基于web的虛擬現(xiàn)實(shí)汽車展示系統(tǒng)

辛獻(xiàn)杰 劉曉娜 鄭學(xué)通 王勇亮 王紹斐

【摘要】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，促使汽車等產(chǎn)品的虛擬展示具備動(dòng)態(tài)交互和三維可視化等特點(diǎn)。本文采用3Ds MAX制作汽車及場(chǎng)景模型，通過Unity3D實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輔助模塊和汽車核心展示模塊，編譯為web Player展示插件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上360°的汽車展示。系統(tǒng)交互性強(qiáng)，用戶可實(shí)時(shí)更換汽車顏色，局部放大或縮小，并可從任意角度觀察汽車的內(nèi)外部信息等，既從視覺上滿足客戶的需求，又給客戶帶來更多自主挑選的機(jī)會(huì)，節(jié)約購車時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】web;Unity3D;虛擬現(xiàn)實(shí);汽車展示

1.引言

隨著居民消費(fèi)水平的不斷提高，汽車銷量逐年攀升，人們?cè)谫徿嚽坝直容^注重汽車的車型、外觀和各種性能等諸多信息，而親自到各大車行進(jìn)行實(shí)地考察，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種虛擬汽車展示系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，但多數(shù)系統(tǒng)只局限于二維圖片或flash動(dòng)畫的展示，無法詳細(xì)展現(xiàn)汽車的內(nèi)部特性。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，促使人們對(duì)具有動(dòng)態(tài)交互、三維可視化效果的產(chǎn)品信息的需求日益強(qiáng)烈。web三維展示技術(shù)可直觀、高效地構(gòu)建具備良好交互性和沉浸性的虛擬展示系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)縮短人們和產(chǎn)品之間的距離，全面展現(xiàn)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。通過該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的汽車展示系統(tǒng)，不僅使用戶提早看到汽車模型，又給廠商創(chuàng)造了一種新的營銷方式，減少企業(yè)的銷售成本，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力[2]。本文建立了一個(gè)基于web的虛擬現(xiàn)實(shí)汽車展示系統(tǒng)，交互性強(qiáng)，用戶可使用任意主流瀏覽器高速、便捷地瀏覽系統(tǒng)信息。其中，第一部分對(duì)全文進(jìn)行了概述，第二部分介紹了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，第三部分重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)研發(fā)過程中用到的關(guān)鍵技術(shù)，最后得出結(jié)論。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

web虛擬現(xiàn)實(shí)汽車展示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)部分：模型制作、展示系統(tǒng)制作、web支撐環(huán)境。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

模型制作：主要提供系統(tǒng)展示所需汽車及場(chǎng)景模型，通過3DS MAX制作導(dǎo)出fbx文件，并利用Unity3D將fbx文件轉(zhuǎn)換成可動(dòng)態(tài)加載的assetbundle格式;

展示系統(tǒng)制作：主要通過Unity3D制作系統(tǒng)展示界面、搭建三維場(chǎng)景等，并編輯系統(tǒng)核心算法及相應(yīng)的交互功能，最后打包為一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)加載3D模型的Web Player展示插件;

web支撐環(huán)境：主要由瀏覽器可以解釋執(zhí)行的HTML頁面以及Unity3D 開發(fā)的Web Player展示插件組成，并由XML負(fù)責(zé)汽車展示信息的存儲(chǔ)、組織和管理。

web汽車展示系統(tǒng)的研發(fā)流程圖如圖2所示。

3.關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 3Ds MAX模型制作

3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱為3Ds MAX，是一款基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件。廣泛應(yīng)用于影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。

根據(jù)要展示汽車及場(chǎng)景特點(diǎn)，本文采用3Ds MAX分別設(shè)計(jì)開發(fā)相應(yīng)的三維模型，以達(dá)到理想的真實(shí)感效果。通過3Ds MAX制作模型并導(dǎo)出格式為fbx的文件，再通過Unity3D轉(zhuǎn)換為可識(shí)別格式。模型中的動(dòng)作是通過自動(dòng)識(shí)別來播放模型文件中的指定動(dòng)作，如打開車門等。通過3D模型的制作完成動(dòng)作的設(shè)定，從而達(dá)到更優(yōu)的交互效果。模型制作不是本文闡述的重點(diǎn)，在這里不再詳述。

