個(gè)性化定制產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

朱欣娟，吳 雪，李 濟(jì)，張智超

(西安工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,陜西 西安 710048)

個(gè)性化定制產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

朱欣娟，吳 雪，李 濟(jì)，張智超

(西安工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院,陜西 西安 710048)

為了滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化定制和三維虛擬展示的需求，提出了一種基于Unity3D平臺(tái)的個(gè)性化定制工業(yè)產(chǎn)品的三維虛擬展示技術(shù)。以陶瓷產(chǎn)品為研究對(duì)象，針對(duì)陶瓷產(chǎn)品的形狀和紋理特征，描述了產(chǎn)品的個(gè)性化建模、定制交互設(shè)計(jì)方法以及基于Unity3D平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑，采用Web3D技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化產(chǎn)品的定制和三維虛擬展示系統(tǒng)。通過(guò)所建立的定制與虛擬展示系統(tǒng)，用戶可以實(shí)現(xiàn)在線對(duì)陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行個(gè)性化定制及設(shè)計(jì)，包括陶瓷產(chǎn)品的種類選擇、樣式選擇、貼圖選擇及產(chǎn)品色系的選擇設(shè)計(jì)，并可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)等操作實(shí)時(shí)觀看所設(shè)計(jì)陶瓷產(chǎn)品的三維真實(shí)感效果，具有較好的實(shí)用價(jià)值，為個(gè)性化定制產(chǎn)品的定制和虛擬展示提供了可行的技術(shù)路線和支撐手段。

個(gè)性化產(chǎn)品;三維虛擬展示;Unity3D;陶瓷定制

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生活水平的日趨提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，尤其對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求尤為突出，互聯(lián)網(wǎng)上千篇一律的大眾化產(chǎn)品及靜態(tài)的二維平面展示方式不再滿足客戶需求。為了滿足客戶需求并贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，個(gè)性化定制[1]產(chǎn)品及其三維虛擬展示方式應(yīng)運(yùn)而生。產(chǎn)品定制化生產(chǎn)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)三維虛擬化展示的交互方式成為企業(yè)和客戶之間直接溝通的橋梁。個(gè)性化產(chǎn)品定制過(guò)程是客戶交互式選擇工業(yè)產(chǎn)品各個(gè)設(shè)計(jì)元素的過(guò)程，其核心和關(guān)鍵技術(shù)是產(chǎn)品虛擬展示技術(shù)[2-3]，顧客需要所見(jiàn)即所得地看到自己所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)虛擬展示效果。

Web3D技術(shù)是隨著互聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，虛擬展示作為虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)分支，目前應(yīng)用較廣泛的主流虛擬展示技術(shù)包括VRML(Virtual Reality Modeling Language)[4]、Cult3D、JAVA、Quest3D、Unity3D[5]等。為此，采用Web3D技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了陶瓷產(chǎn)品的在線個(gè)性化定制和原型三維虛擬展示系統(tǒng)，具有選擇陶瓷產(chǎn)品的規(guī)格、圖案、色系等功能，可實(shí)時(shí)觀看所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的鋪貼效果，對(duì)于提高陶瓷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力和售前服務(wù)水平均具有重要意義。

