基于視覺傳達(dá)的虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付寒嬌

摘? 要： 針對(duì)通用虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)在面對(duì)展示效果要求較高的藝術(shù)品時(shí)，不能夠充分展示其具體細(xì)節(jié)、顯示效果差等問題，文中研究和設(shè)計(jì)一套基于視覺傳達(dá)的虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)。該系統(tǒng)在通用展示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用圖像處理優(yōu)化技術(shù)中的圖像增強(qiáng)對(duì)通用系統(tǒng)的產(chǎn)品顯示模塊進(jìn)行優(yōu)化，以此達(dá)到更優(yōu)的細(xì)節(jié)與整體展示效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該優(yōu)化系統(tǒng)在整體、細(xì)節(jié)及真實(shí)感方面均具有較好的虛擬產(chǎn)品展示效果，尤其是對(duì)于產(chǎn)品細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度上，其展示效果提升了13.9%，體現(xiàn)出該系統(tǒng)良好的細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力。

關(guān)鍵詞： 虛擬產(chǎn)品展示; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 視覺傳達(dá); 圖像處理; 圖像增強(qiáng); 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN911.73?34; TP39? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）10?0137?04

Design of virtual product display system based on visual communication

FU Hanjiao

（China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China）

Abstract： In allusion to the problem that the general virtual product display system cannot fully display the specific details and has poor display effect when facing the artwork with high display effect requirements， a virtual product display system based on visual communication is studied and designed. On the basis of the general display system， the image enhancement in image processing optimization technology is used to optimize the product display module of the general system to achieve better details and overall display effect. The experimental results show that the optimization system has a good virtual product display effect in terms of the overall， details and the sense of reality; especially on the display degree of product details， the display effect is improved by 13.9%， which reflects the good detail performance ability of the system.

Keywords： virtual products display： system design： visual communication： image processing： image enhancement： optimal design

0? 引? 言

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的產(chǎn)品展示已由實(shí)體展覽轉(zhuǎn)向?qū)嶓w與虛擬產(chǎn)品結(jié)合發(fā)展和展示的階段，以此讓使用者對(duì)該產(chǎn)品有更優(yōu)的了解。在此過程中，人們對(duì)于虛擬產(chǎn)品展示的效果也越來(lái)越高。尤其是對(duì)于一些展示效果要求較高的藝術(shù)品而言，展覽效果可能會(huì)直接影響到該產(chǎn)品的藝術(shù)價(jià)值[1?3]。通用虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)能夠滿足多數(shù)情況下虛擬產(chǎn)品的展示要求。但在面對(duì)藝術(shù)品時(shí)，不能較好地展示其所具有的細(xì)節(jié)，從而顯示效果不足。

為此，本文在通用展示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合視覺傳達(dá)理論及圖像處理優(yōu)化技術(shù)，對(duì)原有系統(tǒng)的產(chǎn)品展示模塊進(jìn)行優(yōu)化，以便該系統(tǒng)能夠滿足要求較高的藝術(shù)品等特殊產(chǎn)品的展示要求，更能夠凸顯出所具有的細(xì)節(jié)。在圖像優(yōu)化過程中，文中結(jié)合圖像增強(qiáng)技術(shù)中的頻域法和空域法，使得處理結(jié)果在整體與細(xì)節(jié)上均相較于通用系統(tǒng)更加優(yōu)秀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在整體顯示效果、細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度及顯示真實(shí)感上均有較大提升。該系統(tǒng)為藝術(shù)品等展示效果要求較高的產(chǎn)品提供了技術(shù)保障。

1? 視覺傳達(dá)

1.1? 視覺傳達(dá)基本理論

視覺傳達(dá)（Visual Communication）是指通過可視化的方式傳播特定事物的主動(dòng)行為，即將有效的數(shù)據(jù)信息通過一定的視覺媒介傳遞給人腦的過程[4]。本質(zhì)而言，視覺傳達(dá)即視覺數(shù)據(jù)信息的傳達(dá)，其所具有的價(jià)值在較大程度上取決于所傳達(dá)信息的優(yōu)劣及信息傳達(dá)的速度、質(zhì)量。通常一個(gè)完整的視覺傳達(dá)由5個(gè)模塊所組成[5]，如圖1所示。

圖中：信息生成模塊主要實(shí)現(xiàn)將所需傳達(dá)的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為視覺符號(hào)，包括：攝影、電視、電影、建筑視覺信息、文字及造型藝術(shù)等，在本文中則指的是所要展示的虛擬產(chǎn)品（藝術(shù)品等）;信息傳達(dá)模塊則是負(fù)責(zé)將所要傳達(dá)的信息通過媒介載體以可視化的方式傳遞給接收者;接收反饋模塊則是接收者對(duì)于信息的理解與對(duì)于接收到信息的相關(guān)反饋。