圖2 web汽車展示系統(tǒng)研發(fā)流程圖

3.2 Unity3D開發(fā)展示系統(tǒng)

Unity3D是一個(gè)多平臺(tái)的游戲開發(fā)工具，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎，具有更優(yōu)越的效果和更高的擴(kuò)展空間。對(duì)DirectX和OpenGL 擁有高度優(yōu)化的圖形渲染管道。支持所有主要文件格式，并能和大部分相關(guān)應(yīng)用程序協(xié)同工作。Unity內(nèi)置的NVIDIA、PhysX物理引擎能夠帶來逼真的互動(dòng)感覺，提供了具有柔和陰影與烘焙lightmaps的高度完善的光影渲染系統(tǒng)，非常適合產(chǎn)品三維虛擬展示在交互訪問和逼真表現(xiàn)的要求。可發(fā)布場(chǎng)景至Windows、iPhone和Android等平臺(tái)，也可以利用Unity web player插件發(fā)布網(wǎng)頁應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)方面，Unity3D提供了強(qiáng)大的可視化編輯器和語言層面的網(wǎng)絡(luò)類，腳本采用Javascript、C#、Boo等語言，常用來快速制作三維視頻游戲、信息可視化等互動(dòng)內(nèi)容[2]。

本文通過Unity3D進(jìn)行3D模型格式轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)輔助模塊和展示模塊設(shè)計(jì)以及相關(guān)核心算法的編寫，采用C#作為腳本語言。

3.2.1 3D模型格式轉(zhuǎn)換

通過Unity3D將3Ds MAX導(dǎo)出的fbx模型文件轉(zhuǎn)換成可動(dòng)態(tài)加載的assetbundle格式。通過添加代碼，在Untiy3D的菜單“Assets”中添加“Build AssetBundle From Selection - Track dependencies”和“Build AssetBundle From Selection - No dependency tracking”兩個(gè)選項(xiàng)（如圖3所示），可直接實(shí)現(xiàn)對(duì)選中模型的格式轉(zhuǎn)換。

格式轉(zhuǎn)換主要代碼如下：

3.2.2 系統(tǒng)輔助模塊的設(shè)計(jì)

通過Unity3D設(shè)計(jì)汽車展示系統(tǒng)界面，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景和光照天氣的搭配、汽車顏色的實(shí)時(shí)變換、汽車部分動(dòng)作展示以及相關(guān)幫助信息。

汽車展示系統(tǒng)界面如圖4所示。

展示區(qū)域底部為菜單面板，當(dāng)鼠標(biāo)離開菜單區(qū)域時(shí)，菜單面板自動(dòng)隱藏。用戶可以直觀地瀏覽汽車，根據(jù)菜單提示實(shí)時(shí)地進(jìn)行操作。下面對(duì)基本展示功能予以說明。

（1）鼠標(biāo)操作：用戶可通過鼠標(biāo)的左、中、右三鍵來控制產(chǎn)品模型運(yùn)動(dòng)。點(diǎn)擊并拖動(dòng)鼠標(biāo)的左鍵可以在360°視角內(nèi)觀察模型各個(gè)部位的細(xì)節(jié);按住鼠標(biāo)中鍵可移動(dòng)模型在展示場(chǎng)景中的位置;按住鼠標(biāo)右鍵進(jìn)行拖動(dòng)，可對(duì)模型進(jìn)行拉近或拉遠(yuǎn)操作。

（2）選擇場(chǎng)景：可在展示區(qū)內(nèi)加載不同的場(chǎng)景，如草地、樓宇、展臺(tái)等，以實(shí)現(xiàn)更加豐富的展示效果。

（3）光照天氣：可隨意變換不同的天氣狀態(tài)，使汽車模型在不同環(huán)境下進(jìn)行展示，增強(qiáng)展示效果。

（4）顏色調(diào)配：滑動(dòng)調(diào)色板相應(yīng)按鈕，可對(duì)產(chǎn)品模型的主體顏色進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)配，以滿足客戶的不同喜好。

（5）局部動(dòng)作：若模型自帶動(dòng)作，系統(tǒng)將自動(dòng)將動(dòng)作信息添加到局部動(dòng)作菜單中，單擊菜單中對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，如圖5所示，即可播放模型里自帶的動(dòng)作動(dòng)畫。