1 虛擬展示技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

虛擬展示技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，在各行各業(yè)都有涉及，如軍事、教育、科研和建筑等領(lǐng)域。在很多領(lǐng)域人們已經(jīng)體會(huì)到虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品帶來(lái)的便利，尤其是醫(yī)學(xué)、商業(yè)和影視等[5]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)起源于美國(guó)。美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)1985年成立了媒體實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。利用這一環(huán)境，MIT建立了一個(gè)虛擬環(huán)境下的對(duì)象運(yùn)動(dòng)跟蹤動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[6]。日本在2004年開(kāi)發(fā)出一種嗅覺(jué)模擬器[7]，2009年在應(yīng)用工程和物理科學(xué)研究會(huì)上展示了能提供味覺(jué)、嗅覺(jué)和皮膚溫度感受的原型虛擬繭[8]。美國(guó)宇航局進(jìn)行的對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的仿真非常著名，還通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立了訓(xùn)練系統(tǒng)和空間站VR維護(hù)[9]。2010年墨西哥和海地發(fā)生了大地震，美國(guó)科學(xué)家們利用虛擬現(xiàn)實(shí)分析系統(tǒng)，時(shí)刻關(guān)注受災(zāi)地區(qū)的情況，同時(shí)預(yù)報(bào)該地是否有斷層移動(dòng)的現(xiàn)象。美國(guó)在建筑虛擬動(dòng)畫(huà)方面也做了深入研究，目前已經(jīng)建立了不少虛擬建筑場(chǎng)景。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的MIRALAB實(shí)驗(yàn)室以及H&M服裝公司推出了網(wǎng)上試衣間服務(wù)以及著名的My Virtual Model (MVM)試衣網(wǎng)站，英國(guó)倫敦技術(shù)學(xué)院的“Center for 3D Electronic Commerce”項(xiàng)目，歐洲信息與算法研究協(xié)會(huì)的“MtoM3D”項(xiàng)目等都對(duì)三維服裝虛擬展示技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究[10]。這表明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在各行業(yè)發(fā)揮了舉足輕重的作用。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究起步較晚，還處于發(fā)展階段。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早研究VR的單位之一，該校在2000年8月成立了實(shí)驗(yàn)室專門(mén)研究虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。浙大CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了虛擬建筑環(huán)境的漫畫(huà)系統(tǒng)，2010年在上海舉行的世博會(huì)的亮點(diǎn)之一就是網(wǎng)上世博會(huì)[11]。運(yùn)用三維虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體等技術(shù)設(shè)計(jì)世博會(huì)的虛擬平臺(tái)，讓網(wǎng)民可以體驗(yàn)360°的空間游歷和三維互動(dòng)體驗(yàn)[12]，甚至能品鑒中國(guó)館中的青花瓷等。另外還有西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)等都有相關(guān)科技研究的應(yīng)用成果產(chǎn)生[13]。

江南大學(xué)民間服飾博物館基于“CLO3D”三維服裝展示軟件制作的民間服飾的虛擬展示[14]，逼真地仿真出了館藏的漢民族服裝文物的紋理質(zhì)感，這一成果成功解決了民族服飾展示的問(wèn)題。對(duì)于在電子商務(wù)平臺(tái)中陶瓷產(chǎn)品的三維展示問(wèn)題，一些研究者開(kāi)始研究基于Web平臺(tái)的陶瓷產(chǎn)品三維虛擬展示及信息發(fā)布技術(shù)。由此可見(jiàn)，虛擬三維展示技術(shù)在國(guó)內(nèi)趨于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

2 三維虛擬展示技術(shù)的研究?jī)?nèi)容

2.1 三維個(gè)性化產(chǎn)品模型的建立

欲實(shí)現(xiàn)個(gè)性化工業(yè)產(chǎn)品的三維虛擬展示，首先需要對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行編號(hào)并按照類別、特征建立數(shù)據(jù)庫(kù)，利用專業(yè)軟件進(jìn)行三維模型建模，以利于后期的交互查詢和訂單處理。同時(shí)，考慮到三維虛擬展示時(shí)客戶和產(chǎn)品的個(gè)性化交互需求，在三維建模時(shí)，就要?jiǎng)澐植煌考^(qū)域，考慮每個(gè)部件區(qū)域圖案銜接處三維模型貼圖的參數(shù)設(shè)置等，將以上模型部件信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，供三維虛擬展示程序自動(dòng)調(diào)用，完成產(chǎn)品模型的建立。

在此選擇3Ds MAX軟件對(duì)陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行三維建模，首先需要對(duì)陶瓷產(chǎn)品進(jìn)行個(gè)性化分析及設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行個(gè)性化建模，利用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)各類產(chǎn)品的特征屬性建立與模型的直接關(guān)聯(lián)。對(duì)于可以單獨(dú)選擇的零件，采用分部件建模的形式，最終再集成為陶瓷整體產(chǎn)品。由于陶瓷產(chǎn)品模型屬于不規(guī)則模型，通過(guò)參考設(shè)計(jì)圖及相關(guān)尺寸對(duì)各個(gè)陶瓷產(chǎn)品零部件進(jìn)行建模，通過(guò)重命名、成組、坐標(biāo)軸調(diào)節(jié)、模型面數(shù)優(yōu)化等操作完成個(gè)性化的陶瓷產(chǎn)品模型。