在本文虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，視覺傳達(dá)要素在其中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)中產(chǎn)品的圖像與色彩兩個(gè)方面。

1.1.1? 產(chǎn)品圖像。

利用產(chǎn)品圖像進(jìn)行展示系統(tǒng)中虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于[6]：

1） 建模方便

產(chǎn)品模型一方面可以利用計(jì)算機(jī)軟件建模所生成的虛擬圖像;另一方面也可以采用攝像機(jī)所拍攝到的真實(shí)圖像。同時(shí)，可以從中提取到背景的幾何特征及產(chǎn)品的發(fā)射規(guī)律等。

2） 設(shè)計(jì)效率高

這種方式的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常不需要大量的計(jì)算，可以直接在二維空間中利用已得到的視圖來(lái)進(jìn)行新視圖的合成與計(jì)算，計(jì)算速度只與所需要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品分辨程度相關(guān)，且效率較高。

3） 真實(shí)感強(qiáng)

由于產(chǎn)品建模所用到的紋理貼圖大多是對(duì)真實(shí)產(chǎn)品的實(shí)拍圖像，所以能夠最為真實(shí)地代表所要展示的產(chǎn)品，同時(shí)無(wú)需系統(tǒng)提供額外的光照。

1.1.2? 產(chǎn)品色彩

所展示出的虛擬產(chǎn)品的展示效果除了與所設(shè)計(jì)的模型有關(guān)外，還對(duì)其色彩有明顯依賴。產(chǎn)品色彩是視覺傳達(dá)中靈活的組成要素，其給產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了更多的想象與發(fā)揮空間[7]。對(duì)于色彩的有效利用和合理搭配能夠大幅度提升虛擬產(chǎn)品展示效果，從而吸引體驗(yàn)者的目光。

1.2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)主要是利用視覺傳達(dá)及圖像處理技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的通用展示系統(tǒng)進(jìn)行顯示模塊優(yōu)化，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

在該虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)中，主要包括3個(gè)模塊，分別是：虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊（模塊一）、展示平臺(tái)設(shè)計(jì)模塊;（模塊二）及虛擬產(chǎn)品顯示模塊（模塊三）。模塊一用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器中虛擬產(chǎn)品（藝術(shù)品等）的信息數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行“增刪查改”的功能：模塊二負(fù)責(zé)構(gòu)建展示系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，包括提供用戶登錄接口、獲取數(shù)據(jù)庫(kù)虛擬產(chǎn)品列表、下載相關(guān)虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息到指定路徑等功能;模塊三則是用來(lái)對(duì)用戶所選定的虛擬展品進(jìn)行顯示。3個(gè)模塊相互協(xié)作，共同完成對(duì)整個(gè)虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文的主要內(nèi)容就是對(duì)展示系統(tǒng)中的模塊三進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以此達(dá)到更優(yōu)的虛擬產(chǎn)品展示效果。

2? 展示系統(tǒng)優(yōu)化

2.1? 三維顯示技術(shù)

三維顯示技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟件將虛擬產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)中的每個(gè)虛擬點(diǎn)通過一定的方式映射到一個(gè)立體虛擬空間相應(yīng)位置，從而形成三維立體圖像的技術(shù)。三維顯示技術(shù)是當(dāng)今顯示技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，同時(shí)也是虛擬現(xiàn)實(shí)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。三維顯示技術(shù)[8]一般可以劃分為3類：基于2D顯示器的模擬、雙目視差立體顯示及真三維立體顯示。在通用的展示系統(tǒng)中，通常采用雙目視差立體顯示技術(shù)，本文也是在此顯示技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)通用展示系統(tǒng)的虛擬產(chǎn)品顯示模塊進(jìn)行優(yōu)化。

雙目視差立體顯示技術(shù)利用同一物體在人左右眼視網(wǎng)膜上所成的像存在視差的原理，而產(chǎn)生的一種三維顯示技術(shù)[9]。其工作原理如圖3所示。

對(duì)于三維空間的任意兩點(diǎn)P和Q，由于兩眼之間存在一定的距離（53～73 mm），導(dǎo)致人們?cè)谟^察這兩個(gè)點(diǎn)時(shí)左右眼所看到的圖像有所不同，即具有視差。包含視差的兩幅圖像（稱之為視差圖像對(duì)）經(jīng)過大腦中樞神經(jīng)的分析處理后，即可得到含有立體深度信息的三維圖像。