圖5 局部動(dòng)作效果

3.2.3 系統(tǒng)核心算法

（1）模型居中顯示

當(dāng)模型動(dòng)態(tài)地加載到展示界面時(shí)，最主要的問題就是讓模型能夠出現(xiàn)在界面的中心位置。因此模型居中顯示是一個(gè)關(guān)鍵算法，通過scaleConst這個(gè)常量來約束模型的尺度，從而實(shí)現(xiàn)模型的居中置位。主要代碼如下所示：

（2）調(diào)用模型中的動(dòng)畫信息

在3dsMax或unity3d軟件中，可為3D模型設(shè)置動(dòng)畫。如果模型文件里附帶動(dòng)畫信息，本系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)，并將其添加到“局部動(dòng)作”菜單列表，以便用戶進(jìn)行操作。主要代碼如下所示：

3.2.4 將展示系統(tǒng)編譯打包

在Unity3D中研發(fā)的展示系統(tǒng)，要發(fā)布到web就必須將其打包為一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)加載3D模型的Web Player展示插件，如圖6所示，選擇“Platform”中的“Web Player”，單擊Build，進(jìn)行編譯打包。

圖6 打包為Web Player展示插件

3.3 構(gòu)建web支撐環(huán)境

web支撐環(huán)境主要由瀏覽器可以解釋執(zhí)行的HTML頁面以及Unity3D開發(fā)的Web Player展示插件組成，并由XML負(fù)責(zé)汽車展示信息的存儲(chǔ)、組織和管理。

web汽車展示系統(tǒng)支撐環(huán)境界面如圖7所示。

圖7 web支撐環(huán)境

3.3.1 web環(huán)境調(diào)用展示系統(tǒng)

在Unity3D中使用以下程序調(diào)用系統(tǒng)入口：

HTML頁面中的getUrl函數(shù)為整個(gè)系統(tǒng)總?cè)肟?，其中訪問絕對(duì)路徑使用php直接獲取，代碼如下所示：

在Unity3D中，獲取文件名、主機(jī)名：

3.3.2 XML節(jié)點(diǎn)記錄

XML是可擴(kuò)展標(biāo)記語言，標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言的子集，一種用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語言。與其他數(shù)據(jù)庫不同，它僅僅是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

在展示系統(tǒng)中展示的汽車模型基本信息通過XML節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄， 一條汽車模型信息的典型XML節(jié)點(diǎn)格式如下所示：

這些屬性分別記錄了汽車的名稱、上市年份、排量、價(jià)格、變速箱、百公里油耗、長(zhǎng)寬高等信息， 這些信息添加到XML數(shù)據(jù)庫并存儲(chǔ)于網(wǎng)站服務(wù)器， 供展示系統(tǒng)在初始化時(shí)載入并進(jìn)行解析。

4.結(jié)語

隨著網(wǎng)絡(luò)及3D展示技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)品在線三維展示、實(shí)時(shí)交互等功能已成為越來越重要的需求。

本文研究的基于Unity3D的虛擬現(xiàn)實(shí)web汽車展示系統(tǒng)能夠利用Untiy3D技術(shù)建立產(chǎn)品的真三維模型的交互展示及跨平臺(tái)運(yùn)用，能夠完成產(chǎn)品的外觀展示及相關(guān)交互功能。通過web網(wǎng)絡(luò)的展示，讓用戶不受時(shí)間、空間的限制，與產(chǎn)品進(jìn)行一種動(dòng)態(tài)交互，節(jié)約購車時(shí)間，給基于web的3D展示技術(shù)在汽車生產(chǎn)銷售領(lǐng)域的發(fā)展帶來新的前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

辛獻(xiàn)杰（1962-），男，大學(xué)本科，畢業(yè)于海軍航空工程學(xué)院自動(dòng)控制工程專業(yè)，現(xiàn)供職于煙臺(tái)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，主要從事先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展研究、科技體制改革、科技發(fā)展戰(zhàn)略研究、管理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫研究等。

通訊作者：劉曉娜（1986-），女，山東煙臺(tái)人，畢業(yè)于沈陽航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)供職于煙臺(tái)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，主要從事虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研發(fā)等。