2.2 三維場(chǎng)景的建立及交互技術(shù)

三維產(chǎn)品虛擬展示系統(tǒng)選擇在Unity3D平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品選款、外觀設(shè)計(jì)和交互等功能，該平臺(tái)支持C#，Boo和JavaScript腳本編程。其中C#的功能最強(qiáng)大，因此采用C#進(jìn)行交互腳本的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。并且兼容在PC、Web和Android等九個(gè)平臺(tái)上發(fā)布，基于這一特點(diǎn)，工業(yè)產(chǎn)品的虛擬展示交互利用Unity3D將3D模型導(dǎo)入，產(chǎn)品模型打包動(dòng)態(tài)加載，需要資源時(shí)可以隨時(shí)從服務(wù)器上下載。

Unity3D展示是通過(guò)Unity3D引擎編寫(xiě)C#，JavaScript腳本開(kāi)發(fā)的一個(gè)Web Player應(yīng)用，該應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)模型的動(dòng)態(tài)加載和交互功能。通過(guò)在客戶機(jī)上安裝Unity3D插件，可以實(shí)現(xiàn)在各個(gè)主流瀏覽器上運(yùn)行并通過(guò)Web Player動(dòng)態(tài)加載產(chǎn)品模型以及展示。客戶可以實(shí)現(xiàn)在線對(duì)產(chǎn)品的信息描述，包括模型的基本屬性信息和定制的動(dòng)作信息。模型基本屬性信息包括陶瓷產(chǎn)品的類別、編號(hào)、尺寸形狀、價(jià)格和陶瓷表面圖案等；定制動(dòng)作信息包括從3DS Max等導(dǎo)出的信息，這里的動(dòng)作信息是廣義的動(dòng)作，不僅包括了模型動(dòng)畫(huà)，還包括更改陶瓷顏色，更改陶瓷表面圖案、模型上下移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)展示細(xì)節(jié)等“動(dòng)作”，以滿足用戶的個(gè)性化需求。最后，開(kāi)發(fā)陶瓷定制動(dòng)態(tài)網(wǎng)站，嵌入U(xiǎn)nity3D陶瓷交互定制虛擬展示W(wǎng)eb Player應(yīng)用插件，并實(shí)現(xiàn)客戶個(gè)人信息、客戶定制信息等數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)管理。

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

服務(wù)器端存儲(chǔ)陶瓷產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和資源數(shù)據(jù)庫(kù)，資源庫(kù)包含模型庫(kù)、貼圖庫(kù)等，分別以3Ds MAX文件、圖片文件和Unity3D資源包的形式存在。客戶端功能主要分兩大部分，其一是個(gè)性化定制以及虛擬展示子系統(tǒng)，采用B/S結(jié)構(gòu)。用戶可以登錄該系統(tǒng)交互式進(jìn)行陶瓷產(chǎn)品的類別選擇，樣式選擇及設(shè)計(jì)，觀看選擇設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)三維虛擬展示效果，個(gè)性化設(shè)計(jì)包括對(duì)陶瓷產(chǎn)品釉色的設(shè)計(jì)和貼圖的個(gè)性化選擇設(shè)計(jì)。另一部分是陶瓷產(chǎn)品類別及樣式信息管理子系統(tǒng)，該部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是用戶信息管理、三維陶瓷產(chǎn)品模型及屬性信息的管理、貼圖管理等。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)以MyEclipse10，Unity3D和SQL Server 2008為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)Unity3D進(jìn)行個(gè)性化陶瓷產(chǎn)品設(shè)計(jì)和三維虛擬展示。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器進(jìn)行個(gè)性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和在線三維虛擬展示，而主要事件在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)。陶瓷產(chǎn)品三維虛擬展示過(guò)程分為產(chǎn)品類別選擇、個(gè)性化設(shè)計(jì)與虛擬展示三個(gè)步驟。

