感、表面觸感等，從而可以帶來更加深刻的產(chǎn)品體驗。

1.2 用戶定制

在虛擬的展示環(huán)境中，完善的交互功能的設(shè)計可以使用戶成為3D產(chǎn)品的參與者而不僅僅是觀看者。用戶可以按照自己的愛好選擇產(chǎn)品的顏色、功能模塊以及形態(tài)模塊、裝飾圖案等，實現(xiàn)個性化定制，對用戶開放的同時，企業(yè)也能夠通過虛擬平臺方便的了解用戶的需求與反饋，及時改善產(chǎn)品、調(diào)整產(chǎn)品的設(shè)計策略，從而開發(fā)出用戶滿意的產(chǎn)品。

2 Wed3D的主流技術(shù)

作為互聯(lián)網(wǎng)上的 3D圖形技術(shù)，Wed3D最早可追溯到VRML (Virtual Reality Modeling Language) 即虛擬現(xiàn)實建模語言，目前市場上的 Wed3D技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到幾 10種之多，如VRML、Virtools、Cult3D、Java3D、Viewpoint等[1]，以上各項技術(shù)都各有特點，廣泛應(yīng)用于企業(yè)信息數(shù)據(jù)、房地產(chǎn)行業(yè)、城市規(guī)劃、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)娛樂、遠程教育、信息可視化等領(lǐng)域。其中Cult3D文件量非常小，卻有近乎完美的三維質(zhì)感表現(xiàn)，交互能力和顯示效果均不錯，同時其內(nèi)核是基于 Java的，可以嵌入用戶自己開發(fā)的 Java類，可擴展性好。對于窄帶網(wǎng)的應(yīng)用，Cult3D是展示產(chǎn)品最好的解決方案之一。因此，本文以Cult3D作為基礎(chǔ)平臺，對汽車的虛擬展示與定制為例進行研究。

Cult3D工作流程如下：

1）創(chuàng)建三維模型 Cult3D本身沒有三維建模的能力，必須采用其它的3D軟件來建模，它支持3DMAX或MAYA來制作物體的三維模型，并賦予材質(zhì)、燈光、攝像機等。

2）導(dǎo)出模型 在3DMAX或MAYA中，建模完畢后，通過 Cult 3D Exporter 插件輸出為Cult3D Designer支持的C3D格式。

3）建立Cult3D模型 在輸出C3D格式的3D的模型后，就可以用Cult3D Designer打開該模型，給模型加入互動效果，事件和聲音，另外也可以用Java自己編寫腳本,進行更高級的交互。添加完畢后你可以將文件保存成 Cult3D Project文件，文件格式是C3P，以便以后的修改，或者利用文件菜單下面的保存網(wǎng)絡(luò)文件把模型導(dǎo)出成Cult3d Player文件，文件的格式是CO。

4）發(fā)布 Cult3D模型已經(jīng)建立完畢，剩下的工作就是發(fā)布CO文件了。Cult3D的跨平臺性好，除可以在線發(fā)布外，還可以嵌入到Office、Acrobat 等應(yīng)用程序中進行發(fā)布[2]。

3 汽車的虛擬展示與用戶定制

3.1 汽車的虛擬展示

在3DMAX環(huán)境下創(chuàng)建汽車三維模型，賦予材質(zhì)，創(chuàng)建燈光和攝像機，并輸出為 C3D格式的文件。在 Cult3D中，利用動作面板中的對象運動、交互、聲音等事件實現(xiàn)通過鼠標控制模型的3D旋轉(zhuǎn)、縮放、移動以及功能性操作動作和聲效。如在本例中，在事件規(guī)劃圖中，給世界啟動添加鼠標控制球交互事件，并連接到整個汽車組件上，那么當用戶操縱鼠標的左右中鍵就可以實現(xiàn)汽車的全方位觀看了，另外汽車內(nèi)飾的觀看可在車門上添加鼠標左鍵控制的旋轉(zhuǎn)動作，并用事件的激活與解除激活控制鼠標動作，用戶用鼠標點擊門，門會旋轉(zhuǎn)開，就可以看到內(nèi)飾，再次點擊門會關(guān)閉。具體操作如圖1所示。

圖1 汽車的虛擬展示

3.2 汽車的色彩定制

由于汽車造型的整體性較強，除了車身的形狀之外，大面積的車身色彩、質(zhì)感和潤度往往成為汽車吸引消費者的第一要素，進而影響購買選擇。所以汽車廠商應(yīng)制定盡可能豐富的備選顏色，以適合和滿足不同層次消費者的喜好和需要，靠個性化、時尚化的顏色，給消費者第一眼就留下深刻印象，從而激發(fā)他們的購車欲望。在汽車外觀設(shè)計中，配色相對簡單，基本上是以車身色彩搭配配件的黑白色系為主，相對于產(chǎn)品定制的其他方面，比如形態(tài)定制、功能定制而言，實現(xiàn)起來相對簡單和便利。

