基于增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的展示系統(tǒng)設(shè)計研究

趙宏宇 陳智鋒

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機(jī)圖形學(xué)原理與技術(shù)將視覺、聽覺、觸覺等多感知融合為一體，是一種能將多種信息交匯、沉浸性很強(qiáng)的技術(shù)。本文以基于虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實的展示系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)為研究對象，探討了展示系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)和實現(xiàn)效果，包括系統(tǒng)功能配置、系統(tǒng)總體設(shè)計流程、系統(tǒng)內(nèi)容設(shè)計、小地圖及數(shù)據(jù)庫的設(shè)置、系統(tǒng)生成與發(fā)布等，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實 展示系統(tǒng) 紋理 功能設(shè)置

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0018-02

1 展示系統(tǒng)VR部分的系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)置

系統(tǒng)通過設(shè)置相應(yīng)的按鍵控制虛擬人物的行走方向，通過第一人稱攝像機(jī)和第三人稱攝像機(jī)兩種視角進(jìn)行自由切換，達(dá)到漫游的功能，同時，實現(xiàn)小地圖的位置與三維場景的關(guān)聯(lián)，用戶可以快速瀏覽虛擬場景的任何角落。

此外，通過加載子網(wǎng)頁，可以顯示三維場景的特定物體的相關(guān)信息，豐富系統(tǒng)的信息量。

當(dāng)信息量比較大時，可以通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用所需的物體相對應(yīng)的文字和圖像信息。

1.2 系統(tǒng)總設(shè)計流程圖

根據(jù)展示系統(tǒng)實際功能需要，系統(tǒng)按照圖1所示的流程進(jìn)行構(gòu)建。

首先，通過3DS MAX軟件進(jìn)行三維虛擬展廳實物建模。

為了讓場景導(dǎo)入到Virtools中得到逼真的效果，表面紋理貼圖烘焙時應(yīng)采用高分辨率的圖片，因此紋理貼圖必須進(jìn)行細(xì)節(jié)處理，并采用光子圖的方式提高烘焙效率，力求達(dá)到理想的效果。

其次，當(dāng)三維場景模型已經(jīng)構(gòu)建完畢時，使用“減面刪面”的方法對場景進(jìn)行優(yōu)化處理，精簡3D文件，將其面數(shù)控制在合理范圍內(nèi)。

利用Virtools進(jìn)行加載子頁面設(shè)置，并將最終場景輸出為cmo文件，利用html加載cmo文件，達(dá)到網(wǎng)上發(fā)布的效果。

1.3 總體內(nèi)容設(shè)計

（1）角色攝像機(jī)互動。場景主要通過第一人稱攝像機(jī)和第三人稱攝像機(jī)兩種方式控制角色（Character）的運(yùn)動來實現(xiàn)人物場景漫游，用戶可以使用鍵盤來控制人物的移動，然后帶到移動視點(diǎn)。

（2）碰撞檢測。為了使場景符合真實的環(huán)境效果，主要通過設(shè)置碰撞檢測來解決漫游時出現(xiàn)穿墻、穿透物體等不符合常理的問題。

（3）鍵盤鼠標(biāo)互動設(shè)計。鍵盤互動主要通過給角色添加組件，使用鍵盤指定鍵控制相應(yīng)的消息，如下、左、右、上4個鍵盤按鍵，控制虛擬人物的行走方向，無信息對應(yīng)的Animation信息接收信號設(shè)為Wait，即人物站在原地不動。

1.4 小地圖及數(shù)據(jù)庫的設(shè)置

小地圖的制作主要利用虛擬角色的X、Z坐標(biāo)值與世界坐標(biāo)中心的X、Z值的差值，將其合成二維的平面坐標(biāo)，利用縮放二維坐標(biāo)確定虛擬人物的具體位置。

當(dāng)場景范圍比較大而且可能隨時更新時，主要通過Virtools數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息的調(diào)用，將物體的文字信息以及圖像信息以數(shù)組的形式存放于SQL Server數(shù)據(jù)庫中；通過使用Grid Path Solver、Pick Data、Add Row檢測物體與角色攝像機(jī)是否發(fā)生碰撞，調(diào)出相應(yīng)的信息。

1.5 系統(tǒng)生成與發(fā)布

通過Virtools做出的漫游系統(tǒng)可以以HTML網(wǎng)頁格式展示，用戶可以隨時隨地了解所需要的信息。需要注意的是，在發(fā)布HTML網(wǎng)頁程序時應(yīng)注意盡量不要使用中文名稱，并且文件路徑也不要有中文，否則會出現(xiàn)網(wǎng)頁的鏈接名為亂碼的現(xiàn)象。若要生成EXE可執(zhí)行文件，需要加載外掛的插件VirtoolsMakeExe.exe文件和CustomerPlayer.exe文件來實現(xiàn)。

2 紋理映射

紋理通過表現(xiàn)方式可以分為顏色紋理、幾何紋理和過程紋理3種，其中展示廳里面的懸掛畫涉及到的文字、圖案、花紋等為顏色紋理，墻壁、木質(zhì)框架等表面呈現(xiàn)凹凸不平的細(xì)節(jié)為幾何紋理。

紋理映射根據(jù)空間還分為二維紋理映射和三維紋理映射。本實例中主要采用解析過程迭代函數(shù)產(chǎn)生紋理以適用于場景中的木材和大理石紋理，其余的模型均采用優(yōu)化紋理映射技術(shù)來實現(xiàn)紋理的無縫拼接。

3 展示系統(tǒng)的AR部分

AR展示部分三維注冊技術(shù)（Registration）采用基于特定標(biāo)識物的方式，可以建立實景環(huán)境的三維信息，確定用戶（或相機(jī)）在實景中的三維方位，感知環(huán)境的三維信息，從而可將虛擬物體加入到用戶的視野中。

通過獲得實景中更多的三維信息，正確處理虛實物體的遮擋判斷、碰撞檢測、光影關(guān)系，最終使得計算機(jī)生成的虛擬景物或者系統(tǒng)提示信息和真實場景融合為一體，從而實現(xiàn)對現(xiàn)實的“增強(qiáng)”效果。AR技術(shù)讓產(chǎn)品達(dá)到三維再現(xiàn)，為用戶提供更豐富有效的信息顯示，增強(qiáng)場景中人機(jī)交互的沉浸感，從而帶來更新的虛實交互的體驗。

4 結(jié)語

以展示系統(tǒng)的設(shè)計作為基本點(diǎn)，利用交互軟件Virtools及其相關(guān)的圖像、視頻等技術(shù)構(gòu)建虛擬場景，最終實現(xiàn)角色與場景的交互功能，在此基礎(chǔ)上采用AR技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品的三維再現(xiàn)。

虛擬場景的交互性比較好，沉浸感強(qiáng)，具有所見即所得的效果，但是在數(shù)據(jù)庫的開發(fā)上，還偏向于簡單的文字、圖像信息的存儲和調(diào)用上，如何利用數(shù)據(jù)庫更好地實現(xiàn)查詢、最優(yōu)路徑等是今后需要解決的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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