3.1 產(chǎn)品類別

客戶可以在線選擇產(chǎn)品類別，陶瓷定制產(chǎn)品有茶壺、杯子、盤(pán)子、花瓶等，客戶根據(jù)需要定制自己想要的產(chǎn)品?？晒┒ㄖ频奶沾僧a(chǎn)品類別界面如圖2所示。

圖2 陶瓷產(chǎn)品定制界面

3.2 產(chǎn)品選擇

客戶可以在線選擇茶壺定制，茶壺定制界面見(jiàn)圖3，通過(guò)茶壺樣式選擇即可查詢對(duì)應(yīng)的模型信息完成款式的定制。可對(duì)模型進(jìn)行放大縮小觀看茶壺細(xì)節(jié)，點(diǎn)擊右上方旋轉(zhuǎn)按鈕，可以進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)觀察操作。

圖3 茶壺定制界面

3.3 個(gè)性化貼圖

客戶可將自己的照片或者喜歡的明星的照片貼在陶瓷產(chǎn)品上，如圖4所示。將明星的照片剪裁后進(jìn)行調(diào)整亮度等操作，然后保存，并上傳在定制服務(wù)器網(wǎng)站，在后續(xù)定制過(guò)程中將貼圖下載到本地貼在產(chǎn)品上。

圖4 圖片上傳界面

3.4 個(gè)性化設(shè)計(jì)與三維虛擬展示

點(diǎn)擊左側(cè)菜單按鈕，可以選擇不同款式的杯子，根據(jù)自己的喜好將上傳的明星圖片設(shè)計(jì)為產(chǎn)品的外觀以達(dá)到個(gè)性化設(shè)計(jì)。用戶可以通過(guò)該界面對(duì)杯子進(jìn)行全方位觀察，可以對(duì)它進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、變換顏色等一系列動(dòng)作。虛擬展示界面如圖5所示。

圖5 杯子個(gè)性化定制及虛擬展示界面

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著人們經(jīng)濟(jì)水平的提高和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)個(gè)性化商品的網(wǎng)絡(luò)定制技術(shù)需求愈加迫切，個(gè)性化產(chǎn)品的定制過(guò)程是客戶交互式選擇產(chǎn)品各種設(shè)計(jì)元素的過(guò)程，同時(shí)顧客需要所見(jiàn)即所得地看到自己所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)虛擬展示效果。以陶瓷產(chǎn)品為對(duì)象，研究了基于Unity3D平臺(tái)的個(gè)性化定制產(chǎn)品三維虛擬展示技術(shù)，通過(guò)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互界面及操作方式，實(shí)時(shí)的三維虛擬展示效果給人真實(shí)的感受，滿足了所見(jiàn)即所得的定制需求，為個(gè)性化定制產(chǎn)品的虛擬展示提供了可行的技術(shù)路線與支持。

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Virtual Display Technology for Personalized Customized Products and Its Implementation

ZHU Xin-juan，WU Xue，LI Ji，ZHANG Zhi-chao

(College of Computer Science,Xi’an Polytechnic University,Xi’an 710048,China)

In order to meet the needs of the customer’s personalized and 3D virtual display,a 3D virtual display technology for personalized customization with Unity3D has been presented.Taking ceramic products as the research object,according to the shape and texture of ceramic products,the implementation approaches of product’s personalized modeling,custom interaction design method and the second development technology based on Unity3D platform have been described.Personalized product customization and 3D virtual display system has been achieved using Web3D technology and database.Through the established custom and virtual display system,the user can actualize the online customization and the design of ceramic products,including the species selection,style selection,chartlet selection as well as design of product color,and the real 3D effect of ceramic products can be seen by rotating and moving operation with practical value.Thus the established 3D virtual display system has provided a feasible technical route and support for the virtual display for the customized products.

personalized products;3D virtual display;Unity3D;ceramic customization

2016-07-02

2016-10-12 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-04-28

陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2013JM8034)

朱欣娟(1969-)，女，教授，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚?；?雪(1992-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚怼?/p>

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170428.1703.038.html

TP31

A

1673-629X(2017)06-0165-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.06.034