在 Cult3D中，可以通過兩種方式來實現(xiàn)色彩的定制：

一是通過熱區(qū)貼圖法。把不同顏色的圖片設(shè)置成熱區(qū)，通過對熱區(qū)貼圖的控制來實現(xiàn)色彩變化。具體操作如圖2所示：在場景圖表窗口，展開紋理節(jié)點，從中找到在原先3DSMAX中賦予車體紅色的紋理貼圖。雙擊該貼圖，利用熱區(qū)窗口增加新的紋理貼圖，將熱點區(qū)域設(shè)置大小設(shè)置與原圖片大小相同，即可生產(chǎn)新的色彩熱區(qū)，用同樣的方法可以任意添加需要的色彩。最后在事件規(guī)劃圖窗口中，可以給鍵盤事件或者自定義事件添加動作窗口紋理節(jié)點下的切換熱區(qū)個性標簽動作，這樣就可以通過按鍵或者圖標來控制色彩的選擇變化了。在本例中，選用自定義事件，因為圖標選擇控制比按鍵更方便直觀，但是需要在Director中利用腳本觸發(fā)這些事件。

二是通過加入Java動作腳本。在Cult3d中，可以使用JavaScript創(chuàng)建先進的交互性以控制行為和外表，通過事件來調(diào)用。Java Action Script它是一組經(jīng)過編譯后的Java類型程序，是實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)三維對象在場景中交互式控制的核心[3]，JAS工具集包括以下幾個組成部分：Java類、JAS事件、JAS腳本以及JAS命令，如更換顏色，可以通過JAS腳本執(zhí)行，執(zhí)行方式有兩種一種是通過改變材質(zhì)貼圖顏色，一種是改變貼圖，如下腳本程序是通過改變顏色來執(zhí)行的，這樣需要新的顏色時，只需要在腳本中加入相關(guān)的顏色數(shù)據(jù)就可以了，十分簡便。

JavaActionscript(1,0,0){

MapExecute(“yellow”,1); }

actoinsList(“yellow”,“right”){

setTexture(“red”,[255,0,0],[255,255,0],40,40);

mapExecute(“red”,1); }

actoinsList(“red”,“l(fā)eft”) {

setTexture(“red”,[255,0,0],[255,255,0],40,40);

mapExecute(“yellow”,1); }

圖2 色彩定制

3.3 汽車的形態(tài)定制

形態(tài)是影響用戶購買產(chǎn)品的重要因素，定制設(shè)計在很大程度上是圍繞產(chǎn)品形態(tài)要素展開的。在產(chǎn)品定制設(shè)計中，通常需要使產(chǎn)品的零部件標準化和通用化[4]，這樣，同一產(chǎn)品族的產(chǎn)品零件可以實現(xiàn)相互更換，達到定制的目的。在汽車定制中，同一系列的產(chǎn)品，其形態(tài)組件一般包括車身、輪轂、前臉、尾翼、后視鏡、引擎蓋、車燈組。

在 Cult3D中，有兩種方法可以實現(xiàn)形態(tài)的定制設(shè)計：

1）通過消隱和顯示實現(xiàn)形態(tài)組件的定制在用三維軟件建模時，如在3DSMAX中，在同一位置，放置可供選擇的不同形態(tài)組件，導(dǎo)入到Cult3D中，首先消隱掉不顯示的形態(tài)組件，留下一個形態(tài)組件進行展示，然后利用消隱顯示行為對其他對應(yīng)的形態(tài)組件進行選擇替換顯示，從而獲得形態(tài)定制的效果。

如在本例中，汽車輪轂的定制，有3種形式的輪轂可供用戶定制。在世界開始事件預(yù)制第1種輪轂?zāi)Ｐ蜑轱@示形態(tài)，第 2、3種輪轂?zāi)Ｐ吞幱谙[狀態(tài)，然后給鍵盤事件或者自定義事件添加激活/隱藏動作，激活要顯示的輪轂?zāi)Ｐ停[藏其他輪轂?zāi)Ｐ偷氖录?，達到對相應(yīng)組件進行消隱和顯示處理，即達到了形態(tài)定制的目的，由于所有輪轂均是由各部件組合起來的，所以隱藏/激活動作應(yīng)點右鍵選擇應(yīng)用到子項。具體操作過程如圖3所示。

圖3 形態(tài)定制

2）通過前面介紹的熱區(qū)貼圖的模式 這種方法不僅可以進行色彩的定制，而且對于平面或板型的形態(tài)組件，如控制面板的按鍵布局、窗口形狀、裝飾帶等，這些組件的形態(tài)主要靠表面圖案來定義，所以通過更換熱區(qū)貼圖的方式可以很容易的實現(xiàn)形態(tài)組件的變換。