利用此原理在虛擬產(chǎn)品三維顯示時(shí)，可以首先通過特定軟件與設(shè)備使得某一時(shí)刻的視差圖像對(duì)應(yīng)的左眼視圖輸出到顯示器的偶數(shù)列像素上，相應(yīng)的右眼視圖則輸出到奇數(shù)列像素上。然后使用柱面光柵等技術(shù)手段使得用戶的左眼只能觀察到輸出圖像的偶數(shù)列，而右眼則只能觀察到奇數(shù)列。最后通過大腦的整合，實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品的三維立體顯示。

2.2? 圖像處理優(yōu)化

對(duì)于虛擬產(chǎn)品中藝術(shù)品在展示過程中的高要求，本文利用圖像處理中的圖像增強(qiáng)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的顯示模塊進(jìn)行優(yōu)化，使得虛擬產(chǎn)品的圖像顯示質(zhì)量更高，進(jìn)而加強(qiáng)虛擬產(chǎn)品的展示效果。圖像增強(qiáng)技術(shù)按照處理所在空間的不同可以分為基于空域和頻域的方法?？沼蚍ㄖ饕菍?duì)圖像中各像素點(diǎn)直接進(jìn)行操作，包括：灰度變換、直方圖修正和圖像平滑等;頻域法則首先將原始圖像通過傅里葉變換等方法轉(zhuǎn)換到其他空間域中進(jìn)行處理，然后再通過逆變換使其轉(zhuǎn)到原始空間，最后得到所需的圖像。其包括低通濾波、高通濾波和帶通濾波等[10]。為了達(dá)到更好的產(chǎn)品顯示效果，本文將所提到的空域和頻域方法進(jìn)行結(jié)合來(lái)完成對(duì)虛擬產(chǎn)品顯示圖像的優(yōu)化處理。其處理流程如圖4所示。

在該圖像優(yōu)化過程中，計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)選用專門用作圖像處理的OpenCV軟件，同時(shí)頻域法選擇帶通濾波器法，空域法則選用圖像平滑和圖像銳化的方法來(lái)進(jìn)行虛擬產(chǎn)品的原始圖像處理。

3? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了分析和驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的優(yōu)化系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)展示系統(tǒng)在虛擬產(chǎn)品展示效果及圖像真實(shí)感的提升效果，首先按照?qǐng)D5的系統(tǒng)流程框架建立、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化后的虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)。在系統(tǒng)建立的流程中，展示平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)品模型的實(shí)現(xiàn)是兩個(gè)并列的內(nèi)容。同時(shí)，最后的虛擬產(chǎn)品展示模塊也為這兩個(gè)模塊的組合。通過上述流程實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)后，利用該系統(tǒng)與傳統(tǒng)通用系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：產(chǎn)品整體展示效果、細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度及真實(shí)感。在實(shí)驗(yàn)前需要將實(shí)驗(yàn)所用到的10種產(chǎn)品（藝術(shù)品等）按照?qǐng)D5建模流程進(jìn)行產(chǎn)品建模，并將其添加到圖2模塊一的虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便展示系統(tǒng)的調(diào)用。實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容如表1所示。

兩個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

圖6中：橫坐標(biāo)代表所要展示的虛擬產(chǎn)品編號(hào)1～10;縱坐標(biāo)則表示所有觀察者對(duì)于兩種系統(tǒng)在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上評(píng)分的平均值。

從上面3組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文所設(shè)計(jì)的展示系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)通用系統(tǒng)而言，各項(xiàng)顯示效果均有所提升。尤其在虛擬產(chǎn)品細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度上，該系統(tǒng)的提升效果達(dá)到13.9%，而虛擬產(chǎn)品整體顯示效果與真實(shí)感的提升效果也分別達(dá)到7.3%和5.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)和優(yōu)化的虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)在對(duì)展示效果要求較高的產(chǎn)品進(jìn)行展示時(shí)，相比于通用系統(tǒng)可以達(dá)到更優(yōu)的顯示效果，同時(shí)具有較強(qiáng)的產(chǎn)品細(xì)節(jié)展示能力，在較大程度上滿足對(duì)于藝術(shù)品的展示要求。

4? 結(jié)? 語(yǔ)

本文通過介紹視覺傳達(dá)基本理論與分析視覺傳達(dá)要素在虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，利用圖像處理中的圖像增強(qiáng)技術(shù)，對(duì)通用展示系統(tǒng)的產(chǎn)品顯示模塊進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。優(yōu)化后系統(tǒng)的3項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)相較于通用系統(tǒng)，其整體展示效果、細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度及真實(shí)感方面均有所提升。該系統(tǒng)對(duì)于展示效果要求較高的虛擬產(chǎn)品展示，具有較大的應(yīng)用空間。

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