3.4 汽車的功能定制

產(chǎn)品所有的功能都是由組件來完成的，所以功能定制事實上是屬于形態(tài)定制的一部分，對不同功能的形態(tài)組件進行選擇組合即可完成功能定制。

4 媒體合成

Cult3D場景制作好了后，可以在網(wǎng)頁、Office、Adobe Acrobat等環(huán)境中進行發(fā)布，在HTML中，播放器提供屬性、程序，并將事件添加到HTML腳本中（JavaScript, VBScript），可以通過HTML頁觸發(fā)場景中的事件，使用戶可以利用熟悉的 Web用戶界面例如按鈕和下拉列表框控制 Cult3D對象的外觀和行為，大大豐富了三維瀏覽時的交互效果。相比較而言，作者選擇用Director來封裝Cult3D作品，利用Director強大的程序功能，封裝后的 Cult3D作品同樣可以美化界面，而且更容易的進行事件驅(qū)動，能夠更好的表現(xiàn)3D交互作品。由于鍵盤事件的驅(qū)動要靠按鍵比較麻煩，所以在本例中所有的定制都用的是自定義事件，自定義事件可以通過Director圖標來驅(qū)動，用戶只需要點擊圖標進行選擇即可進行瀏覽和定制。同時用Director可以直接進行本地演示，還可以發(fā)布為exe文件，在網(wǎng)頁中進行連接或者用于本地和多媒體演示。

封裝過程如下：

1）導(dǎo)入 Cult3D場景制作好了后，保存方案。然后打開 Director，在控件選擇對話框中，選擇Cult 3D ActiveX Player控件，選擇Custom，彈出屬性設(shè)置對話框。該對話框提供了兩種連接到 Cult3D場景的方式：嵌入方式和鏈接方式。使用嵌入方式，Cult3D場景發(fā)布后將嵌入在可執(zhí)行文件中，無須另外提供 co文件，而使用鏈接方式，必須將Cult3D場景發(fā)布為co文件。在這里作者選擇嵌入方式。

2）制作按鈕 在時間線上只留一個放置Cult3D文件的幀，制作觀察角度按鈕，制作顏色定制按鈕，如圖4所示，紅色、藍色、灰色和黃色4種顏色，用于改變汽車的顏色，制作所需要的形態(tài)定制按鈕，如圖4中輪轂1、輪轂2、輪轂3的形狀以及尾翼，將這些按鈕布置到舞臺上的相應(yīng)位置。在本例中，只對車輪、尾翼、車燈形態(tài)進行了定制，對操作控制、觀察角度、車燈、車門控制進行了模擬，在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)自己的需要對需要定制的部件以及模擬的效果進行調(diào)整。

圖4 最終平臺

3）自定義事件控制 通過為按鈕添加腳本來對 Cult3D中的自定義事件進行控制。比如，顏色控制腳本如下所示：

on mouseUp

TriggerEvent sprite (1), "red"

end

其中1為Cult3D物體所在的通道，red是在Cult3D中定義事件的名稱。其他形狀控制以及觀察角度變換的腳本添加改變相應(yīng)的自定義事件名稱即可。

4）優(yōu)化界面 最后可以通過圖片和文字對界面進行優(yōu)化，以利于用戶更好的操作和了解，優(yōu)化完畢后，單擊播放按鈕，就可以在 Director中操作了，移動、旋轉(zhuǎn)、縮放、開關(guān)門，車燈控制感覺好像是在操縱真正的汽車模型一樣，還可以定制顏色、相關(guān)功能部件形態(tài)，使用戶真正暢游在虛擬現(xiàn)實的平臺中。

5 小 結(jié)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，將使得未來的產(chǎn)品設(shè)計以及產(chǎn)品推廣宣傳的方式產(chǎn)生根本性的變化，產(chǎn)品的虛擬展示使用戶更方便快捷的獲取產(chǎn)品信息，并獲得更多真實體驗，產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)定制設(shè)計可以為客戶提供個性化的產(chǎn)品服務(wù)，并為企業(yè)研發(fā)提供設(shè)計依據(jù)。隨著 Web3d技術(shù)以及對這些技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，未來用戶網(wǎng)絡(luò)瀏覽和選擇產(chǎn)品的體驗必將大大豐富，對虛擬設(shè)計平臺的進一步開發(fā)行業(yè)也必將成為提高企業(yè)競爭力的重要資源。

[1]蘇威州. 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)三維互動—— Cult 3D應(yīng)用指南[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2001: 20-30.

[2]劉 勝. Web環(huán)境下交互式3D虛擬展示[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2009, 30(4): 20-25.

[3]阿新工作室. 任我虛擬: Cult3d/3ds max 4.2/maya 4三維產(chǎn)品設(shè)計與互動教程[M]. 北京: 希望電子出版社, 2002: 40-45.

[4]李曉玲. 基于網(wǎng)絡(luò)的交互式虛擬展示技術(shù)研究[J].計算機工程與應(yīng)用, 2007, 43(3): 90-92.